Calprotectin - Calprotectin
Calprotectin er et kompleks av pattedyrproteiner S100A8 og S100A9 . Andre navn for calprotectin inkluderer MRP8-MRP14, calgranulin A og B, cystisk fibrose-antigen, L1, 60BB-antigen og 27E10-antigen. I nærvær av kalsium er calprotectin i stand til å sekvestre overgangsmetallene jern , mangan og sink via chelering . Denne metallbinding gir de komplekse antimikrobielle egenskapene. Calprotectin er det eneste kjente antimikrobielle mangan-sekvestreringsproteinkomplekset. Calprotectin utgjør så mye som 60% av det oppløselige proteininnholdet i cytosolen i en nøytrofil , og det skilles ut av en ukjent mekanisme under betennelse . Fekalt kalprotektin har blitt brukt til å oppdage tarmbetennelse ( kolitt eller enteritt ) og kan fungere som en biomarkør for inflammatoriske tarmsykdommer . Blodbasert kalprotektin (i serum og plasma ) brukes i diagnostikk av flere inflammatoriske sykdommer, inkludert autoimmune sykdommer, som leddgikt , og alvorlige infeksjoner inkludert sepsis .
Struktur
Den humane homologen til calprotectin er en 24 kDa dimer , og dannes av proteinmonomerene S100A8 (10 835 Da) og S100A9 (13 242 Da). Den primære strukturen til calprotectin kan variere mellom arter. For eksempel er mushomologen til S100A8 10 295 Da, mens S100A9-homologen er 13 049 Da. Tidlige størrelseseksklusjonskromatografiforsøk indikerte feilaktig at kalprotektin hadde en molekylvekt på 36,5 kDa; noen ganger brukes denne verdien i samtidslitteraturen. Calprotectin S100A8-S100A9 dimerer kan ikke-kovalent pares med hverandre for å danne 48 kDa tetramerer .
Binding av metall
Calprotectin har høy affinitet for kalsium, sink, jern og mangan. Hver av S100A8 og S100A9 inneholder to EF-hånd Ca2 + bindingssteder, og calprotectin er i stand til å binde totalt fire kalsiumioner per dimer eller åtte kalsiumioner per tetramer. Kalsiumbinding induserer en konformasjonsendring i komplekset som forbedrer dets affinitet for overgangsmetaller , og fremmer tetramerdannelse. Maksimalt to overgangsmetallioner kan binde seg til hver calprotectin S100A8-S100A9 dimer.
En kalprotektindimer kan bare binde ett mangan- eller jernion med høy affinitet, og det kan bare gjøre i nærvær av kalsium. Sink kan binde seg på to steder i kalprotektindimeren, og dette kan forekomme i fravær av kalsium. Kalsium forbedrer imidlertid kalprotektins affinitet for sink. Mens kalprotektinmetallbinding forekommer ved grensesnittet til S100A9 og S100A8-monomerer, har de uavhengige monomerene en viss kapasitet for sinkbinding, og kan bidra til sinkhomeostase hos pattedyr.
Den første av de to kalprotektinmetallbindingsstedene består av et His 3 Asp- motiv , med S100A8 som bidrar med to histidinligander (His83 og His87), og S100A9 bidrar med et histidin og en asparaginsyreligand (His20 og Asp30). Det andre stedet kan koordinere metaller gjennom et tetrahistidin (His 4 ) eller et heksa-histidin (His 6 ) bindingsmotiv. I tilfelle av Hans 4- binding koordineres S100A8 gjennom både His17 og His27, mens S100A9 koordinerer gjennom His91 og His95. I heksa-histidinbinding rekrutteres ytterligere to histidinrester, His103 og His105, fra den C-terminale enden av S100A9 for å muliggjøre oktaedrisk koordinering av overgangsmetallet. Mangan eller jern er bundet av kalprotektindimeren på dette His 6- stedet. Sink kan bindes til et av stedene som dannes ved grensesnittet mellom S100A8 og S100A9 monomerer.
Inflammatorisk sykdom
Calprotectin utgjør opptil 60% av oppløselig proteininnhold i cytosolen til nøytrofile granulocytter, og det kan bli funnet i en lavere konsentrasjon i monocytter , makrofager og plateepitelceller . Calprotectin kommer inn i pus og abscessvæske under nøytrofil celledød , sammen med andre antimikrobielle proteiner.
Pattedyrceller skiller ut calprotectin under den inflammatoriske responsen . Plasma i feces er forhøyet hos personer med metabolsk syndrom , en sykdom karakterisert ved kronisk inflammasjon. Calprotectin utskilles i munnen under betennelse i tannkjøttet og under oral candidiasisinfeksjon . Mennesker som har mutasjoner i calprotectin-genet, virker utsatt for alvorlige tannkjøttsinfeksjoner. Mangansekvestrering av calprotectin er sannsynligvis viktig under lungebetennelse. Den nøyaktige mekanismen som S100A8 og S100A9 utskilles av pattedyrceller under betennelse, er fortsatt ukjent.
Antimikrobielle egenskaper
Overgangsmetaller er avgjørende for overlevelsen av alle organismer. Pattedyr begrenser metalltilgjengeligheten strengt tatt som en del av det medfødte immunforsvaret, og dette bidrar til å forhindre infeksjon av mikrober og sopp. Calprotectin ble først beskrevet på 1980-tallet som et antimikrobielt protein fra pattedyr som virker gjennom sekvestrering av sink. Det er nå kjent at calprotectin også har antibakterielle og soppdrepende egenskaper som oppstår fra dets evne til å binde mangan og jern. Calprotectin er det eneste kjente antimikrobielle medlet som virker gjennom manganbinding.
Fekalt kalprotektin
Calprotectin blir tilgjengelig i tarmlumen via leukocyttutstøting , aktiv sekresjon, celleforstyrrelse og celledød. Dette resulterer i forhøyede fekale kalprotektinnivåer , som kan påvises i avføringen . Forhøyede fekale kalprotektinnivåer indikerer derfor migrering av nøytrofile stoffer i tarmslimhinnen , som oppstår under tarmbetennelse. Ettersom personer med aktive inflammatoriske tarmsykdommer (IBD) som ulcerøs kolitt eller Crohns sykdom har så mye som en ti ganger økning i fekalt kalprotektinnivå, kan måling av fekalt kalprotektin tjene som en biokjemisk test for disse sykdommene.
Selv om det er en relativt ny test, brukes fekalt calprotectin regelmessig som en indikator for IBD under behandlingen og som en diagnostisk markør. Fekal calprotectin tester kan også fungere for å skille pasienter med irritabel tarmsyndrom fra de med IBD. Calprotectin er nyttig som markør, da det er motstandsdyktig mot enzymatisk nedbrytning og lett kan måles i avføring . Selv om fekalt calprotectin korrelerer signifikant med sykdomsaktivitet hos personer med bekreftet IBD, kan forhøyet fecal calprotectin være en falsk positiv indikator på IBD under noen forhold. Viktigere er at inntak av protonpumpehemmere er assosiert med betydelig forhøyede kalprotektinverdier. Videre hjelper ikke positivt fekalt calprotectin med å lokalisere IBD, eller til å skille ulcerøs kolitt fra Crohns sykdom. Fecal calprotectin kan også indikere andre gastrointestinale tilstander som kolorektal kreft, gastroenteritt og matintoleranse. Kalprotektinnivået varierer avhengig av alder, komorbiditet og kan variere fra dag til dag hos enkeltpersoner. Fekalt calprotectin kan brukes som en foreløpig skjerm hos ellers funksjonelle pasienter som mistenkes for å ha IBD, eller som et middel til å følge slimhinneheling. Potensialet for å bruke fekalt calprotectin på denne måten er imidlertid diskutert, og det er ikke avtalt om grenseverdier.