Ergotionein, mračni konj u svijetu protiv starenja 

Ergotionein (EGT) prvi je izolirao iz ergot gljivica znanstvenik Charles Tanret 1909. godine, otkud mu i ime. To je prirodni derivat aminokiselina široko rasprostranjen u gljivama, nekim biljkama i životinjama. U ljudskoj prehrani glavni izvori su gljive, žitarice i neki plodovi mora. Uz dubinska istraživanja moderne znanosti, izvanredni učinci ergotioneina postupno su izašli na vidjelo.

Principi i mehanizmi djelovanja protiv starenja

Dvostruko antioksidativno djelovanje

Izravno uklanjanje slobodnih radikala: EGT može brzo neutralizirati različite reaktivne vrste kisika (ROS) i reaktivne vrste dušika (RNS), uključujući superoksidni anion (O₂⁻), vodikov peroksid (H₂O₂), hidroksilne radikale (·OH) i singletni kisik (¹O₂). Ovaj izravni učinak čišćenja u potpunosti je potvrđen in vitro eksperimentima.

Komparativne prednosti

Regulacija antioksidativnog obrambenog sustava: EGT pojačava ekspresiju nizvodno antioksidativnih gena (kao što su HO-1, NQO1, SOD i CAT) aktiviranjem signalnog puta KEAP1-NRF2. Nuklearnu translokaciju NRF2 reguliraju signalni putovi PI3K/AKT i PKC, a EGT može pospješiti otpuštanje i nuklearnu translokaciju NRF2 modulacijom tiolnog senzora KEAP1.

Zaštitna uloga u stabilnosti genoma

Smanjenje oštećenja DNK: EGT učinkovito inhibira oštećenje DNK izazvano ROS i RNS, posebno u mitohondrijskoj DNK (mtDNK). Studije su pokazale da stanice bez EGT transportera pokazuju veće razine oštećenja DNK.

Promicanje popravka DNK: EGT ne samo da apsorbira ultraljubičasto (UV) zračenje, već također potiče popravak DNK nakon UV zračenja, štiteći stanice kože od fotooštećenja.

Regulacija epigenetskih modifikacija

Utjecaj na sintezu SAM-a donora metila: EGT neizravno utječe na dostupnost S-adenozilmetionina (SAM) reguliranjem razina glutationa (GSH), čime se regulira aktivnost DNA metiltransferaza (DNMT) i histon metiltransferaza (HMT).

Održavanje homeostaze iona slobodnog željeza: EGT održava homeostazu iona slobodnog željeza uklanjanjem ROS-a, čime se osigurava aktivnost demetilaza (kao što su TETs i JmjC).

Interakcije sa signalnim putem Sirtuina:

Povećanje ekspresije SIRT1/SIRT6: EGT odgađa starenje endotelnih stanica i inducira nekrotizirajuću apoptozu u stanicama raka debelog crijeva regulacijom ekspresije SIRT1 i SIRT6.

Održavanje razine NAD⁺: EGT pojačava aktivnost sirtuina reguliranjem staničnog redoks statusa i održavanjem omjera NAD⁺/NADH.

Priprema Method

Metoda prirodne ekstrakcije:

EGT se nalazi u prirodnim proizvodima kao što su jestive gljive, ergot, žitarice i životinjska tkiva. Jestive gljive imaju visok sadržaj EGT-a i važan su izvor EGT-a.

Međutim, sadržaj EGT-a u prirodnim proizvodima općenito je vrlo nizak, zahtijevajući velike količine sirovina za ekstrakciju, što rezultira visokim troškovima ekstrakcije. Nadalje, problemi kao što su visoke razine nečistoća i ostataka lijekova u sirovinama ograničavaju industrijsku primjenu metoda ekstrakcije prirodnih proizvoda.

Metoda kemijske sinteze: Tradicionalna kemijska sinteza EGT-a koristi histidin kao početni materijal, sintetizirajući EGT u vodenoj otopini kroz više koraka uključujući tiolaciju, tioprotekciju, metilaciju i deprotekciju. Ova metoda ima dug sintetski put i nizak prinos. Posljednjih godina, studije su oponašale biosintetske puteve za poboljšanje kemijske sinteze EGT-a. Na primjer, Erdelmeier et al. koristili su histidin betain, cistein i merkaptopropionsku kiselinu kao polazne materijale za sintezu EGT-a korištenjem pojednostavljene reakcije u jednom loncu, izbjegavajući uvođenje tioprotektivnih skupina, skraćujući sintetski put i poboljšavajući prinos.

Kemijska sinteza također predstavlja neke izazove. Na primjer, kiralnost α-ugljika u karboksilnoj skupini lako dovodi do racemizacije u kiselim ili alkalnim uvjetima, što otežava dobivanje EGT visoke optičke čistoće. Nadalje, sirovine potrebne za kemijsku sintezu su skupe, početni materijal 2-merkaptoimidazol teško je pripremiti, a naknadna obrada proizvoda također je izazovna. Stoga istraživači moraju optimizirati i poboljšati metode kemijske sinteze kako bi zadovoljili potrebe velike industrijske proizvodnje.

Mikrobna fermentacija: Dobivanje EGT-a putem biosinteze ima prednosti kao što su lako dostupne sirovine i relativno niska cijena, te je posljednjih godina postala glavna metoda za pripremu EGT-a. U prirodi EGT postoji kroz dva puta: aerobna biosinteza i anaerobna biosinteza.

Aerobna biosinteza EGT

Mnoge su studije razjasnile biosintetski proces EGT-a. U osnovi, aerobni biosintetski put EGT-a može se podijeliti na bakterijski i gljivični put. Seebeck i sur. razjasnili su i rekonstruirali aerobni biosintetski put EGT in vitro u Mycobacterium smegmatis, identificirajući pet gena uključenih u put: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD i EgtE. Ovi geni kodiraju glutamilcistein sintazu (EgtA), Fe2+-ovisnu oksidazu (EgtB), gama-glutamil transferazu (EgtC), histidin metiltransferazu (EgtD) ovisnu o S-adenozil metioninu (SAM) i C-S liazu (EgtE) ovisnu o piridoksal fosfatu. U ovom procesu, EgtA katalizira kondenzaciju glutamata i cisteina za stvaranje γ-glutamilcisteina; EgtB katalizira oksidativno spajanje u prisutnosti kisika i željeznog sulfata, dodajući tiolnu skupinu iz γ-glutamilcisteina u bočni lanac histidin betaina (sintetiziran iz histidina i SAM kataliziranog EgtD); EgtC potom katalizira daljnje stvaranje histidin betain cistein sulfoksida; konačno, EgtE katalizira uklanjanje piruvata i amonijaka za stvaranje EGT.

U biosintetskom putu gljivica, EGT uglavnom uključuje dva gena sintaze, Egt1 i Egt2. Bello i sur. identificirao specifičnu sintazu, NcEgt1, u *Neurospora crassa*, koja sadrži domene slične onima u EgtB i EgtD *Mycobacterium smegmatis*. Egt1 sudjeluje u katalitičkoj reakciji u dva koraka: prvo katalizira pretvorbu histidina u histidin betain, a zatim katalizira kombinaciju histidin betaina i cisteina da nastane histidin betain cistein sulfoksid. Slično EgtE, Egt2 katalizira stvaranje EGT iz histidina, betaina i cistein sulfoksida. Kao što je prikazano na slici, budući da su uključena samo dva enzima, biosintetski put EGT-a u gljivama mnogo je jednostavniji nego u bakterijama.

Anaerobna biosinteza EGT

Zabilježena je anaerobna biosinteza EGT-a u striktno anaerobnoj muljnoj bakteriji (Chlorobium limicola), gdje se biosinteza EGT-a postiže reakcijom u dva koraka neovisno o kisiku. Burn i sur. identificirali su metiltransferazu (EanA) i sulfotransferazu (EanB) u ovoj anaerobnoj bakteriji blata. Kao što je prikazano na slici, EanA katalizira pretvorbu histidina u histidin betain, a zatim EanB, pod anaerobnim uvjetima, prenosi atom sumpora na imidazolski prsten histidin betaina kako bi proizveo EGT. Iako je put anaerobne biosinteze jednostavniji, katalitičke brzine EanA i EanB mnogo su niže od onih za EgtD i EgtB u putu aerobne biosinteze. Stoga, put aerobne biosinteze ostaje dominantan način biosinteze EGT.

Izgledi primjene

Ergotionein posjeduje snažna antioksidativna svojstva i svojstva protiv starenja, te ima široke izglede za primjenu u prehrambenoj, kozmetičkoj, funkcionalnoj prehrambenoj i biofarmaceutskoj industriji. Posebno je istaknuta njegova primjena u području ljepote i njege kože, što ga čini važnim sastojkom u proizvodima protiv starenja.

Njegove glavne prednosti uključuju:

1. Antioksidans i protiv starenja: snažna antioksidativna sposobnost ergotioneina učinkovito se bori protiv slobodnih radikala, smanjuje oksidativno oštećenje stanica kože, odgađa starenje kože i smanjuje bore i opuštenost.
2. Izbjeljivanje i smanjenje mrlja: Inhibira proizvodnju i taloženje melanina, poboljšava pigmentaciju i tupost te posvjetljuje ton kože.
3. Protuupalno i umirujuće: Smanjuje upalu kože, učinkovito ublažava crvenilo i svrbež, jača zaštitnu barijeru kože i pojačava njenu otpornost.
4. Vlaženje i obnavljanje: učinkovito poboljšava funkciju barijere kože, pojačava hidrataciju kože i potiče popravak i regeneraciju oštećene kože.
5. Fotozaštita i zaštita od UV oštećenja: Ultraljubičasto zračenje jedan je od glavnih krivaca starenja kože. Ergotionein može smanjiti oštećenja kože uzrokovana ultraljubičastim zračenjem, zaštititi kožu od fotostarenja i pružiti učinkovitu zaštitu od sunca.

Sažmi

Ergotionein, sa svojim jedinstvenim antioksidativnim mehanizmom i širokim rasponom primjene, preoblikuje industriju protiv starenja. S otkrićima u sintetskoj biologiji i dubinskim kliničkim istraživanjima, mogao bi postati jedan od ključnih sastojaka za odgađanje starenja i poboljšanje kvalitete života. Za potrošače bi odabir proizvoda visoke čistoće, znanstveno formuliranog ergotioneina mogao biti ključ u borbi protiv utjecaja vremena.