Ergotioniin, tume hobune vananemisvastases maailmas 

Teadlane Charles Tanret eraldas ergotioniini (EGT) esmakordselt tungaltera seentest 1909. aastal, sellest ka selle nimi. See on looduslikult esinev aminohappe derivaat, mis on laialt levinud seentes, mõnedes taimedes ja loomades. Inimese toidus on selle peamised allikad seened, teraviljad ja teatud mereannid. Kaasaegse teaduse põhjaliku uurimistööga on ergotioneiini tähelepanuväärne mõju järk-järgult päevavalgele tulnud.

Vananemisvastased põhimõtted ja toimemehhanismid

Kahekordne antioksüdantne toime

Vabade radikaalide otsene eemaldamine: EGT suudab kiiresti neutraliseerida erinevaid reaktiivseid hapniku liike (ROS) ja reaktiivseid lämmastiku liike (RNS), sealhulgas superoksiidi aniooni (O2⁻), vesinikperoksiidi (H2O2), hüdroksüülradikaale (·OH) ja singletthapnikku (¹O₂). See otsene eemaldav toime on in vitro katsetes täielikult kinnitatud.

Võrdlevad eelised

Antioksüdantide kaitsesüsteemi reguleerimine: EGT reguleerib allavoolu antioksüdantsete geenide (nagu HO-1, NQO1, SOD ja CAT) ekspressiooni, aktiveerides KEAP1-NRF2 signaaliraja. NRF2 tuuma translokatsiooni reguleerivad PI3K / AKT ja PKC signaalirajad ning EGT võib soodustada NRF2 vabanemist ja tuuma translokatsiooni, moduleerides KEAP1 tioolandurit.

Kaitsev roll genoomi stabiilsuses

DNA kahjustuse vähendamine: EGT inhibeerib tõhusalt ROS- ja RNS-indutseeritud DNA kahjustusi, eriti mitokondriaalses DNA-s (mtDNA). Uuringud on näidanud, et rakkudel, millel puuduvad EGT transporterid, on suurem DNA kahjustus.

DNA parandamise edendamine: EGT mitte ainult ei neela ultraviolettkiirgust (UV), vaid soodustab ka DNA paranemist pärast UV-kiirgust, kaitstes naharakke fotokahjustuste eest.

Epigeneetiliste modifikatsioonide reguleerimine

Metüüldoonori SAM-i sünteesi mõjutamine: EGT mõjutab kaudselt S-adenosüülmetioniini (SAM) kättesaadavust, reguleerides glutatiooni (GSH) taset, reguleerides seeläbi DNA metüültransferaaside (DNMT) ja histooni metüültransferaaside (HMT) aktiivsust.

Vaba raua ioonide homöostaasi säilitamine: EGT säilitab vaba raua iooni homöostaasi, eemaldades ROS-i, tagades seega demetülaaside (nagu TET-id ja JmjC) aktiivsuse.

Koostoimed Sirtuini signaalirajaga:

SIRT1 / SIRT6 ekspressiooni ülesreguleerimine: EGT aeglustab endoteelirakkude vananemist ja indutseerib kolorektaalse vähirakkudes nekrotiseerivat apoptoosi, reguleerides SIRT1 ja SIRT6 ekspressiooni.

NAD⁺ taseme säilitamine: EGT suurendab Sirtuini aktiivsust, reguleerides raku redoksseisundit ja säilitades NAD⁺/NADH suhte.

Ettevalmistus Mmeetod

Looduslik ekstraheerimismeetod:

EGT-d leidub looduslikes toodetes, nagu söögiseened, tungaltera, teravili ja loomsed kuded. Toiduseentel on kõrge EGT sisaldus ja need on oluliseks EGT allikaks.

Loodussaaduste EGT-sisaldus on aga üldiselt väga madal, mille kaevandamiseks on vaja suures koguses toorainet, mistõttu on kaevandamiskulud suured. Lisaks piiravad looduslike toodete ekstraheerimismeetodite tööstuslikku rakendamist sellised probleemid nagu lisandite ja ravimijääkide kõrge tase tooraines.

Keemilise sünteesi meetod: Traditsiooniline EGT keemiline süntees kasutab lähteainena histidiini, sünteesides EGT vesilahuses mitme etapi kaudu, sealhulgas tioolimine, tioprotektsioon, metüülimine ja kaitse eemaldamine. Sellel meetodil on pikk sünteesitee ja madal saagis. Viimastel aastatel on uuringud jäljendanud biosünteetilisi teid EGT keemilise sünteesi parandamiseks. Näiteks Erdelmeier jt. kasutas lähteainetena histidiini betaiini, tsüsteiini ja merkaptopropioonhapet EGT sünteesimiseks, kasutades lihtsustatud ühepoti reaktsiooni, vältides tioprotektiivsete rühmade sisseviimist, lühendades sünteesiteekonda ja parandades saagist.

Keemiline süntees esitab ka mõningaid väljakutseid. Näiteks põhjustab a-süsiniku kiraalsus karboksüülrühmas kergesti ratsemiseerumist happelistes või leeliselistes tingimustes, mistõttu on raske saada kõrge optilise puhtusega EGT-d. Lisaks on keemiliseks sünteesiks vajalikud toorained kallid, lähteaine 2-merkaptoimidasool on raskesti valmistatav ning ka toote järeltöötlemine on keeruline. Seetõttu peavad teadlased suuremahulise tööstusliku tootmise vajaduste rahuldamiseks optimeerima ja täiustama keemilise sünteesi meetodeid.

Mikroobne fermentatsioon: EGT saamisel biosünteesi teel on eelised, nagu kergesti kättesaadavad toorained ja suhteliselt madal hind, ning sellest on viimastel aastatel saanud peamine EGT valmistamise meetod. Looduses eksisteerib EGT kahel viisil: aeroobne biosüntees ja anaeroobne biosüntees.

EGT aeroobne biosüntees

Paljud uuringud on selgitanud EGT biosünteesi protsessi. Põhimõtteliselt võib EGT aeroobse biosünteesi raja jagada bakteriaalseteks ja seente radadeks. Seebeck et al. selgitas ja rekonstrueeris EGT aeroobse biosünteesiraja in vitro Mycobacterium smegmatises, tuvastades viis rajaga seotud geeni: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD ja EgtE. Need geenid kodeerivad glutamüültsüsteiini süntaasi (EgtA), Fe2+-sõltuvat oksüdaasi (EgtB), gamma-glutamüültransferaasi (EgtC), S-adenosüülmetioniinist (SAM) sõltuvat histidiinmetüültransferaasi (EgtD) ja vastavalt Egt-sõltuvat C.-E püridoksaalfosfaadist (EgtS-püridoksaalfosfaadist). Selles protsessis katalüüsib EgtA glutamaadi ja tsüsteiini kondenseerumist, et tekitada y-glutamüültsüsteiini; EgtB katalüüsib oksüdatiivset sidestamist hapniku ja raudsulfaadi juuresolekul, lisades histidiinbetaiini kõrvalahelasse tioolrühma γ-glutamüültsüsteiinist (sünteesitakse histidiinist ja SAM-ist, mida katalüüsib EgtD); Seejärel katalüüsib EgtC histidiinbetaiini tsüsteiinsulfoksiidi edasist moodustumist; lõpuks katalüüsib EgtE püruvaadi ja ammoniaagi eemaldamist, et tekitada EGT.

Seente biosünteesirajal hõlmab EGT peamiselt kahte süntaasi geeni, Egt1 ja Egt2. Bello jt. tuvastas * Neurospora crassa * spetsiifilise süntaasi NcEgt1, mis sisaldab domeene, mis on sarnased * Mycobacterium smegmatis * EgtB ja EgtD domeenidega. Egt1 osaleb kaheetapilises katalüütilises reaktsioonis: esiteks katalüüsib see histidiini muundumist histidiini betaiiniks ja seejärel katalüüsib histidiinbetaiini ja tsüsteiini kombinatsiooni, moodustades histidiinbetaiini tsüsteiinsulfoksiidi. Sarnaselt EgtE-ga katalüüsib Egt2 EGT moodustumist histidiinist, betaiinist ja tsüsteiinsulfoksiidist. Nagu on näidatud joonisel, on EGT biosünteesirada seentes palju lihtsam kui bakterites, kuna kaasatud on ainult kaks ensüümi.

EGT anaeroobne biosüntees

EGT anaeroobsest biosünteesist on teatatud rangelt anaeroobses mudabakteris (Chlorobium limicola), kus EGT biosüntees toimub kaheetapilise reaktsiooni kaudu, mis ei sõltu hapnikust. Burn et al. tuvastas selles anaeroobses mudabakteris metüültransferaasi (EanA) ja sulfotransferaasi (EanB). Nagu joonisel näidatud, katalüüsib EanA histidiini konversiooni histidiini betaiiniks ja seejärel kannab EanB anaeroobsetes tingimustes väävliaatomi üle histidiini betaiini imidasoolitsüklisse, et tekitada EGT. Kuigi anaeroobne biosünteesi rada on lihtsam, on EanA ja EanB katalüütilised kiirused palju madalamad kui EgtD ja EgtB aeroobsel biosünteesi rajal. Seetõttu jääb aeroobne biosünteesi rada EGT biosünteesi domineerivaks režiimiks.

Taotluse väljavaated

Ergotioniinil on võimsad antioksüdandid ja vananemisvastased omadused ning sellel on laialdased kasutusvõimalused toidu-, kosmeetika-, funktsionaalse toidu ja biofarmatseutilises tööstuses. Selle kasutamine ilu- ja nahahoolduse valdkonnas on eriti silmapaistev, mistõttu on see vananemisvastaste toodete oluline koostisosa.

Selle peamised eelised hõlmavad järgmist:

1. Antioksüdant ja vananemisvastane toime: Ergotioniini võimas antioksüdantne võime võitleb tõhusalt vabade radikaalidega, vähendab naharakkude oksüdatiivset kahjustust, aeglustab naha vananemist ning vähendab kortse ja lõtvumist.
2. Valgendamine ja laikude vähendamine: pärsib melaniini tootmist ja ladestumist, parandab pigmentatsiooni ja tuhmust ning muudab nahatooni heledamaks.
3. Põletikuvastane ja rahustav: Vähendab nahapõletikku, leevendab tõhusalt punetust ja sügelust, tugevdab naha kaitsebarjääri ja suurendab selle vastupanuvõimet.
4. Niisutamine ja taastamine: Parandab tõhusalt naha barjäärifunktsiooni, suurendab naha niisutust ning soodustab kahjustatud naha paranemist ja taastumist.
5. Fotokaitse ja kaitse UV-kahjustuste eest: Ultraviolettkiirgus on naha vananemise üks peamisi süüdlasi. Ergotioniin võib vähendada ultraviolettkiirgusest põhjustatud nahakahjustusi, kaitsta nahka fotovananemise eest ja pakkuda tõhusat päikesekaitset.

Tehke kokkuvõte

Ergotioneiin oma ainulaadse antioksüdantse mehhanismi ja laia kasutusalaga kujundab ümber vananemisvastase tööstuse. Tänu sünteetilise bioloogia läbimurretele ja põhjalikele kliinilistele uuringutele võib sellest saada üks põhikomponente vananemise edasilükkamisel ja elukvaliteedi parandamisel. Tarbijate jaoks võib kõrge puhtusastmega, teadusliku koostisega ergotioneiinitoodete valimine olla aja mõjude vastu võitlemise võtmeks.