Белок S100
Впервые белок S100 был выделен В. Moore в 1965 г. Название "S100" связано со способностью белка растворяться в 100% растворе сульфата аммония при рН 7,2. S100 - это группа уникальных для нервной ткани кислых кальций-связывающих белков, отличающихся по заряду и массе, но тождественных иммунологически. Концентрация их в мозге в 100000 раз превышает содержание в других тканях и составляет до 90% растворимой фракции белков нервных клеток [ Грудень М.А., Полетаев А.Б. 1987 , Эйншейн Э. 1988 ]. Все фракции S100 специфически взаимодействуют с кальцием , но отличаются друг от друга количеством кальций-связывающих центров (от 2 до 8) [ Грудень М.А., Полетаев А.Б. 1987 , Эйншейн Э. 1988 , Isobe Т., Ishoka N. 1983 ].
Большинство белков S100 (до 85-90% от общего содержания в нервной ткани) сосредоточены в астроцитах ; 10-15% расположены в нейронах , минимальное их количество определяется в олигодендроцитах . Белки S100 синтезируются глиальными клетками , а затем транспортируются в нейроны [ Сандалов В.Б. 1984 , Moister D. 1984 ]. В клетке они локализуются преимущественно в цитоплазме, а также в синаптической мембране и хроматине [ Полетаев А.Б. 1984 , Michetti G., Miani N. 1974 ].
Проведенные исследования позволили рассматривать белки S100 в качестве одного из узловых молекулярных компонентов сложных внутриклеточных систем, обеспечивающих функциональный гомеостаз клеток мозга путем сопряжения и интеграции разноплановых метаболических процессов [ Полетаев А.Б. 1984 ]. Выделяют 4 основных молекулярных процесса, лежащих в основе биологической активности белков группы S100.
Первый - связывание ионов Са2+ и, как следствие, кальций-зависимое специфическое межмолекулярное взаимодействие белков S100 с другими белками, сопряженное с изменением конформации белковых молекул. Взаимодействие происходит по следующей схеме:
S100 + Са2+ = конформер+молекула-акцептор = аллостерическая модуляция функциональной активности молекулы-акцептора.
Обнаружены и идентифицированы около 20 белков и более 25 эндогенных нейропептидов , способных специфически взаимодействовать с белками S100. Среди белковых лигандов S100 идентифицированы щелочная фосфатаза , моноаминоксидаза , основной белок миелина [ Michetti G., Missaro A. 1979 , Perumol A.S. 1976 ], нейроспецифическая енолаза [ Zomezely-Neurath C., Keller A. 1982 ], ряд ДНК-связывающих белков и гликопротеинов [ Полетаев А.Б. 1984 ].
Второй - модулирование активности протеинкиназ и фосфопротеинкиназ [ Грудень М.А., Полетаев А.Б. 1987 , Полетаев А.Б. 1984 ]. Взаимодействие происходит по похожей схеме:
S100 + Са2+ = конформер+протеинкиназа = фосфопротеинкиназа = влияние на фосфорилирование/дефосфорилирование белковых молекул (посттранскрипционная модификация).
Третий - влияние на состояние микротрубочек нервных клеток . В результате ассоциации/диссоциации молекул S100 и ионов Са2+ происходит изменение концентрации кальция в клетке, что определяет процесс перестройки и диссоциации микротрубочек. Таким образом, S100 косвенно воздействует на внутриклеточный транспорт [ Полетаев А.Б. 1984 , Полетаев А.Б., Мещерякова О.Д. 1982 ].
Четвертый - влияние на процессы обмена и специфической рецепции нейромедиаторов . S100 изменяют уровень специфического связывания лигандов ( ацетилхолина , ГАМК , дофамина , серотонина , норадреналина ) с рецепторами.
Таким образом, различные изоформы и конформеры белков S100 представляют наиболее универсальные из известных макромолекул, которые участвуют в регуляции практически всех основных мембранных, цитоплазматических и ядерных метаболических процессов, связанных с обеспечением механизмов восприятия и интеграции поступающей в нервную систему информации [ Грудень М.А., Сторожева З.И. 1999 , Шерстнев В.В. 1983 ], принимают участие в ответе генов раннего реагирования, в реализации генетических программ апоптоза и антиапоптозной защиты [ Scotto C., Deloulme J.C. 1998 ] ( рис. 7.1 ). Регуляторный потенциал белков S100 реализуется через системы вторичных мессенджеров и прежде всего внутриклеточных ионов Са2+. Кальций-зависимая перестройка пространственной структуры белков S100 позволяет им в форме тех или иных конформеров специфически связываться с определенными молекулами нервной ткани, аллостерически регулируя активность последних или образуя с ними надмолекулярные комплексы с измененными функциональными свойствами. Таким образом, белки S100, не подменяя в функциональном отношении ни одно из ключевых метаболических звеньев, участвуют в их системной интеграции, что и составляет молекулярную основу организации специфических физиологических функций нервной системы.
Экспериментально доказано участие белков группы S100 в регуляции процессов направленного роста отростков нейронов , в завершении нейроонтогенеза как в морфологическом, так и функциональном отношении, в становлении основных форм врожденного поведения , в механизмах памяти и обучения .
Белки S100 не являются жизненно важными компонентами (как ферменты гликолиза или окислительного фосфорилирования), необходимыми для поддержания общего гомеостаза живых клеток. Характерно, что экспериментальные воздействия на белки S1OO обычно не сопровождаются заметным ухудшением соматического состояния животных, но одновременно приводят к резким и разнообразным нарушениям интегративной функции мозга , информационного гомеостаза , в обеспечении и оптимизации которого и заключается их общебиологическая функция [ Полетаев А.Б., Шерстнев В.В. 1987 ].
