Нацеливание на белок S100B как суррогатный биомаркер и его роль в различных неврологических расстройствах. Часть 2

2. СТРУКТУРА БЕЛКА S100B

S100B представляет собой кислый белок, связывающий цинк (Zn2+) и кальций (Ca2+), локализованный в ядре и цитоплазме широкого спектра клеток. Гены белка S100 состоят из 13 членов, представленных кластером на хромосоме 1q21 [45, 46].

Кислые белки являются одним из важных компонентов хроматина ядра нервных клеток. Ее содержание и распространение тесно связаны с памятью.

Научные исследования показывают, что в человеческом мозге существует два типа памяти: кратковременная память и долговременная память. Долговременная память может сохраняться в течение нескольких дней, месяцев или даже дольше, и это метод памяти, необходимый в жизни людей.

В мозге долговременная память достигается за счет синаптических связей между нейронами. Когда память сохраняется, в нейронах экспрессируются кислые белки, которые могут увеличить долговечность синапсов и поддерживать долговременную память.

В то же время сверхэкспрессия кислых белков может привести к синаптическим нарушениям, ухудшению памяти и даже заболеваниям головного мозга. Поэтому также очень важно поддерживать кислотные белки на соответствующем уровне.

Для защиты и улучшения памяти можно предпринять следующие меры:

1. Упражнение. Соответствующие упражнения могут улучшить связь между нейронами, увеличить выработку кислых белков и, таким образом, улучшить память.

2. Улучшите жизненные привычки. Уделяйте внимание отдыху, избегайте допоздна и злоупотребления электронными устройствами, которые помогут поддерживать хорошее рабочее состояние нервной системы.

3. Ешьте больше продуктов, способствующих памяти. Например, рыба, грецкие орехи, темный шоколад, яйца и т. д. Эти продукты богаты жирными кислотами Омега-3, цинком, медью, фолиевой кислотой и другими ингредиентами, которые помогают улучшить память.

Короче говоря, связь между кислым белком и памятью очень важна. С помощью научных методов мы можем обеспечить разумное распределение кислого белка, тем самым улучшая память. В то же время мы также должны уделять внимание поддержанию позитивного настроя и поддержанию хорошего физического и психического состояния, чтобы иметь отличную память. Видно, что нам нужно улучшить память, а цистанхе может значительно улучшить память, потому что цистанхе — это традиционное китайское лекарство, имеющее множество уникальных эффектов, одним из которых является улучшение памяти. Эффективность Cistanche обусловлена ​​различными содержащимися в нем активными ингредиентами, в том числе дубильной кислотой, полисахаридами, флавоноидными гликозидами и т. д. Эти ингредиенты могут способствовать здоровью мозга разными способами.

Нажмите «Знайте способы улучшить память».

Структурно он содержит две связывающие области типа EF-hand, известные как мотив спираль-петля-спираль, соединенные центральной шарнирной областью [27].

Белок состоит из 2 идентичных цепей 91-аминокислотного полипептида, который содержит две предложенные EF-руки области, связывающие кальций спираль-петля-спираль. Каждая субъединица S100B включает четыре спирали (спираль 1, E{{8 }}R20, K29-N38; спираль 3, Q50-D61 и спираль 4, F70-A83) и один антипараллельный бета-лист (цепь 1, K{); {21}}K28 и цепь 2, E67-D69). Эти спирали и листы совместно образуют нормальные и псевдо-ЭФ руки [47, 48].

С-концевой домен содержит канонические 12 петель, связывающих аминокислоты, с классической EF-рукой, а N-концевой домен содержит 14 петель, специфичных для связывания аминокислот S100B [49,50].

Обнаружено, что аминокислотная последовательность имеет участки интенсивной группировки липофильных, основных и кислых аминокислот, а также кальцийсвязывающую область в кислой части [51].

S100b с умеренным сродством (2-20M) связывается с двумя ионами кальция на субъединицу [27] (рис. 1). Более того, связывание кальция с EF-hand инициирует структурные изменения, которые делают возможным взаимодействие белков-мишеней. Белки S100B Отличаются от других белков EF-hand спираль-петля-спираль своей выраженной способностью связывать ионы Ca2+ в своих амино-концевых сайтах связывания, что представляет собой своеобразную конструкцию диаметрального строения.

Более того, существует потенциал для связывания переходных металлов, таких как медь, цинк и марганец, на границе раздела димеров в местах связывания, богатых гистидином [27]. В присутствии магния и калия сродство белка к ионам Са2+ снижается.

Связывание кальция происходит, возможно, в двух сайтах: альфа и бета, которым калий сильно противодействует [52].

Этот белок взаимодействует с белками-мишенями, которые, как показано, вносят остатки цистеина (один на S100A1 и два на S100B); более того, при растяжении 13 аминокислот линкерная область в середине соединяет два EF-связывающих кальций домена [53].

3. РЕЦЕПТОР БЕЛКА S100B

Белки S100 действуют на рецепторы RAGE и TLR-4. RAGE представляет собой рецептор иммуноглобулина на клеточной поверхности, присутствующий в различных типах клеток, таких как мононуклеарные фагоциты, тканевые макрофаги, сердечные миоциты, легкие, фибробласты, эпителиальные клетки, эндотелиальные клетки, нейроны и гладкомышечные клетки. [54].

Их также называют рецепторами распознавания образов. Активация внеклеточных доменов RAGE белками S100 инициирует множественные внутриклеточные сигнальные пути и различные факторы транскрипции, такие как NF-kB, AP-1 и STAT3 (преобразователь сигнала и активатор транскрипции 3), что приводит к усилению экспрессии провоспалительных цитокинов и клеточных Молекулы адгезии.

Белки S100 взаимодействуют с различными доменами RAGE, такими как домен V, домен C1 и домен C2 [55]. Домен V расположен на N-конце, в самом латеральном положении от плазматической мембраны, тогда как домен C2 расположен вблизи мембраны. Два соседних домена V и C1 соединяются вместе и образуют слегка изогнутую удлиненную структуру [56, 57]. (рис. 2).

Белок S100B вмешивается в домен V, тогда как известно, что другие белки, такие как S100A12 и S100A6, взаимодействуют с доменами V и C. S100A12 взаимодействует через домены V и C1, а S100A6 взаимодействует через домены V и C2. Точный сайт связывания S100A8/A9 в домене RAGE еще не подтвержден.

Домен RAGE в основном активируется различными белками S100, такими как S100B, S100A12, S100A8/A9 и т. д., и в дальнейшем они могут приводить к активации пути MAPK и транслокации NF-Kb из цитозоля в ядро, что приводит к выживанию клеток и пролиферацию, а также активацию генов [55].

4. S100B ПРИ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА

БА — это необратимое прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, которое медленно разрушает мышление, способность памяти и способность выполнять простые задачи [58]. Первоначальными гистопатологическими маркерами БА являются нейрофибриллярные клубки, обнаруживаемые внутриклеточно, и амилоидные бляшки, обнаруживаемые внеклеточно, которые, как известно, дегенерируют нейроны гиппокампа [59].

У пациентов с AD уровень белка S100B в лобно-височной доле способствует воспалительному каскаду, окислительному стрессу и изменяет гомеостаз Ca2+ [60]. Окислительный стресс инициирует повреждение митохондриальной ДНК, что приводит к размножению и/или разрушению нейронов, что вызывает озабоченность в патогенезе неврологических расстройств.

В различных отчетах выдвигалась гипотеза, что дисбаланс между высокоцитотоксичным ONOO- и защитным NO может иметь решающее значение для некоторых сосудистых и нейрональных заболеваний, включая AD [5].

Продукция NO происходит за счет увеличения продукции А либо за счет нарушения гомеостаза Са+ и последующего увеличения внутриклеточного Са+ (eNOS и nNOS-опосредованное высвобождение NO), либо за счет взаимодействия с глиальными клетками (iNOS-опосредованное высвобождение NO) [61]. NO — это свободный радикал, способный образовывать пероксинитрит.

Эти АФК вызывают различные механизмы нейротоксичности, включая изменение белка/ДНК, дисфункцию митохондрий, перекисное окисление липидов, нейровоспаление и апоптоз, индуцируя целостность клеточной мембраны, что приводит к дальнейшему притоку Ca+ и высвобождению NO [62].

Известно, что эти механизмы участвуют в гибели клеток и наблюдаемых когнитивных нарушениях при БА [63]. Существует четкое взаимодействие между внеклеточным бета-амилоидом и экспрессией белка S100B, которая хронически повышена при АД и связана со старческими бляшками.

Этот биомаркер может играть роль в агрегации амилоида и помогать определять расстройство головного мозга [64]. Активированные астроциты являются хорошо известными компонентами А-бляшек при БА.

Эти активированные астроциты, обнаруженные в мозге пациентов с БА, заметно сверхэкспрессируют S100B, что отражается в повышенном уровне его в мозговой ткани. Большинство этих активированных астроцитов и сверхэкспрессия S100B в головном мозге пациентов с БА тесно связаны либо с диффузными, либо с нейритными А-бляшками. Распределение этих астроцитов по областям мозга выявило закономерности распределения А-бляшек.

Эти топографические ассоциации между астроцитами, активированными сверхэкспрессией S100B, и бляшками A при AD вместе с известными нейротрофическими эффектами S100B позволяют предположить, что сверхэкспрессия S100B может быть важным патогенным фактором, ответственным за генезис и эволюцию нейритных бляшек при AD.

Активация астроцитов и сверхэкспрессия S100B являются характерными и постоянными особенностями состояний AD, которые повышают риск развития AD. S100B оказывает как трофическое, так и потенциально токсическое воздействие на нейроны и нейриты, что позволяет предположить, что сверхэкспрессия S100B играет важную роль в генезе нейритных изменений в A-бляшках.

На поздней стадии БА прогрессирование нефибриллярных амилоидных отложений в виде нейритов приводит, как следствие, к прогрессированию самого заболевания [65]. Доказано, что в культуре астроцитов стимулируется синтез как мРНК белка S100B, так и белка S100B. бета-амилоидом [14]. Накопление и приток альфа-бета (-) в мозг опосредованы RAGE.

Прямо или косвенно - инициирует нарушение регуляции гомеостаза кальция, что приводит к активации белка S100B. Активация глиальных клеток с помощью RAGE приводит к активации бета-NF-kB, что вызывает транскрипцию генов и высвобождение воспалительных цитокинов [66].

У пациентов с АД мозг является интенсивным местом воспаления и окислительного стресса, вызывающего образование AGE. Белок S100B, альфа-бета, AGE и другие лиганды RAGE, такие как HMGB1, TTR, S100A6, S100A8/A9 и S100A12, концентрируются в мозге во время течения заболевания.

Чрезмерное высвобождение S100B и RAGE также инициирует нейропатологические изменения в головном мозге посредством активации микроглии, дегенерации нейритов, апоптоза нейронов и образования NFT, что в конечном итоге приводит к ухудшению памяти [27].

Чрезмерное образование AGE в результате модификации белка также запускает RAGE-зависимый окислительный стресс и NF-k. Активированный NF-kB приводит к повышенной экспрессии RAGE, поскольку ответный элемент NF-kB присутствует в области промотора RAGE [65].

Активация RAGE и NF-kB приводит к изменению окислительно-восстановительного потенциала нейронов и нейровоспалению. В мозге пациентов с БА в месте воспаления локализуются высокие уровни КПГ, НФТ и сенильных бляшек [67].

Белки, образующие амилоид, такие как амилоидные бета-пептиды и TTR, инициируют образование второй группы лигандов RAGE. Процессинг АРР бета- и гамма-секретазой приводит к продукции бета-амилоидного пептида.

Накопленные бета-амилоидные белки в головном мозге больных AD играют важную роль в патогенезе заболевания. Доказано, что транспорт бета-амилоида через клеточную мембрану нейронов и ГЭБ опосредован RAGE. Кроме того, показано, что у пациентов с AD TTR оказывает защитное действие, связываясь с бета-амилоидом шаперон-подобным образом [55].

5. S100B ПРИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА.

Болезнь Паркинсона (БП) — распространенное прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, которое описывается агрегацией альфа-синуклеина в кортикальной области или области ствола головного мозга [68].

К первым и наиболее заметным физическим нарушениям, вызванным этими изменениями, относится нарушение координации движений, которое в совокупности называется паркинсонизмом. К ним относятся недостаточность и замедленность движений, то есть акинезия, брадикинезия, ригидность и тремор в состоянии покоя [69].

Патогенез БП фокусируется на АФК, инициировании окислительного стресса, который приводит к окислительному повреждению компактной части черной субстанции. Виды свободных радикалов, являющиеся причиной гибели дофаминергических клеток при БП, неясны, но некоторые данные позволяют предположить, что в этом участвуют гидроксильный радикал (OH'), NO и пероксинитрит [70].

Активация оксидсинтазы азота (NOS) приводит к образованию NO, который реагирует с супероксидом с образованием пероксинитрита. Эта молекула модифицирует нуклеиновую кислоту, белок и липид окислительным способом, что приводит к повреждению ядра, ингибированию протеасом, повреждению митохондрий и стрессу эндоплазматического ретикулума (ЭР).

Чрезмерный уровень нитрозативного стресса приводит к гиперактивации группы глутаматных рецепторов N-метил-D-аспартата (NMDA), митохондриальной дисфункции и старению клеток. Сообщалось, что избыточное количество свободных радикалов и видов NO активирует патологический механизм, включая аномальную динамику митохондрий, неправильно свернутые белки и пути апоптоза в дофаминергических клетках [71].

Некоторые исследования показали, что чрезмерная продукция NO может способствовать этим патологическим процессам, в основном за счет S-нитрозилирования специфических белков-мишеней, таких как убиквитин-белковая лигаза, паркин, протеиндисульфидизомеразы (PDI), и деградации митохондрий под действием β-амилоид-связанного S. -нитрозилирование белка, родственного динамину-1.

PDI отвечает за нормальное сворачивание белков в ЭР, среди этих белков [72]. Кроме того, не опосредованные эффекты на дофаминергические нейронные клетки могут включать ингибирование митохондриальных комплексов I, II и IV, цитохромоксидазы, рибонуклеотидредуктазы, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы, супероксиддисмутазы, перекисного окисления липидов, активации или инициации цепи ДНК. разрушение, окисление белков и повышенное производство токсичных свободных радикалов, включая гидроксильные радикалы и пероксинитрит.

Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что чрезмерное количество RNS/ROS может привести к нарушению UPS и неправильному сворачиванию белковых молекул, что приводит к агрегации белка и гибели дофаминергических нейронов [73].

Низкая экспрессия белка S100B приводит к нейропротекции за счет снижения микроглиоза, экспрессии AGE и TNF-альфа. Появляется все больше свидетельств того, что S100B участвует не только в воспалении, но и в нейродегенеративных заболеваниях, активирует высвобождение провоспалительных цитокинов и приводит к повреждению дофаминергических нейронов.

Сообщалось о повышенном уровне белков S100B в посмертной черной субстанции пациентов с БП по сравнению с нормальной группой тканей в спинномозговой жидкости [74].

Более того, S100B проявляет двойное действие при низкой концентрации (наномолярной), активирует нейротрофический фактор и способствует выживанию нейронов, а также росту нейритов на стадии развития [75]. Он также инициирует апоптоз нейронов при микромолярных концентрациях как путем прямого воздействия на нейроны, так и путем активации микроглии [76].

В некоторой степени эти эффекты могут быть опосредованы ферментом iNOS, который увеличивает выработку оксида азота, уровень внутриклеточного кальция и активацию каспазы -3 [24].

Кроме того, сообщалось, что обработка культуры астроцитов белком S100B приводит к активации iNOS и продукции нитриоксида. Оксид азота, вырабатываемый в ответ на S100B, может привести к апоптотической гибели астроцитов.

Эксайтотоксичность, опосредованная оксидом азота, воспаление, окислительный стресс, нарушение функции митохондрий, повреждение ДНК и S-нитрозилирование различных белков приводят в конечном итоге к гибели тоннейронов [47] (рис. 3).

Это указывает на то, что S100B может быть многообещающим маркером степени тяжести заболевания в начале заболевания. Пациенты с БП имеют более низкие уровни S100B, а люди со сниженным уровнем S100B могут быть более уязвимы к неврологическим проблемам.

Эти результаты позволяют предположить, что S100B может играть возможную роль либо в основном механизме развития БП, либо в оценке заболевания [14]. из этих препаратов снижает высвобождение S100B in vitro [77].

6. S100B ПРИ РАССЕЯННОМ СКЛЕРОЗЕ

Рассеянный склероз (РС) — аутоиммунное заболевание ЦНС, обусловленное хронической воспалительной демиелинизацией нейронов, поражающее молодых людей [78]. На ранних стадиях заболевания заболевание характеризуется активацией Т-клеток, инфильтрацией и накоплением моноцитов-макрофагов, которые способствуют повреждению миелиновой оболочки, что в дальнейшем приводит к образованию очаговых демиелинизированных поражений [79].

Более того, более высокий уровень S100B запускает активацию астроцитов и микроглии, способствующую высвобождению NO [80]. NO представляет собой свободный радикал, который обнаруживается в более высокой концентрации, чем обычно, при воспалительных поражениях рассеянного склероза. Эта повышенная концентрация возникает из-за появления iNOS в астроцитах и ​​макрофагах.

Маркеры продукции NO, такие как концентрации нитритов и нитратов, повышаются в крови, спинномозговой жидкости и моче пациентов с рассеянным склерозом. Кроме того, данные свидетельствуют о том, что NO участвует в различных проявлениях заболевания, таких как повреждение ГЭБ, повреждение олигодендроцитов, демиелинизация и дегенерация аксона, а также способствует функциональной потере из-за нарушения аксональной проводимости [81].

Повышенный уровень S100B впервые был обнаружен в спинномозговой жидкости больных острой фазой РС [82]. При диагностике больных ремиттирующим РС выявляли повышенные уровни S100B в спинномозговой жидкости или сыворотке крови, которые снижались после терапии иммуносупрессорами или натализумабом [83].

Во время травмы повышенный уровень S100B может вызывать реактивность глии, усугубляя повреждение тканей или замедляя ремиелинизацию. Повышенные уровни S100B были обнаружены в спинномозговой жидкости пациентов с ремиттирующим РС после постановки диагноза [84].

При активных демиелинизирующих поражениях рассеянного склероза наблюдался повышенный уровень S100B и его рецептора RAGE в области поражения, тогда как при хронических активных поражениях наблюдались повышенные уровни S100B в демиелинизированных областях с более низкой экспрессией рецепторов RAGE в них [85].

For more information:1950477648nn@gmail.com