Zameranie na proteín S100B ako náhradný biomarker a jeho úloha pri rôznych neurologických poruchách, časť 2

2. ŠTRUKTÚRA PROTEÍNU S100B

S100B je kyslý proteín viažuci zinok (Zn2+) a vápnik (Ca{2}}) viazaný na jadro a cytoplazmu širokého spektra buniek. Gény proteínu S100 obsahujú 13 členov predstavujúcich klaster na chromozóme 1q21 [45, 46].

Kyslé proteíny sú jednou z dôležitých zložiek chromatínu v jadre nervových buniek. Jeho obsah a distribúcia úzko súvisí s pamäťou.

Vedecký výskum ukazuje, že v ľudskom mozgu existujú dva typy pamäte: krátkodobá pamäť a dlhodobá pamäť. Dlhodobá pamäť môže trvať dni, mesiace alebo aj dlhšie a je to pamäťová metóda potrebná v živote ľudí.

V mozgu sa dlhodobá pamäť dosahuje prostredníctvom synaptických spojení medzi neurónmi. Pri ukladaní pamäte dochádza k expresii kyslých proteínov v neurónoch, čo môže zvýšiť trvanlivosť synapsií a zachovať dlhodobú pamäť.

Zároveň nadmerná expresia kyslých proteínov môže viesť k synaptickým abnormalitám, poklesu pamäti a dokonca k ochoreniam mozgu. Preto je tiež veľmi dôležité udržiavať kyslé bielkoviny na primeranej úrovni.

Na ochranu a zlepšenie pamäte je možné prijať nasledujúce opatrenia:

1. Cvičenie. Vhodné cvičenie môže podporiť spojenie medzi neurónmi, zvýšiť produkciu kyslých bielkovín, a tým zlepšiť pamäť.

2. Zlepšiť životné návyky. Venujte pozornosť odpočinku a vyhnite sa neskorému ponocovaniu a nadmernému používaniu elektronických zariadení, čo pomôže udržať dobrý pracovný stav nervového systému.

3. Jedzte viac pamäťových potravín. Napríklad ryby, vlašské orechy, horká čokoláda, vajcia atď. Tieto potraviny sú bohaté na Omega-3 mastné kyseliny, zinok, meď, kyselinu listovú a ďalšie zložky, ktoré pomáhajú zlepšovať pamäť.

Stručne povedané, vzťah medzi kyslým proteínom a pamäťou je veľmi dôležitý. Prostredníctvom vedeckých metód dokážeme zabezpečiť primeranú distribúciu kyslých bielkovín, a tým zlepšiť pamäť. Zároveň by sme mali dbať aj na udržanie si pozitívneho postoja a udržanie si dobrého fyzického a duševného stavu, aby sme mali lepšiu pamäť. Je vidieť, že potrebujeme zlepšiť pamäť a Cistanche dokáže výrazne zlepšiť pamäť, pretože Cistanche je tradičná čínska medicína s mnohými unikátnymi účinkami, jedným z nich je zlepšenie pamäte. Účinnosť Cistanche pochádza z rôznych aktívnych zložiek, ktoré obsahuje, vrátane kyseliny trieslovej, polysacharidov, flavonoidových glykozidov atď. Tieto zložky môžu podporovať zdravie mozgu mnohými spôsobmi.

Kliknite na položku Poznať spôsoby zlepšenia pamäte

Štrukturálne obsahuje dve väzbové oblasti typu EF-hand, známe ako motív ahelix-loop-helix spojené centrálnou pántovou oblasťou [27].

Proteín sa skladá z 2 identických reťazcov 91-aminokyselinového polypeptidu, ktorý obsahuje dve navrhované oblasti EF-ruky helix-loop-helix viažuce vápnik. Každá podjednotka S100B obsahuje štyri helixy (helix 1,E{{8 }}R20 špirála 2, K29-N38; {21}}K28 a reťazec 2, E67-D69). Tieto helixy a listy tvoria spoločne normálne a pseudo-EF ruky [47, 48].

C-terminálna doména obsahuje kanonických 12 aminokyselín viažucich slučky s klasickou EF-rukou a N-terminálna doména obsahuje 14 S100B špecifických aminokyselín viažucich slučiek [49,50].

Zistilo sa, že aminokyselinová sekvencia má oblasti intenzívneho zoskupenia lipofilných, zásaditých a kyslých aminokyselín a oblasť viažucu vápnik v kyslej časti [51].

S100b so strednou afinitou (2-20M) sa viaže s dvomi iónmi vápnika na podjednotku [27] (obr. 1). Navyše, väzba vápnika na EF-ruku iniciuje štrukturálne zmeny, ktoré umožňujú interakcie cieľových proteínov. Proteíny S100B sú sa líšia od iných proteínov helix-loop-helix EF-hand svojou odlišnou schopnosťou viazať Ca2+ióny na ich amino-terminálnych väzbových miestach, čo je zvláštny stavebný dizajn.

Okrem toho existuje potenciál pre väzbu prechodného kovu, ako je rozhranie diméru medi, zinku a mangánu na väzbových miestach bohatých na histidín [27]. V prítomnosti horčíka a draslíka je znížená afinita proteínu k iónom Ca{2}}.

Väzba vápnika sa pravdepodobne vyskytuje na dvoch miestach, ktoré sú alfa a beta, ktoré sú silne antagonizované draslíkom [52].

Tento proteín interaguje s cieľovými proteínmi, o ktorých sa ukázalo, že prinášajú cysteínové zvyšky (jeden na S100A1 a dva na S100B); navyše pri natiahnutí 13 aminokyselín, spojovacej oblasti v strede spájajúcej dve EF-ruky vápnik viažuce domény [53].

3. RECEPTOR PROTEÍNU S100B

Proteíny S100 pôsobia na receptory RAGE a TLR-4. RAGE je bunkový povrchový receptor imunoglobulínu prítomný v rôznych typoch buniek, ako sú mononukleárne fagocyty, tkanivové makrofágy, srdcové myocyty, pľúca, fibroblasty, epitelové bunky, endotelové bunky, neuróny a bunky hladkého svalstva [54].

Sú tiež opísané ako receptor rozpoznávania vzorov. Aktivácia extracelulárnych domén RAGE proteínmi S100 iniciuje viaceré intracelulárne signálne dráhy a rôzne transkripčné faktory, ako sú NF-kB, AP-1 a STAT3 (prevodník signálu a aktivátor transkripcie 3), čo vedie k zvýšenej expresii prozápalových cytokínov a bunkových adhézne molekuly.

Proteíny S100 interferujú s rôznymi doménami RAGE, ako je doména V, doména C1 a doména C2 [55]. V doména sa nachádza na N-konci v najlaterálnejšej polohe od plazmatickej membrány, zatiaľ čo doména C2 sa nachádza v blízkosti membrány. Dve susedné domény V a C1 sa spájajú a vytvárajú trochu ohnutú predĺženú štruktúru [56, 57] (obr. 2).

Proteín S100B interferuje s doménou V, zatiaľ čo o iných proteínoch ako S100A12 a S100A6 je známe, že interagujú s doménami V a C. S100A12 interaguje cez doménu V a C1 a S100A6 interaguje cez doménu V a C2. Presné väzbové miesto S100A8/A9 v doméne RAGE ešte nebolo potvrdené.

Doména RAGE je aktivovaná hlavne rôznymi proteínmi S100, ako sú S100B, S100A12, S100A8/A9 atď., a ďalej môžu viesť k aktivácii dráhy MAPK a translokácii NF-Kb z cytosolu do jadra, čo vedie k prežitiu buniek a proliferáciu, ako aj génovú upreguláciu [55].

4. S100B PRI ALZHEIMEROVEJ CHOROBE

AD je ireverzibilná, progresívna neurodegeneratívna porucha, ktorá pomaly narúša myslenie, pamäťovú schopnosť a potenciál vykonávať ľahké úlohy [58]. Počiatočné histopatologické markery AD sú neurofibrilárne klbká nachádzajúce sa intracelulárne a amyloidné plaky nachádzajúce sa extracelulárne, o ktorých je dobre známe, že degenerujú hipokampálne neuróny [59].

U pacientov s AD hladina proteínu S100B vo frontotemporálnom laloku podporuje zápalovú kaskádu a oxidačný stres a mení Ca2+homeostázu [60]. Oxidačný stres iniciuje poškodenie mitochondriálnej DNA, čo vedie k šíreniu a/alebo deštrukcii neurónov, čo je problémom v patogenéze neurologických porúch.

Rôzne správy predpokladali, že nerovnováha medzi vysoko cytotoxickým ONOO- a ochranným NO by mohla byť rozhodujúca pre niekoľko vaskulárnych a neuronálnych ochorení vrátane AD [5].

K produkcii NO dochádza v dôsledku zvýšenia produkcie A buď narušením homeostázy Ca+ a následným zvýšením intracelulárneho Ca+ (uvoľňovanie NO sprostredkované eNOS a nNOS) alebo interakciami s gliovými bunkami (uvoľňovanie NO sprostredkované iNOS) [61]. NO je voľný radikál s potenciálom produkovať peroxynitrit.

Tieto ROS indukujú rôzne mechanizmy neurotoxicity, vrátane zmeny proteínu/DNA, dysfunkcie mitochondrií, peroxidácie lipidov, neurozápalu a apoptózy, indukujú integritu bunkovej membrány, čo vedie k ďalšiemu prílevu Ca+ a uvoľňovaniu NO (62).

Je známe, že tieto mechanizmy sa podieľajú na bunkovej smrti a pozorovaných kognitívnych poruchách pri AD [63]. Existuje zreteľná interakcia medzi extracelulárnym beta-amyloidom a expresiou proteínu S100B, ktorá je chronicky zvýšená pri AD a je spojená so senilnými plakmi.

Tento biomarker môže hrať úlohu pri agregácii amyloidu a pomôcť určiť mozgovú tieseň [64]. Aktivované astrocyty sú dobre známymi zložkami A plakov pri AD.

Tieto aktivované astrocyty nachádzajúce sa v mozgu pacientov s AD výrazne nadmerne exprimujú S100B, čo sa odráža v jeho zvýšenej hladine mozgového tkaniva. Väčšina z týchto aktivovaných astrocytov a nadmerná expresia S100B v mozgu pacientov s AD sú úzko spojené buď s difúznymi alebo neuritickými A plakmi. Distribúcia týchto astrocytov cez oblasti mozgu rozpoznala distribučné vzorce pre A plaky.

Tieto topografické asociácie medzi astrocytmi aktivovanými nadmernou expresiou S100B a plakmi A pri AD spolu so známymi neurotrofickými účinkami S100B naznačujú, že nadmerná expresia S100B môže byť dôležitým patogénnym faktorom zodpovedným za genézu a evolúciu neuritických plakov pri AD.

Aktivácia a nadmerná expresia S100B astrocytov sú prominentné a konzistentné vlastnosti stavov AD, ktoré spôsobujú zvýšené riziko AD. S100B má trofické aj potenciálne toxické účinky na neuróny a neurity, čo naznačuje, že nadmerná expresia S100B hrá dôležitú úlohu v genéze neuritických zmien v plakoch A.

V neskorom štádiu AD vedie progresia nefibrilárnych amyloidných depozitov ako neuritových foriem následne k progresii samotného ochorenia [65]. Bolo dokázané, že je stimulovaná syntéza mRNA proteínu S100B a proteínu S100B v kultúre astrocytov. beta-amyloidom [14]. Hromadenie a príliv alfa-beta (-) v mozgu je sprostredkované RAGE.

Priamo alebo nepriamo - iniciuje dysreguláciu kalciovej homeostázy, ktorá vedie k aktivácii proteínu S100B. Aktivácia gliových buniek pomocou RAGE vedie k aktivácii NF-kB beta, ktorá spôsobuje transkripciu génu a uvoľnenie zápalových cytokínov [66].

U pacientov s AD je mozog intenzívnym miestom zápalu a oxidačného stresu, ktorý spôsobuje tvorbu AGE. Proteín S100B, alfa-beta, AGE a ďalšie ligandy RAGE, ako napríklad HMGB1, TTR, S100A6, S100A8/A9 a S100A12, sa koncentrujú v mozgu počas priebehu ochorenia.

Nadmerné uvoľňovanie S100B a RAGE tiež iniciuje neuropatologické zmeny v mozgu prostredníctvom aktivácie mikroglií, degenerácie neuritov, apoptózy neurónov a tvorby NFT, čo nakoniec vedie k poškodeniu pamäte [27].

Nadmerná tvorba AGE modifikáciou proteínov tiež spúšťa oxidačný stres závislý od RAGE a NF-k. Aktivovaný NF-kB vedie k zvýšenej expresii RAGE kvôli NF-kB responzívnemu prvku prítomnému v oblasti promótora RAGE [65].

Aktivácia RAGE aj NF-kB vedie k zmene neuronálneho redoxného potenciálu a neurozápalu. V mieste zápalu sú v mozgu pacientov s AD lokalizované vysoké hladiny AGE, NFT a senilných plakov [67].

Proteíny tvoriace amyloid, ako sú amyloid--beta peptidy a TTR, iniciujú tvorbu druhej skupiny ligandov RAGE. Spracovanie APP beta a gama-sekretázou vedie k produkcii beta-peptidu amyloidu.

Nahromadené amyloidové beta proteíny v mozgu pacientov s AD sú dôležité v patogenéze ochorenia. Ukázalo sa tiež, že transport amyloidu beta cez bunkovú membránu neurónov a BBB je sprostredkovaný RAGE. Okrem toho sa u pacientov s AD ukázalo, že TTR má ochranný účinok tým, že sa viaže na amyloid beta spôsobom podobným chaperónu (55).

5. S100B PRI PARKINSONOVEJ CHOROBE

Parkinsonova choroba (PD) je prevládajúca progresívna neurodegeneratívna porucha, ktorá je opísaná agregáciou -synukleínu v kortikálnej oblasti alebo v oblasti mozgového kmeňa [68].

Medzi prvé a najvýznamnejšie telesné postihnutia spôsobené týmito variáciami patrí motorická nekoordinácia, ktorá sa súhrnne nazýva parkinsonizmus. Patria medzi ne nedostatočnosť a pomalý pohyb, čo je akinéza, bradykinéza, rigidita a tras vyvolaný v pokoji [69].

Patogenéza PD sa zameriava na ROS, iniciáciu oxidačného stresu, ktorý vedie k oxidačnému poškodeniu substantia nigra pars compacta. Druhy voľných radikálov, ktoré sú príčinou smrti dopamínergnej bunky pri PD, nie sú jasné, ale niektoré údaje naznačujú, že sa podieľajú hydroxylové radikály (OH'), NO a peroxynitrit [70].

Aktivácia syntázy oxidu dusnatého (NOS) produkuje NO, ktorý reaguje so superoxidom za vzniku peroxydusitanu. Táto molekula modifikuje nukleovú kyselinu, proteín a lipid oxidačným spôsobom, čo vedie k poškodeniu jadra, inhibícii proteazómu, poškodeniu mitochondrií a stresu endoplazmatického retikula (ER).

Nadmerná úroveň nitrozatívneho stresu vedie k hyperaktivácii N-metyl-D-aspartátu skupiny glutamátových receptorov (NMDA), mitochondriálnej dysfunkcii a starnutiu buniek. Uvádza sa, že nadmerné množstvo voľných radikálov a druhov NO aktivuje patologický mechanizmus vrátane abnormálnej mitochondriálnej dynamiky, nesprávne poskladaných proteínov a apoptotických dráh v dopamínergických bunkách [71].

Niektoré štúdie naznačujú, že nadmerná produkcia NO môže prispieť k týmto patologickým procesom, najmä S-nitrozyláciou špecifických cieľových proteínov, ako je ubikvitín-proteín ligáza, parkín, proteínové disulfideizomerázy (PDI) a mitochondriálna degradácia ß-amyloidom súvisiacim S -nitrozylácia proteínu príbuzného dynamínu-1.

PDI je zodpovedný za normálne skladanie proteínov v ER medzi týmito proteínmi [72]. Okrem toho, Žiadne sprostredkované účinky na dopamínergné neurónové bunky môžu zahŕňať inhibíciu mitochondriálnych komplexov I, II a IV, cytochromoxidázy, ribonukleotidreduktázy, glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenázy, superoxiddismutázy, peroxidácie lipidov, aktiváciu alebo iniciáciu reťazca DNA rozpad, oxidácia proteínov a zvýšená produkcia toxických voľných radikálov vrátane hydroxylových radikálov a peroxydusitanu.

Dôkazy naznačujú, že nadmerné RNS/ROS môže viesť k poruche UPS a nesprávnemu poskladaniu proteínových molekúl, čo vedie k agregácii proteínov a dopamínergnej neuronálnej smrti [73].

Nízka expresia proteínu S100B vedie k neuroprotekcii v dôsledku zníženej mikrogliózy, AGE a expresie TNF-alfa. Existujú zvýšené náznaky, že S100B sa podieľa nielen na zápale, ale aj neurodegeneratívne ochorenie aktivuje uvoľňovanie prozápalových cytokínov a vedie k poškodeniu dopamínergných neurónov.

Bola hlásená zvýšená hladina proteínov S100B v post mortem substantia nigra u pacientov s PD v porovnaní so skupinou normálnych tkanív v CSF [74].

Okrem toho S100B vykazuje duálne pôsobenie pri nízkej koncentrácii (nanomolárne), aktivuje neurotrofický faktor a podporuje prežitie neurónov, ako aj rast neuritov počas vývojovej fázy [75]. Taktiež iniciuje apoptózu neurónov v mikromolárnych koncentráciách priamym pôsobením na neuróny a aktiváciou mikroglií (76).

V určitom rozsahu môžu byť tieto účinky sprostredkované enzýmom iNOS, ktorý zvyšuje produkciu oxidu dusnatého, hladiny intracelulárneho vápnika a aktiváciu kaspázy-3 [24].

Ďalej sa uvádza, že ošetrenie kultúry astrocytov proteínom S100B vedie k aktivácii iNOS a produkcii oxidu dusnatého. Oxid dusnatý produkovaný ako odpoveď na S100B môže spôsobiť, že astrocyty podstúpia apoptotickú bunkovú smrť.

Oxidom dusnatým sprostredkovaná excitotoxicita, zápal, oxidačný stres, porucha mitochondriálnej funkcie, poškodenie DNA a S-nitrozylácia rôznych proteínov vedú nakoniec k smrti neurónov [47] (obr. 3).

To naznačuje, že S100B by mohol byť sľubným markerom stupňa závažnosti ochorenia počas začiatku ochorenia. Pacienti s PD majú nižšie hladiny S100B a jedinci so zníženými hladinami S100B by mohli byť náchylnejší na neurologické problémy.

Tieto zistenia naznačujú, že S100B môže mať možnú úlohu buď v základnom mechanizme rozvoja PD alebo pri hodnotení ochorenia [14] Okrem toho liečba astrogliálnymi C6 a oligodendrogliálnymi OLN-93 bunkami haloperidolom a klozapínom v koncentrácii zodpovedajúcej rozsahu terapeutických dávok z týchto liekov znižuje uvoľňovanie S100B in vitro [77].

6. S100B PRI ROZTROUŽENEJ SKLEROZE

Skleróza multiplex (SM) je autoimunitné ochorenie CNS spôsobené chronickou zápalovou demyelinizáciou neurónov, ktoré postihuje mladých ľudí [78]. V skorých štádiách ochorenia je zápal charakterizovaný aktiváciou T-buniek, infiltráciou a akumuláciou monocytových makrofágov, ktoré podporujú poškodenie myelínovej pošvy, čo ďalej vedie k tvorbe fokálnych demyelinizovaných lézií [79].

Navyše vyššia hladina S100B spúšťa aktiváciu astrocytov a mikroglií, ktoré podporujú uvoľňovanie NO [80]. NO je voľný radikál, ktorý sa nachádza vo vyššej koncentrácii ako normálne v zápalových léziách SM. K tejto zvýšenej koncentrácii dochádza v dôsledku výskytu iNOS v astrocytoch a makrofágoch.

Markery produkcie NO, ako sú koncentrácie dusitanov a dusičnanov, sú zvýšené v krvi, CSF a moči pacientov s MS. Dôkazy tiež naznačujú, že NO pôsobí pri rôznych ochoreniach, ako je poškodenie BBB, poškodenie oligodendrocytov, demyelinizácia a degenerácia axónu, a ďalej prispieva k funkčnej strate v dôsledku poruchy axonálneho vedenia [81].

Zvýšená hladina S100B bola prvýkrát detegovaná v cerebrospinálnej tekutine pacientov s akútnou fázou SM [82]. V diagnostike pacientov s relaps-remitujúcou SM boli zistené zvýšené hladiny S100B v CSF alebo sére, ktoré sa znížili po liečbe imunosupresívami alebo natalizumabom [83].

Počas poranenia môže zvýšená hladina S100B vyvolať gliálnu reaktivitu, zhoršiť poškodenie tkaniva alebo oddialiť remyelinizáciu. Zvýšené hladiny S100B boli zistené v CSF pacientov s relaps-remitujúcou SM po diagnóze [84].

Aktívne demyelinizačné MS lézie vykazovali zvýšenú hladinu S100B a jeho receptora RAGE v oblasti lézie, zatiaľ čo chronické aktívne lézie vykazovali zvýšené hladiny S100B v demyelinizovaných oblastiach s nižšou expresiou RAGE receptorov v nich [85].

For more information:1950477648nn@gmail.com