Mirare alla proteina S100B come biomarcatore surrogato e il suo ruolo in vari disturbi neurologici Parte 2

2. STRUTTURA DELLA PROTEINA S100B

S100B è una proteina acida legante lo zinco (Zn2+) e il calcio (Ca2+) confinata nel nucleo e nel citoplasma di un'ampia gamma di cellule. I geni della proteina S100 comprendono 13 membri e presentano un cluster sul cromosoma 1q21 [45, 46].

Le proteine ​​acide sono uno dei componenti importanti della cromatina nel nucleo delle cellule nervose. Il suo contenuto e la sua distribuzione sono strettamente legati alla memoria.

La ricerca scientifica dimostra che esistono due tipi di memoria nel cervello umano: memoria a breve termine e memoria a lungo termine. La memoria a lungo termine può durare giorni, mesi o anche di più ed è il metodo di memoria necessario nella vita delle persone.

Nel cervello, la memoria a lungo termine si ottiene attraverso le connessioni sinaptiche tra i neuroni. Quando la memoria viene immagazzinata, vengono espresse le proteine ​​acide nei neuroni, che possono aumentare la durata delle sinapsi e mantenere la memoria a lungo termine.

Allo stesso tempo, la sovraespressione di proteine ​​acide può portare ad anomalie sinaptiche, declino della memoria e persino malattie del cervello. Pertanto, è anche molto importante mantenere le proteine ​​acide a un livello adeguato.

Per proteggere e migliorare la memoria, è possibile adottare le seguenti misure:

1. Esercizio. Un esercizio adeguato può promuovere la connessione tra i neuroni, aumentare la produzione di proteine ​​acide e quindi migliorare la memoria.

2. Migliorare le abitudini di vita. Prestare attenzione al riposo, evitare di alzarsi fino a tardi e di abusare di dispositivi elettronici, che aiuteranno a mantenere un buon stato di funzionamento del sistema nervoso.

3. Mangia più cibi della memoria. Ad esempio, pesce, noci, cioccolato fondente, uova, ecc. Questi alimenti sono ricchi di acidi grassi Omega-3, zinco, rame, acido folico e altri ingredienti che aiutano a migliorare la memoria.

In breve, il rapporto tra proteine ​​acide e memoria è molto importante. Attraverso metodi scientifici, possiamo garantire una distribuzione ragionevole delle proteine ​​acide, migliorando così la memoria. Allo stesso tempo, dovremmo anche prestare attenzione a mantenere un atteggiamento positivo e a mantenere un buono stato fisico e mentale per avere al meglio un’ottima memoria. Si può vedere che dobbiamo migliorare la memoria e Cistanche può migliorare significativamente la memoria perché Cistanche è una medicina tradizionale cinese con molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'efficacia di Cistanche deriva dai vari principi attivi che contiene, tra cui acido tannico, polisaccaridi, glicosidi flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono promuovere la salute del cervello in molti modi.

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Strutturalmente, contiene due regioni leganti di tipo EF-hand, note come motivo aelica-ansa-elica, unite da una regione a cerniera centrale [27].

La proteina è composta da 2 catene identiche del polipeptide di amminoacidi 91-, che contiene due regioni di legame del calcio proposte EF-hands elica-anello-elica. Ogni subunità di S100B incorpora quattro eliche (elica 1, E{{8 }}R20; elica 2, K29-N38; elica 3, Q50-D61; {21}}K28; e filone 2, E67-D69). Queste eliche e fogli formano mani normali e pseudo-EF congiuntamente [47, 48].

Il dominio C-terminale contiene i canonici 12 anelli di legame degli amminoacidi con la classica mano EF e il dominio N-terminale contiene i 14 anelli di legame degli amminoacidi specifici di S100B [49,50].

È stato scoperto che la sequenza aminoacidica presenta aree di un intenso raggruppamento di amminoacidi lipofili, basici e acidi e una regione che lega il calcio nella porzione acida [51].

S100b con un'affinità moderata (2-20M) si lega con due ioni calcio per subunità [27] (Fig. 1). Inoltre, il legame del calcio con la mano EF avvia cambiamenti strutturali che consentono le interazioni delle proteine ​​bersaglio. Le proteine ​​S100B sono differenziate dalle altre proteine ​​EF-hand elica-ansa-elica per la loro distinta capacità di legare ioni Ca2+nei loro siti di legame amino-terminali che è un peculiare disegno costruttivo diametrale.

Inoltre, esiste un potenziale legame con metalli di transizione come l'interfaccia del dimero di rame, zinco e manganese nei siti di legame ricchi di istidina [27]. In presenza di magnesio e potassio, l'affinità della proteina per gli ioni Ca2+ diminuisce.

Il legame del calcio avviene possibilmente in due siti alfa e beta, che sono fortemente antagonizzati dal potassio [52].

Questa proteina interagisce con le proteine ​​bersaglio che hanno dimostrato di apportare residui di cisteina (uno su S100A1 e due su S100B); inoltre, su un tratto di 13 aminoacidi, una regione di collegamento al centro unisce due domini di legame del calcio EF-hand [53].

3. IL RICEVENTE DELLA PROTEINA S100B

Le proteine ​​S100 agiscono sui recettori RAGE e TLR-4. RAGE è un recettore della superficie cellulare dell'immunoglobulina presente in vari tipi di cellule come fagociti mononucleari, macrofagi tissutali, miociti cardiaci, polmoni, fibroblasti, cellule epiteliali, cellule endoteliali, neuroni e cellule muscolari lisce [54].

Sono anche descritti come recettori per il riconoscimento di pattern. L'attivazione dei domini RAGE extracellulari da parte delle proteine ​​S100 avvia molteplici vie di segnalazione intracellulare e vari fattori di trascrizione come NF-kB, AP-1 e STAT3 (trasduttore di segnale e attivatore della trascrizione 3), che porta ad una maggiore espressione di citochine proinfiammatorie e cellule molecole di adesione.

Le proteine ​​S100 interferiscono con diversi domini RAGE come il dominio V, il dominio C1 e il dominio C2 [55]. Il dominio V si trova in N-terminale nella posizione più laterale della membrana plasmatica, mentre il dominio C2 si trova vicino alla membrana. I due domini adiacenti V e C1 si uniscono e formano una struttura allungata leggermente piegata [56, 57] (Fig. 2).

La proteina S100B interferisce con il dominio V mentre è noto che altre proteine ​​come S100A12 e S100A6 interagiscono con i domini V e C. S100A12 interagisce tramite i domini V e C1 e S100A6 interagisce tramite i domini V e C2. L'esatto sito di legame di S100A8/A9 nel dominio RAGE non è stato ancora confermato.

Il dominio RAGE viene attivato principalmente da diverse proteine ​​S100 come S100B, S100A12, S100A8/A9, ecc., e inoltre possono portare all'attivazione del percorso MAPK e alla traslocazione di NF-Kb dal citosol al nucleo, che si traduce nella sopravvivenza cellulare e proliferazione e sovraregolazione genica [55].

4. S100B NEL MORBO DI ALZHEIMER

L’AD è una malattia neurodegenerativa irreversibile e progressiva che distrugge lentamente il pensiero, la capacità di memoria e la capacità di svolgere compiti facili [58]. I marcatori istopatologici iniziali dell'AD sono i grovigli neurofibrillari trovati a livello intracellulare e le placche amiloidi trovate extracellulari che sono noti per degenerare i neuroni dell'ippocampo [59].

Nei pazienti con AD, il livello della proteina S100B nel lobo frontotemporale promuove la cascata infiammatoria e lo stress ossidativo e altera l'omeostasi del Ca2+ [60]. Lo stress ossidativo avvia il danno al DNA mitocondriale, portando alla propagazione e/o alla distruzione dei neuroni, che è stato un problema nella patogenesi dei disturbi neurologici.

Vari rapporti hanno ipotizzato che uno squilibrio tra l’ONOO altamente citotossico e l’NO protettivo potrebbe essere cruciale per diverse malattie vascolari e neuronali, incluso l’AD [5].

La produzione di NO avviene a causa dell’aumento della produzione di A sia attraverso l’interruzione dell’omeostasi del Ca+ e il successivo aumento del Ca+ intracellulare (rilascio di NO mediato da eNOS e nNOS) o attraverso le interazioni con le cellule gliali (rilascio di NO mediato da iNOS) [61]. L'NO è un radicale libero con il potenziale di produrre perossinitrito.

Questi ROS inducono vari meccanismi di neurotossicità, tra cui l'alterazione delle proteine/DNA, la disfunzione dei mitocondri, la perossidazione lipidica, la neuroinfiammazione e l'apoptosi, inducendo l'integrità della membrana cellulare, che porta ad un ulteriore afflusso di Ca+ e al rilascio di NO[62].

È noto che questi meccanismi sono implicati nella morte cellulare e nei disturbi cognitivi osservati nell'AD [63]. Esiste una distinta interazione tra l'espressione della beta-amiloide extracellulare e della proteina S100B che è cronicamente elevata nell'AD ed è associata alle placche senili.

Questo biomarcatore può svolgere un ruolo nell’aggregazione dell’amiloide e aiutare a determinare il disagio cerebrale [64]. Gli astrociti attivati ​​sono componenti ben riconosciuti delle placche A nell'AD.

Questi astrociti attivati ​​presenti nel cervello del paziente con AD esprimono in modo marcatamente eccessivo S100B, il che si riflette nel suo aumento del livello nel tessuto cerebrale. La maggior parte di questi astrociti attivati ​​e della sovraespressione di S100B nel cervello dei pazienti con AD sono strettamente associati a placche A diffuse o neuritiche. La distribuzione di questi astrociti nelle regioni del cervello ha riconosciuto modelli di distribuzione per le placche A.

Queste associazioni topografiche tra gli astrociti attivati ​​dalla sovraespressione di S100B e le placche A nell'AD insieme ai noti effetti neurotrofici di S100B suggeriscono che la sovraespressione di S100B può essere un importante fattore patogeno responsabile della genesi e dell'evoluzione delle placche neuritiche nell'AD.

L'attivazione degli astrociti e la sovraespressione di S100B sono caratteristiche importanti e coerenti delle condizioni di AD che conferiscono un aumento del rischio di AD. S100B ha effetti sia trofici che potenzialmente tossici su neuroni e neuriti, il che suggerisce che la sovraespressione di S100B gioca un ruolo importante nella genesi dei cambiamenti neuritici nelle placche A.

Nella fase avanzata dell'AD, la progressione dei depositi di amiloide non fibrillare come forme di neuriti porta conseguentemente alla progressione della malattia stessa [65]. È stato evidenziato che viene stimolata la sintesi sia dell'mRNA della proteina S100B che della proteina S100B nella coltura degli astrociti. dalla beta-amiloide [14]. L'accumulo e l'afflusso di alfa-beta (-) nel cervello sono mediati da RAGE.

Direttamente o indirettamente, avvia la disregolazione dell'omeostasi del calcio che porta all'attivazione della proteina S100B. L'attivazione delle cellule gliali da parte di RAGE porta all'attivazione di NF-kB beta che causa la trascrizione genica e il rilascio di citochine infiammatorie [66].

Nei pazienti con AD, il cervello è il sito intenso dell'infiammazione e dello stress ossidativo che determina la formazione di AGE. La proteina S100B, l'alfa-beta, gli AGE e altri ligandi RAGE come HMGB1, TTR, S100A6, S100A8/A9 e S100A12 si concentrano nel cervello durante il decorso della malattia.

Il rilascio eccessivo di S100B e RAGE avvia anche cambiamenti neuropatologici nel cervello attraverso l'attivazione della microglia, la degenerazione dei neuriti, l'apoptosi neuronale e la formazione di NFT che alla fine porta alla compromissione della memoria[27].

L'eccessiva formazione di AGE mediante modificazione proteica innesca anche lo stress ossidativo dipendente dal RAGE e NF-k. L'NF-kB attivato porta all'elevata espressione di RAGE a causa dell'elemento di risposta di NF-kB presente nella regione del promotore di RAGE [65].

L'attivazione sia di RAGE che di NF-kB porta all'alterazione del potenziale redox neuronale e alla neuroinfiammazione. Nel sito dell'infiammazione, nel cervello dei pazienti con AD sono localizzati alti livelli di AGE, NFT e placche senili [67].

Le proteine ​​che formano l'amiloide, come i peptidi amiloide--beta e TTR, avviano la formazione del secondo gruppo di ligandi RAGE. L'elaborazione dell'APP da parte della beta e della gamma-secretasi porta alla produzione del beta-peptide amiloide.

Le proteine ​​beta amiloide accumulate nel cervello dei pazienti affetti da AD sono importanti nella patogenesi della malattia. È stato dimostrato che anche il trasporto della beta-amiloide attraverso la membrana cellulare dei neuroni e della BBB è mediato da RAGE. Inoltre, nei pazienti con AD, è stato dimostrato che la TTR ha un effetto protettivo legandosi all'amiloide-beta in modo simile a un chaperone[55].

5. S100B NELLA MORBO DI PARKINSON

La malattia di Parkinson (PD) è una malattia neurodegenerativa progressiva prevalente descritta dall'aggregazione di -sinucleina nella regione corticale o del tronco encefalico [68].

La prima e più importante disabilità fisica dovuta a queste variazioni include l'incoordinazione motoria, chiamata collettivamente Parkinsonismo. Questi includono insufficienza e movimento lento ovvero acinesia, bradicinesia, rigidità e tremori prodotti a riposo [69].

La patogenesi della malattia di Parkinson si concentra sui ROS, l'inizio dello stress ossidativo che provoca un danno ossidativo alla substantia nigra pars compacta. Non è chiaro se le specie di radicali liberi siano la causa della morte di una cellula dopaminergica nella malattia di Parkinson, ma alcuni dati hanno suggerito che siano coinvolti il ​​radicale idrossile (OH'), NO e perossinitrito [70].

L'attivazione dell'ossido nitrico sintasi (NOS) produce NO, che reagisce con il superossido per formare perossinitrito. Questa molecola modifica l'acido nucleico, le proteine ​​e i lipidi in modo ossidativo, provocando danno nucleare, inibizione del proteasoma, danno mitocondriale e stress del reticolo endoplasmatico (ER).

Un livello eccessivo di stress nitrosativo porta all'iperattivazione del gruppo di recettori del glutammato N-metil-D-aspartato (NMDA), disfunzione mitocondriale e invecchiamento cellulare. È stato riportato che un numero eccessivo di radicali liberi e di specie NO attivano il meccanismo patologico che comprende dinamiche mitocondriali anormali, proteine ​​mal ripiegate e percorsi apoptotici nelle cellule dopaminergiche [71].

Alcuni studi hanno suggerito che un'eccessiva produzione di NO può contribuire a questi processi patologici, principalmente attraverso la S-nitrosilazione di proteine ​​bersaglio specifiche, come l'ubiquitina-proteina ligasi, la parkina, le proteine ​​disolfuroisomerasi (PDI) e la degradazione mitocondriale da parte di S correlati alla ß-amiloide. -nitrosilazione della proteina correlata alla dinamina-1.

La PDI è responsabile del normale ripiegamento delle proteine ​​nell'ER, tra queste proteine ​​[72]. Inoltre, nessun effetto mediato sulle cellule neuronali dopaminergiche può includere l'inibizione dei complessi mitocondriali I, II e IV, citocromoossidasi, ribonucleotide reduttasi, gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi, superossido dismutasi, perossidazione lipidica, attivazione o inizio del filamento di DNA rottura, ossidazione delle proteine ​​e aumento della produzione di radicali liberi tossici inclusi radicali idrossilici e perossinitrito.

Le prove hanno suggerito che un eccessivo RNS/ROS può portare al deterioramento dell’UPS e all’errato ripiegamento delle molecole proteiche, con conseguente aggregazione delle proteine ​​e morte neuronale dopaminergica [73].

La proteina S100B a bassa espressione determina neuroprotezione a causa della diminuzione della microgliosi, degli AGE e dell'espressione del TNF-alfa. Vi sono maggiori indicazioni che l'S100B non solo sia coinvolto nell'infiammazione ma anche nella malattia neurodegenerativa, attivando il rilascio di citochine proinfiammatorie e causando danni ai neuroni dopaminergici.

È stato segnalato un aumento del livello di proteine ​​S100B nella substantia nigra post mortem di pazienti con PD rispetto al gruppo di tessuti normali nel liquido cerebrospinale [74].

Inoltre, S100B mostra una duplice azione a bassa concentrazione (nanomolare), attiva il fattore neurotrofico e promuove la sopravvivenza neuronale e la crescita dei neuriti durante la fase di sviluppo [75]. Inoltre avvia l'apoptosi neuronale a concentrazioni micromolari sia mediante azione diretta sui neuroni che mediante attivazione della microglia[76].

In un certo senso, questi effetti possono essere mediati da un enzima iNOS che aumenta la produzione di ossido nitrico, i livelli di calcio intracellulare e l'attivazione della caspasi-3 [24].

Inoltre, è stato riportato che il trattamento della coltura di astrociti con la proteina S100B porta all'attivazione di iNOS e alla produzione di ossido nitrico. L'ossido nitrico prodotto in risposta a S100B può causare la morte cellulare per apoptosi degli astrociti.

L'eccitotossicità mediata dall'ossido nitrico, l'infiammazione, lo stress ossidativo, la compromissione della funzione mitocondriale, il danno al DNA e la S-nitrosilazione di varie proteine ​​portano infine alla morte toneuronale [47] (Fig. 3).

Ciò indica che S100B potrebbe essere un marcatore promettente per il grado di gravità della malattia nella fase iniziale della malattia. I pazienti con malattia di Parkinson hanno livelli più bassi di S100B e gli individui con livelli di S100B ridotti potrebbero essere più vulnerabili ai problemi neurologici.

Questi risultati suggeriscono che S100B può avere un possibile ruolo nel meccanismo di sviluppo della PD o nella valutazione della malattia. di questi farmaci diminuisce il rilascio di S100B in vitro [77].

6. S100B NELLA SCLEROSI MULTIPLA

La sclerosi multipla (SM) è una malattia autoimmune del sistema nervoso centrale causata dalla demielinizzazione infiammatoria cronica dei neuroni, che colpisce i giovani [78]. Nelle fasi iniziali della malattia, è caratterizzata dall'attivazione delle cellule T, dall'infiltrazione e dall'accumulo di macrofagi monociti che promuovono il danno alla guaina mielinica che porta ulteriormente alla formazione di lesioni demielinizzate focali [79].

Inoltre, un livello più elevato di S100B innesca l’attivazione degli astrociti e della microglia promuovendo il rilascio di NO [80]. L'NO è un radicale libero che si trova in una concentrazione maggiore rispetto al normale nelle lesioni infiammatorie della SM. Questa maggiore concentrazione si verifica a causa della comparsa di iNOS negli astrociti e nei macrofagi.

I marcatori della produzione di NO, come le concentrazioni di nitriti e nitrati, sono aumentati nel sangue, nel liquido cerebrospinale e nelle urine dei pazienti con SM. Inoltre, l’evidenza suggerisce la funzione dell’NO in varie caratteristiche patologiche come il danno alla BBB, la lesione degli oligodendrociti, la demielinizzazione e la degenerazione dell’assone e contribuisce ulteriormente alla perdita funzionale dovuta al deterioramento della conduzione assonale [81].

Livelli elevati di S100B sono stati rilevati per la prima volta nel liquido cerebrospinale di pazienti con SM in fase acuta [82]. Nella diagnosi di pazienti con SM recidivante-remittente, sono stati rilevati livelli elevati di S100B nel liquido cerebrospinale o nel siero, che diminuivano dopo la terapia con immunosoppressori o natalizumab [83].

Durante la lesione, un aumento del livello di S100B può indurre reattività gliale, aggravando il danno tissutale o ritardando la rimielinizzazione. Livelli aumentati di S100B sono stati rilevati nel liquido cerebrospinale dei pazienti con SM recidivante-remittente dopo la diagnosi [84].

Le lesioni demielinizzanti attive della SM hanno mostrato un livello elevato di S100B e del suo recettore, RAGE, nell'area della lesione, mentre le lesioni attive croniche hanno mostrato livelli elevati di S100B nelle aree demielinizzate con una minore espressione dei recettori RAGE in esse [85].

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