Ergothionein, černý kůň ve světě proti stárnutí 

Ergothionein (EGT) byl poprvé izolován z námelových hub vědcem Charlesem Tanretem v roce 1909, odtud jeho název. Je to přirozeně se vyskytující derivát aminokyseliny široce rozšířený v houbách, některých rostlinách a zvířatech. V lidské stravě jsou jeho hlavními zdroji houby, obiloviny a některé mořské plody. S hloubkovým výzkumem moderní vědy postupně vyšly najevo pozoruhodné účinky ergothioneinu.

Principy a mechanismy působení proti stárnutí

Dvojí antioxidační účinky

Přímé vychytávání volných radikálů: EGT může rychle neutralizovat různé reaktivní formy kyslíku (ROS) a reaktivní formy dusíku (RNS), včetně superoxidového aniontu (O₂⁻), peroxidu vodíku (H2O₂), hydroxylových radikálů (·OH) a singletového kyslíku (¹O₂). Tento přímý vychytávací efekt byl plně ověřen v experimentech in vitro.

Komparativní výhody

Regulace antioxidačního obranného systému: EGT upreguluje expresi downstream antioxidačních genů (jako je HO-1, NQO1, SOD a CAT) aktivací signální dráhy KEAP1-NRF2. Jaderná translokace NRF2 je regulována signálními cestami PI3K/AKT a PKC a EGT může podporovat uvolňování a jadernou translokaci NRF2 modulací thiolového senzoru KEAP1.

Ochranná role ve stabilitě genomu

Snížení poškození DNA: EGT účinně inhibuje poškození DNA vyvolané ROS a RNS, zejména v mitochondriální DNA (mtDNA). Studie ukázaly, že buňky postrádající EGT transportéry vykazují vyšší úrovně poškození DNA.

Podpora opravy DNA: EGT nejen absorbuje ultrafialové (UV) záření, ale také podporuje opravu DNA po UV záření, čímž chrání kožní buňky před poškozením světlem.

Regulace epigenetických modifikací

Ovlivnění syntézy donoru methylu SAM: EGT nepřímo ovlivňuje dostupnost S-adenosylmethioninu (SAM) regulací hladin glutathionu (GSH), čímž reguluje aktivitu DNA methyltransferáz (DNMT) a histon methyltransferáz (HMT).

Zachování homeostázy volných iontů železa: EGT udržuje homeostázu volných iontů železa vychytáváním ROS, čímž zajišťuje aktivitu demetyláz (jako jsou TETs a JmjC).

Interakce se signální dráhou Sirtuin:

Upregulace exprese SIRT1/SIRT6: EGT oddaluje stárnutí endoteliálních buněk a indukuje nekrotizující apoptózu v buňkách kolorektálního karcinomu upregulací exprese SIRT1 a SIRT6.

Udržování hladin NAD⁺: EGT zvyšuje aktivitu Sirtuinu regulací buněčného redoxního stavu a udržováním poměru NAD⁺/NADH.

Příprava Mmetoda

Přírodní metoda extrakce:

EGT se nachází v přírodních produktech, jako jsou jedlé houby, námel, obiloviny a živočišné tkáně. Jedlé houby mají vysoký obsah EGT a jsou důležitým zdrojem EGT.

Obsah EGT v přírodních produktech je však obecně velmi nízký a vyžaduje velké množství surovin pro těžbu, což má za následek vysoké náklady na těžbu. Kromě toho problémy, jako jsou vysoké úrovně nečistot a zbytků léčiv v surovinách, omezují průmyslové použití metod extrakce přírodních produktů.

Metoda chemické syntézy: Tradiční chemická syntéza EGT používá histidin jako výchozí materiál, syntetizuje EGT ve vodném roztoku prostřednictvím několika kroků včetně thiolace, thioprotekce, methylace a deprotekce. Tato metoda má dlouhou syntetickou cestu a nízký výtěžek. V posledních letech studie napodobovaly biosyntetické cesty ke zlepšení chemické syntézy EGT. Například Erdelmeier a kol. použili histidinbetain, cystein a kyselinu merkaptopropionovou jako výchozí materiály k syntéze EGT pomocí zjednodušené reakce v jedné nádobě, čímž se vyhnuli zavedení thioprotektivních skupin, zkrátili se syntetické cesty a zlepšil se výtěžek.

Chemická syntéza také představuje určité problémy. Například chiralita a-uhlíku v karboxylové skupině snadno vede k racemizaci za kyselých nebo alkalických podmínek, což ztěžuje získání EGT s vysokou optickou čistotou. Kromě toho jsou suroviny potřebné pro chemickou syntézu drahé, výchozí materiál 2-merkaptoimidazol se obtížně připravuje a následné zpracování produktu je také náročné. Výzkumníci proto potřebují optimalizovat a zdokonalit metody chemické syntézy, aby vyhovovaly potřebám průmyslové výroby ve velkém měřítku.

Mikrobiální fermentace: Získání EGT prostřednictvím biosyntézy má výhody, jako jsou snadno dostupné suroviny a relativně nízké náklady, a v posledních letech se stalo hlavní metodou přípravy EGT. V přírodě existuje EGT dvěma cestami: aerobní biosyntézou a anaerobní biosyntézou.

Aerobní biosyntéza EGT

Mnoho studií objasnilo proces biosyntézy EGT. V zásadě lze aerobní biosyntetickou dráhu EGT rozdělit na bakteriální a plísňové dráhy. Seebeck a kol. objasnili a rekonstruovali aerobní biosyntetickou dráhu EGT in vitro u Mycobacterium smegmatis, přičemž identifikovali pět genů zapojených do této dráhy: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD a EgtE. Tyto geny kódují glutamylcysteinsyntázu (EgtA), Fe2+-dependentní oxidázu (EgtB), gama-glutamyltransferázu (EgtC), S-adenosylmethionin (SAM)-dependentní histidinmethyltransferázu (EgtD) a C-S lyázu závislou na pyridoxalfosfátu (EgtE). V tomto procesu EgtA katalyzuje kondenzaci glutamátu a cysteinu za vzniku y-glutamylcysteinu; EgtB katalyzuje oxidativní kopulaci v přítomnosti kyslíku a síranu železnatého přidáním thiolové skupiny z y-glutamylcysteinu do postranního řetězce histidinbetainu (syntetizovaného z histidinu a SAM katalyzovaného EgtD); EgtC pak katalyzuje další tvorbu histidinbetain cystein-sulfoxidu; nakonec EgtE katalyzuje odstranění pyruvátu a amoniaku za vzniku EGT.

V plísňové biosyntetické dráze EGT zahrnuje hlavně dva geny syntázy, Egt1 a Egt2. Bello a kol. identifikovali specifickou syntázu, NcEgt1, v *Neurospora crassa*, která obsahuje domény podobné těm v EgtB a EgtD *Mycobacterium smegmatis*. Egt1 se účastní dvoustupňové katalytické reakce: nejprve katalyzuje přeměnu histidinu na histidinbetain a poté katalyzuje kombinaci histidinbetainu a cysteinu za vzniku histidinbetain cysteinsulfoxidu. Podobně jako EgtE, Egt2 katalyzuje tvorbu EGT z histidinu, betainu a cysteinsulfoxidu. Jak je znázorněno na obrázku, protože jsou zapojeny pouze dva enzymy, biosyntetická cesta EGT u hub je mnohem jednodušší než u bakterií.

Anaerobní biosyntéza EGT

Anaerobní biosyntéza EGT byla popsána v přísně anaerobní bahenní bakterii (Chlorobium limicola), kde biosyntéza EGT probíhá prostřednictvím dvoukrokové reakce nezávisle na kyslíku. Burn a kol. identifikovali methyltransferázu (EanA) a sulfotransferázu (EanB) v této anaerobní bahenní bakterii. Jak je znázorněno na obrázku, EanA katalyzuje přeměnu histidinu na histidinbetain a poté EanB za anaerobních podmínek přenáší atom síry na imidazolový kruh histidinbetainu za vzniku EGT. Ačkoli je anaerobní biosyntézní cesta jednodušší, katalytické rychlosti EanA a EanB jsou mnohem nižší než u EgtD a EgtB v aerobní biosyntéze. Proto aerobní biosyntéza zůstává dominantním způsobem biosyntézy EGT.

Vyhlídky na uplatnění

Ergothionein má silné antioxidační vlastnosti a vlastnosti proti stárnutí a má široké uplatnění v potravinářském, kosmetickém, funkčním potravinářském a biofarmaceutickém průmyslu. Jeho použití v oblasti krásy a péče o pleť je obzvláště prominentní, což z něj činí důležitou složku v produktech proti stárnutí.

Mezi jeho hlavní výhody patří:

1. Antioxidant a anti-aging: Silná antioxidační kapacita ergothioneinu účinně bojuje proti volným radikálům, snižuje oxidační poškození kožních buněk, oddaluje stárnutí pleti a redukuje vrásky a ochabování.
2. Bělení a redukce skvrn: Inhibuje produkci a usazování melaninu, zlepšuje pigmentaci a matnost a rozjasňuje tón pleti.
3. Protizánětlivé a zklidňující: Snižuje záněty pokožky, účinně zmírňuje zarudnutí a svědění, posiluje ochrannou bariéru pokožky a zvyšuje její odolnost.
4. Hydratační a regenerační: Účinně zlepšuje bariérovou funkci pokožky, zvyšuje hydrataci pokožky a podporuje opravu a regeneraci poškozené pokožky.
5. Fotoprotekce a ochrana proti poškození UV zářením: Ultrafialové záření je jedním z hlavních viníků stárnutí kůže. Ergothionein může snížit poškození kůže způsobené ultrafialovým zářením, chránit pokožku před fotostárnutím a poskytnout účinnou ochranu před sluncem.

Shrnout

Ergothionein se svým jedinečným antioxidačním mechanismem a širokým spektrem aplikací přetváří průmysl proti stárnutí. Díky průlomům v syntetické biologii a hloubkovému klinickému výzkumu se může stát jednou z klíčových složek pro oddálení stárnutí a zlepšení kvality života. Pro spotřebitele může být výběr vysoce čistých, vědecky formulovaných ergothioneinových produktů klíčem k boji s účinky času.