代用バイオマーカーとしての S100B タンパク質の標的化とさまざまな神経疾患におけるその役割 パート 2
Aug 08, 2024
2. S100Bタンパク質の構造
S100B は、広範囲の細胞の核および細胞質に限定された亜鉛 (Zn2+) およびカルシウム (Ca2+) 結合酸性タンパク質です。 S100 タンパク質遺伝子は、染色体 1q21 上にクラスターとして存在する 13 個のメンバーで構成されています [45、46]。
酸性タンパク質は、神経細胞の核内のクロマチンの重要な構成要素の 1 つです。その内容と分布は記憶と密接に関係しています。
科学的研究によると、人間の脳には短期記憶と長期記憶という 2 種類の記憶があることがわかっています。長期記憶は数日、数か月、あるいはそれ以上持続することがあり、人々の生活に必要な記憶方法です。
脳では、長期記憶はニューロン間のシナプス接続を通じて実現されます。記憶が保存されると、ニューロン内の酸性タンパク質が発現され、これによりシナプスの耐久性が向上し、長期記憶が維持されます。
同時に、酸性タンパク質の過剰発現は、シナプス異常、記憶力の低下、さらには脳疾患を引き起こす可能性があります。したがって、酸性タンパク質を適切なレベルに保つことも非常に重要です。
メモリを保護および改善するには、次の措置を講じることができます。
1. 運動する。適切な運動はニューロン間の結合を促進し、酸性タンパク質の生成を増加させ、その結果記憶力を高めることができます。
2. 生活習慣を改善する。休息に注意し、夜更かしや電子機器の使いすぎを避けてください。これは、神経系の良好な状態を維持するのに役立ちます。
3. 思い出の食べ物をもっと食べましょう。たとえば、魚、クルミ、ダークチョコレート、卵などです。これらの食品には、記憶力の向上に役立つオメガ-3脂肪酸、亜鉛、銅、葉酸、その他の成分が豊富に含まれています。
つまり、酸性タンパク質と記憶の関係は非常に重要なのです。科学的方法を通じて、酸性タンパク質の合理的な分布を確保し、それによって記憶力を向上させることができます。同時に、優れた記憶力を高めるために、前向きな姿勢を維持し、良好な肉体的および精神的状態を維持することにも注意を払う必要があります。記憶力を改善する必要があることはわかりますが、シスタンケは多くのユニークな効果を持つ伝統的な漢方薬であり、そのうちの1つは記憶力を改善することであるため、カンシタンケは記憶力を大幅に向上させることができます。シスタンケの効能は、タンニン酸、多糖類、フラボノイド配糖体などを含む、含まれるさまざまな有効成分によるものです。これらの成分は、さまざまな方法で脳の健康を促進します。
構造的には、中央のヒンジ領域によって結合されたヘリックス-ループ-ヘリックスモチーフとして知られるEFハンドタイプの2つの結合領域が含まれています[27]。
このタンパク質は、91- アミノ酸ポリペプチドの 2 つの同一鎖で構成されており、これには提案されている 2 つの EF ハンド ヘリックス-ループ-ヘリックス カルシウム結合領域が含まれています。S100B のすべてのサブユニットには 4 つのヘリックス (ヘリックス 1、E{{8) が組み込まれています。 }}R20; ヘリックス 2、K29-N38、ヘリックス 3、Q50-D61、およびヘリックス 4、F70-A83）および 1 つの逆平行ベータシート（ストランド 1、K{ {21}}K28; およびストランド 2、E67-D69)。これらのらせんとシートは共同して通常の EF ハンドと擬似 EF ハンドを形成します [47、48]。
C 末端ドメインには古典的な EF ハンドとの標準的な 12 アミノ酸結合ループが含まれ、N 末端ドメインには 14 個の S100B 特異的アミノ酸結合ループが含まれています [49,50]。
アミノ酸配列には、親油性、塩基性、酸性アミノ酸が集中的にグループ化された領域と、酸性部分にカルシウム結合領域があることが判明しています[51]。
S100b は中程度の親和性 (2-20M) でサブユニットあたり 2 つのカルシウムイオンと結合します [27] (図 1)。さらに、EF ハンドへのカルシウム結合により、標的タンパク質の相互作用を可能にする構造変化が開始されます。S100B タンパク質は他のヘリックス-ループ-ヘリックスEF-ハンドタンパク質とは、独特の直径の構築設計であるアミノ末端結合部位のCa2+イオンに結合する明確な能力によって区別されます。
さらに、ヒスチジンに富む結合部位では、銅、亜鉛、マンガンシート二量体界面などの遷移金属が結合する可能性があります[27]。マグネシウムとカリウムが存在すると、Ca2+ イオンに対するタンパク質の親和性が低下します。
カルシウム結合はおそらく、カリウムによって強く拮抗されるアルファとベータの 2 つの部位で発生します [52]。
このタンパク質は、システイン残基（S100A1 に 1 つ、S100B に 2 つ）をもたらすことが示されている標的タンパク質と相互作用します。さらに、13アミノ酸の範囲で、中央のリンカー領域が2つのEFハンドカルシウム結合ドメインを結合している[53]。
3. S100Bタンパク質の受容体
S100 タンパク質は、RAGE および TLR-4 受容体に作用します。RAGE は、単核食細胞、組織マクロファージ、心筋細胞、肺、線維芽細胞、上皮細胞、内皮細胞、ニューロン、平滑筋細胞などのさまざまな細胞型に存在する免疫グロブリンの細胞表面受容体です。 [54]。
それらはパターン認識受容体とも呼ばれます。 S100タンパク質による細胞外RAGEドメインの活性化は、複数の細胞内シグナル伝達経路と、NF-κB、AP-1、STAT3（転写のシグナルトランスデューサーおよび活性化因子3）などのさまざまな転写因子を開始し、炎症誘発性サイトカインおよび細胞内炎症性サイトカインの発現増加につながります。接着分子。
S100 タンパク質は、V ドメイン、C1 ドメイン、C2 ドメインなどのさまざまな RAGE ドメインに干渉します [55]。 V ドメインは細胞膜から最も外側の N 末端に位置し、C2 ドメインは膜の近くに位置します。2 つの隣接するドメイン V と C1 は結合し、少し曲がった細長い構造を構築します [56, 57] (図2)。
S100B タンパク質は V ドメインと干渉しますが、S100A12 や S100A6 などの他のタンパク質は V ドメインおよび C ドメインと相互作用することが知られています。 S100A12 は V および C1 ドメインを介して相互作用し、S100A6 は V および C2 ドメインを介して相互作用します。 RAGE ドメイン内の S100A8/A9 の正確な結合部位はまだ確認されていません。
RAGE ドメインは主に、S100B、S100A12、S100A8/A9 などのさまざまな S100 タンパク質によって活性化され、さらに MAPK 経路の活性化とサイトゾルから核への NF-κb の移行を引き起こし、その結果細胞の生存と増殖および遺伝子アップレギュレーション[55]。
4. アルツハイマー病におけるS100B
AD は不可逆的な進行性の神経変性疾患であり、思考、記憶能力、簡単な作業を実行する可能性をゆっくりと粉砕します [58]。 AD の最初の組織病理学的マーカーは、海馬ニューロンを変性させることがよく知られている、細胞内に見られる神経原線維変化と細胞外に見られるアミロイド斑です [59]。
AD患者では、前頭側頭葉のS100Bタンパク質のレベルが炎症カスケードと酸化ストレスを促進し、Ca2+の恒常性を変化させます[60]。酸化ストレスはミトコンドリア DNA の損傷を引き起こし、ニューロンの増殖および/または破壊を引き起こしますが、これは神経疾患の発症における懸念事項です。
さまざまな報告により、細胞毒性の高いONOO-と防御性NOの間の不均衡がアルツハイマー病を含むいくつかの血管疾患および神経疾患にとって重要である可能性があるという仮説が立てられている[5]。
NO の産生は、Ca+ ホメオスタシスの破壊とそれに続く細胞内 Ca+ の増加 (eNOS および nNOS 媒介 NO 放出)、またはグリア細胞との相互作用 (iNOS 媒介 NO 放出) を介した A 産生の増加によって起こります [61]。 NO は、ペルオキシ亜硝酸塩を生成する可能性のあるフリーラジカルです。
これらの ROS は、タンパク質/DNA の変化、ミトコンドリアの機能不全、脂質過酸化、神経炎症、アポトーシスなどの神経毒性のさまざまなメカニズムを誘発し、細胞膜の完全性を誘導し、さらなる Ca+ 流入と NO 放出を引き起こします[62]。
これらのメカニズムは、AD における細胞死と観察される認知障害に関係していることが知られています [63]。細胞外ベータアミロイドと、AD では慢性的に上昇し、老人斑に関連する S100B タンパク質発現の間には明確な相互作用があります。
このバイオマーカーはアミロイド凝集に役割を果たし、脳障害の判定に役立つ可能性がある[64]。活性化された星状細胞は、AD における A プラークの構成要素としてよく知られています。
AD 患者の脳に見られるこれらの活性化星状細胞は、S100B を著しく過剰発現しており、これは脳組織レベルの増加に反映されています。 AD患者の脳におけるこれらの活性化星状細胞およびS100B過剰発現のほとんどは、びまん性または神経炎性A斑のいずれかと密接に関連しています。脳領域全体にわたるこれらの星状細胞の分布により、A プラークの分布パターンが認識されました。
ADにおけるS100B過剰発現活性化星状細胞とA斑との間のこれらの地形的関連性は、S100Bの既知の神経栄養効果とともに、S100B過剰発現がADにおける神経炎性斑の発生および進化に関与する重要な病原因子である可能性を示唆している。
星状細胞の活性化と S100B の過剰発現は、AD リスクの増加をもたらす AD 状態の顕著かつ一貫した特徴です。S100B はニューロンおよび神経突起に対して栄養作用と潜在的な毒性作用の両方を有しており、これは S100B の過剰発現が A 斑における神経突起性変化の発生に重要な役割を果たしていることを示唆しています。
AD 後期では、神経突起の形成に伴う非線維性アミロイド沈着の進行が結果的に疾患自体の進行につながります [65]。星状細胞の培養において S100B タンパク質 mRNA と S100B タンパク質の両方の合成が刺激されることが証明されています。ベータアミロイドによる[14]。脳内のアルファベータ ( - ) の蓄積と流入は RAGE によって媒介されます。
直接的または間接的に、S100B タンパク質の活性化につながるカルシウム恒常性調節不全を開始します。RAGE によるグリア細胞の活性化は、遺伝子転写と炎症性サイトカインの放出を引き起こす NF-kB ベータの活性化につながります [66]。
アルツハイマー病患者にとって、脳はAGE形成を引き起こす炎症と酸化ストレスの激しい部位です。 S100B タンパク質、α-β、AGE、および HMGB1、TTR、S100A6、S100A8/A9、および S100A12 などの他の RAGE リガンドは、疾患の経過中に脳に集中します。
S100BとRAGEの過剰な放出は、ミクログリアの活性化、神経突起変性、神経細胞のアポトーシス、NFTの形成を通じて脳の神経病理学的変化を引き起こし、最終的に記憶障害につながります[27]。
タンパク質修飾による過剰な AGE の形成も、RAGE 依存性の酸化ストレスと NF-k を引き起こします。 RAGE プロモーター領域内に存在する NF-kB 応答エレメントにより、活性化された NF-kB は RAGE の発現上昇をもたらします [65]。
RAGE と NF-κB の両方の活性化は、神経酸化還元電位の変化と神経炎症を引き起こします。 AD 患者の脳には、炎症部位に高レベルの AGE、NFT、老人斑が局在しています [67]。
アミロイド--ベータペプチドやTTRなどのアミロイド形成タンパク質は、RAGEリガンドの第2グループの形成を開始します。 β-セクレターゼおよびγ-セクレターゼによるAPPプロセシングにより、アミロイドβペプチドが生成されます。
アルツハイマー病患者の脳に蓄積されたアミロイド ベータ タンパク質は、疾患の発症において重要です。ニューロンおよびBBBの細胞膜を通るアミロイドベータの輸送もRAGEによって媒介されることが証明されている。さらに、アルツハイマー病患者においては、TTR がシャペロンのような方法でアミロイド ベータに結合することによって保護効果があることが示されています [55]。
5. パーキンソン病における S100B
パーキンソン病 (PD) は、皮質または脳幹領域における α-シヌクレインの凝集によって説明される、蔓延している進行性の神経変性疾患です [68]。
これらの変化による最初の最も顕著な身体障害には、総称してパーキンソニズムと呼ばれる運動調整障害が含まれます。これらには、運動不全や、無動、運動緩慢、固縮、安静時に生じる振戦などの遅い動作が含まれます[69]。
PD の病因は、黒質緻密部に酸化的損傷をもたらす酸化ストレスの開始である ROS に焦点を当てています。 PDにおけるドーパミン作動性細胞の死の原因であるフリーラジカル種は不明であるが、ヒドロキシルラジカル(OH')、NO、およびペルオキシ亜硝酸塩が関与していることを示唆するデータもある[70]。
一酸化窒素合成酵素 (NOS) の活性化により NO が生成され、これがスーパーオキシドと反応してペルオキシナイトライトを形成します。この分子は、酸化的な方法で核酸、タンパク質、脂質を修飾し、核損傷、プロテアソーム阻害、ミトコンドリア損傷、および小胞体ストレス (ER) を引き起こします。
過剰なレベルのニトロソ化ストレスは、グルタミン酸受容体グループ N-メチル-D-アスパラギン酸 (NMDA) の過剰活性化、ミトコンドリアの機能不全、および細胞の老化を引き起こします。過剰なフリーラジカルと NO 種は、ドーパミン作動性細胞の異常なミトコンドリア動態、ミスフォールドタンパク質、アポトーシス経路などの病理学的メカニズムを活性化することが報告されています [71]。
いくつかの研究では、NO の過剰な産生が、主にユビキチンタンパク質リガーゼ、パーキン、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ (PDI) などの特定の標的タンパク質の S-ニトロシル化、および β-アミロイド関連 S によるミトコンドリア分解によって、これらの病理学的プロセスに寄与している可能性があることが示唆されています。 -ダイナミン関連タンパク質-1のニトロシル化。
これらのタンパク質の中でも、PDI は ER におけるタンパク質の正常なフォールディングに関与しています [72]。さらに、ドーパミン作動性ニューロン細胞に対する無媒介作用には、ミトコンドリア複合体 I、II、IV、シトクロメオキシダーゼ、リボヌクレオチド還元酵素、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ、スーパーオキシドジスムターゼ、脂質過酸化、DNA 鎖の活性化または開始の阻害が含まれる場合があります。破損、タンパク質の酸化、ヒドロキシルラジカルやペルオキシ亜硝酸塩などの有毒なフリーラジカルの生成の増加。
過剰なRNS/ROSはUPS障害とタンパク質分子の誤った折り畳みを引き起こし、その結果、タンパク質の凝集とドーパミン作動性ニューロン死を引き起こす可能性があることを示唆する証拠がある[73]。
S100B タンパク質の発現が低いと、ミクログリオーシス、AGE、TNF-α 発現の減少により神経保護が起こります。 S100B が炎症に関与しているだけでなく、神経変性疾患が炎症誘発性サイトカインの放出を活性化し、ドーパミン作動性ニューロンの損傷につながることを示す兆候が増えています。
PD患者の死後の黒質におけるS100Bタンパク質のレベルの増加が、CSFにおける正常な組織群と比較して報告されている[74]。
さらに、S100B は低濃度 (ナノモル) で二重の作用を示し、神経栄養因子を活性化し、発生段階での神経細胞の生存と神経突起の成長を促進します [75]。また、ニューロンへの直接作用とミクログリア活性化の両方により、マイクロモル濃度でニューロンのアポトーシスを開始します[76]。
ある程度の範囲で、これらの効果は、一酸化窒素の生成、細胞内カルシウムレベル、およびカスパーゼ-3の活性化を増加させるiNOS酵素によって媒介される可能性があります[24]。
さらに、星状細胞培養物を S100B タンパク質で処理すると、iNOS の活性化と一酸化窒素の生成が起こることが報告されています。 S100B に応答して生成される一酸化窒素は、アストロ サイトにアポトーシス細胞死を引き起こす可能性があります。
一酸化窒素媒介の興奮毒性、炎症、酸化ストレス、ミトコンドリア機能障害、DNA損傷、さまざまなタンパク質のS-ニトロシル化により、最終的には神経細胞死が引き起こされる[47](図3)。
これは、S100B が疾患の初期における疾患の重症度の有望なマーカーである可能性があることを示しています。 PD 患者は S100B レベルが低く、S100B レベルが低下している人は神経学的問題に対してより脆弱になる可能性があります。
これらの発見は、S100Bが根底にあるPD発症メカニズムまたは疾患の評価において役割を果たしている可能性があることを示唆している[14]さらに、アストログリアC6細胞および希突起膠細胞OLN-93細胞を、治療用量範囲に対応する濃度のハロペリドールおよびクロザピンで治療することもできる。これらの薬剤は、インビトロでの S100B 放出を減少させます [77]。
6. 多発性硬化症における S100B
多発性硬化症(MS)は、ニューロンの慢性炎症性脱髄によって引き起こされるCNSの自己免疫疾患であり、若者が罹患する[78]。疾患の初期段階では、T細胞の活性化、浸潤、およびミエリン鞘への損傷を促進する単球マクロファージの蓄積を特徴とし、さらに局所的な脱髄病変の形成につながる[79]。
さらに、より高いS100Bレベルは星状細胞とミクログリアの活性化を引き起こし、NO放出を促進します[80]。 NO はフリーラジカルであり、MS の炎症性病変では通常よりも高濃度で見られます。この濃度の増加は、アストロ サイトおよびマクロファージにおける iNOS の出現により発生します。
亜硝酸塩や硝酸塩濃度などの NO 生成のマーカーは、MS 患者の血液、CSF、尿中で増加します。また、証拠は、BBB損傷、稀突起膠細胞の損傷、脱髄、軸索の変性などのさまざまな疾患特徴におけるNOの機能を示唆しており、さらに軸索伝導障害による機能喪失に寄与している[81]。
S100B レベルの上昇は、急性期 MS 患者の脳脊髄液で最初に検出されました [82]。再発寛解型 MS 患者の診断では、CSF または血清中の S100B レベルの上昇が検出され、免疫抑制剤またはナタリズマブによる治療後に減少しました [83]。
損傷中に、S100B レベルの上昇により細胞反応性が誘発され、組織損傷が悪化したり、再髄鞘形成が遅れたりする可能性があります。診断後、再発寛解型 MS 患者の CSF で S100B レベルの上昇が検出されました [84]。
活動性脱髄性MS病変は、病変領域でS100Bおよびその受容体であるRAGEのレベルの上昇を示し、一方、慢性活動性病変は、脱髄領域でS100Bレベルの上昇を示し、その縁におけるRAGE受容体の発現が低下した[85]。
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