Ergotioneina, un cavallo oscuro nel mondo anti-invecchiamento 

L'ergotioneina (EGT) fu isolata per la prima volta dai funghi dell'ergot dallo scienziato Charles Tanret nel 1909, da cui il nome. È un derivato amminoacidico naturale ampiamente distribuito nei funghi, in alcune piante e negli animali. Nella dieta umana, le fonti principali sono funghi, cereali e alcuni frutti di mare. Grazie alle ricerche approfondite della scienza moderna, gli effetti straordinari dell'ergotioneina sono gradualmente venuti alla luce.

Principi e meccanismi d'azione antietà

Doppio effetto antiossidante

Eliminazione diretta dei radicali liberi: l'EGT può neutralizzare rapidamente varie specie reattive dell'ossigeno (ROS) e specie reattive dell'azoto (RNS), tra cui l'anione superossido (O₂⁻), il perossido di idrogeno (H₂O₂), i radicali idrossilici (·OH) e l'ossigeno singoletto (¹O₂). Questo effetto di eliminazione diretta è stato completamente verificato in esperimenti in vitro.

Vantaggi comparativi

Regolazione del sistema di difesa antiossidante: L'EGT sovraregola l'espressione dei geni antiossidanti a valle (come HO-1, NQO1, SOD e CAT) attivando la via di segnalazione KEAP1-NRF2. La traslocazione nucleare di NRF2 è regolata dalle vie di segnalazione PI3K/AKT e PKC e EGT può promuovere il rilascio e la traslocazione nucleare di NRF2 modulando il sensore tiolico di KEAP1.

Ruolo protettivo nella stabilità del genoma

Riduzione del danno al DNA: l'EGT inibisce efficacemente il danno al DNA indotto da ROS e RNS, in particolare nel DNA mitocondriale (mtDNA). Gli studi hanno dimostrato che le cellule prive di trasportatori EGT presentano livelli più elevati di danno al DNA.

Promozione della riparazione del DNA: l'EGT non solo assorbe le radiazioni ultraviolette (UV), ma promuove anche la riparazione del DNA dopo l'irradiazione UV, proteggendo le cellule della pelle dal fotodanneggiamento.

Regolazione delle modifiche epigenetiche

Influenzando la sintesi del donatore di metile SAM: l'EGT influenza indirettamente la disponibilità di S-adenosilmetionina (SAM) regolando i livelli di glutatione (GSH), regolando così l'attività delle DNA metiltransferasi (DNMT) e dell'istone metiltransferasi (HMT).

Mantenimento dell'omeostasi degli ioni ferro liberi: EGT mantiene l'omeostasi degli ioni ferro liberi eliminando i ROS, garantendo così l'attività delle demetilasi (come TET e JmjC).

Interazioni con la via di segnalazione delle Sirtuine:

Sovraregolazione dell'espressione di SIRT1/SIRT6: l'EGT ritarda la senescenza delle cellule endoteliali e induce l'apoptosi necrotizzante nelle cellule tumorali del colon-retto sovraregolando l'espressione di SIRT1 e SIRT6.

Mantenimento dei livelli di NAD⁺: l'EGT migliora l'attività della sirtuina regolando lo stato redox cellulare e mantenendo il rapporto NAD⁺/NADH.

Preparazione Mmetodo

Metodo di estrazione naturale:

L'EGT si trova in prodotti naturali come funghi commestibili, segale cornuta, cereali e tessuti animali. I funghi commestibili hanno un elevato contenuto di EGT e sono un'importante fonte di EGT.

Tuttavia, il contenuto di EGT dei prodotti naturali è generalmente molto basso e richiede grandi quantità di materie prime per l’estrazione, con conseguenti costi di estrazione elevati. Inoltre, problemi come alti livelli di impurità e residui di farmaci nelle materie prime limitano l’applicazione industriale dei metodi di estrazione dei prodotti naturali.

Metodo di sintesi chimica: La sintesi chimica tradizionale dell'EGT utilizza l'istidina come materiale di partenza, sintetizzando l'EGT in soluzione acquosa attraverso più passaggi tra cui tiolazione, tioprotezione, metilazione e deprotezione. Questo metodo ha un lungo percorso sintetico e una bassa resa. Negli ultimi anni, gli studi hanno imitato i percorsi biosintetici per migliorare la sintesi chimica dell’EGT. Ad esempio, Erdelmeier et al. hanno utilizzato istidina betaina, cisteina e acido mercaptopropionico come materiali di partenza per sintetizzare EGT utilizzando una reazione one-pot semplificata, evitando l'introduzione di gruppi tioprotettivi, accorciando il percorso sintetico e migliorando la resa.

Anche la sintesi chimica presenta alcune sfide. Ad esempio, la chiralità del carbonio α nel gruppo carbossilico porta facilmente alla racemizzazione in condizioni acide o alcaline, rendendo difficile ottenere EGT di elevata purezza ottica. Inoltre, le materie prime necessarie per la sintesi chimica sono costose, il materiale di partenza 2-mercaptoimidazolo è difficile da preparare e anche la post-lavorazione del prodotto è impegnativa. Pertanto, i ricercatori devono ottimizzare e migliorare i metodi di sintesi chimica per soddisfare le esigenze della produzione industriale su larga scala.

Fermentazione microbica: Ottenere l'EGT attraverso la biosintesi presenta vantaggi come materie prime facilmente disponibili e costi relativamente bassi, ed è diventato il metodo principale per la preparazione dell'EGT negli ultimi anni. In natura, l'EGT esiste attraverso due percorsi: biosintesi aerobica e biosintesi anaerobica.

Biosintesi aerobica dell'EGT

Molti studi hanno chiarito il processo biosintetico dell'EGT. Fondamentalmente, la via biosintetica aerobica dell'EGT può essere suddivisa in vie batteriche e fungine. Seebeck et al. hanno chiarito e ricostruito la via biosintetica aerobica dell'EGT in vitro nel Mycobacterium smegmatis, identificando cinque geni coinvolti nella via: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD ed EgtE. Questi geni codificano rispettivamente per la glutamilcisteina sintasi (EgtA), per l'ossidasi Fe2+-dipendente (EgtB), per la gamma-glutamil transferasi (EgtC), per l'istidina metiltransferasi dipendente dalla S-adenosil metionina (SAM) e per la C-S liasi dipendente dal piridossal fosfato (EgtE). In questo processo, EgtA catalizza la condensazione di glutammato e cisteina per generare γ-glutamilcisteina; EgtB catalizza l'accoppiamento ossidativo in presenza di ossigeno e solfato ferroso, aggiungendo un gruppo tiolico della γ-glutamilcisteina alla catena laterale dell'istidina betaina (sintetizzata da istidina e SAM catalizzata da EgtD); EgtC catalizza quindi l'ulteriore formazione di istidina betaina cisteina solfossido; infine, EgtE catalizza la rimozione di piruvato e ammoniaca per generare EGT.

Nella via biosintetica dei funghi, l'EGT coinvolge principalmente due geni sintasi, Egt1 ed Egt2. Bello et al. identificato una sintasi specifica, NcEgt1, in *Neurospora crassa*, che contiene domini simili a quelli in EgtB ed EgtD di *Mycobacterium smegmatis*. Egt1 partecipa a una reazione catalitica in due fasi: prima catalizza la conversione dell'istidina in istidina betaina, quindi catalizza la combinazione di istidina betaina e cisteina per formare istidina betaina cisteina solfossido. Simile a EgtE, Egt2 catalizza la formazione di EGT da istidina, betaina e solfossido di cisteina. Come mostrato nella figura, poiché sono coinvolti solo due enzimi, la via biosintetica dell'EGT nei funghi è molto più semplice di quella nei batteri.

Biosintesi anaerobica dell'EGT

Una biosintesi anaerobica dell'EGT è stata segnalata in un batterio del fango strettamente anaerobico (Chlorobium limicola), dove la biosintesi dell'EGT viene realizzata attraverso una reazione in due fasi indipendente dall'ossigeno. Brucia et al. identificato la metiltransferasi (EanA) e la sulfotransferasi (EanB) in questo batterio del fango anaerobico. Come mostrato nella figura, EanA catalizza la conversione dell'istidina in istidina betaina, quindi EanB, in condizioni anaerobiche, trasferisce un atomo di zolfo all'anello imidazolico dell'istidina betaina per generare EGT. Sebbene la via della biosintesi anaerobica sia più semplice, le velocità catalitiche di EanA ed EanB sono molto inferiori a quelle di EgtD ed EgtB nella via della biosintesi aerobica. Pertanto, la via della biosintesi aerobica rimane la modalità dominante della biosintesi dell'EGT.

Prospettive applicative

L'ergotioneina possiede potenti proprietà antiossidanti e anti-invecchiamento e ha ampie prospettive di applicazione nell'industria alimentare, cosmetica, alimentare funzionale e biofarmaceutica. Particolarmente importante è la sua applicazione nel campo della bellezza e della cura della pelle, che lo rende un ingrediente importante nei prodotti antietà.

I suoi principali vantaggi includono:

1. Antiossidante e antietà: la potente capacità antiossidante dell'ergotioneina combatte efficacemente i radicali liberi, riduce il danno ossidativo alle cellule della pelle, ritarda l'invecchiamento cutaneo e riduce le rughe e il rilassamento cutaneo.
2. Sbiancamento e riduzione delle macchie: inibisce la produzione e la deposizione di melanina, migliora la pigmentazione e l'opacità e illumina il tono della pelle.
3. Antinfiammatorio e lenitivo: riduce l'infiammazione della pelle, allevia efficacemente il rossore e il prurito, rafforza la barriera protettiva della pelle e ne migliora la resistenza.
4. Idratante e riparatrice: migliora efficacemente la funzione barriera della pelle, migliora l'idratazione della pelle e promuove la riparazione e la rigenerazione della pelle danneggiata.
5. Fotoprotezione e protezione dai danni UV: la radiazione ultravioletta è uno dei principali colpevoli dell'invecchiamento cutaneo. L'ergotioneina può ridurre i danni alla pelle causati dalle radiazioni ultraviolette, proteggere la pelle dal fotoinvecchiamento e fornire un'efficace protezione solare.

Riepilogare

L'ergotioneina, con il suo esclusivo meccanismo antiossidante e un'ampia gamma di applicazioni, sta rimodellando il settore anti-invecchiamento. Grazie ai progressi nella biologia sintetica e alla ricerca clinica approfondita, potrebbe diventare uno degli ingredienti fondamentali per ritardare l’invecchiamento e migliorare la qualità della vita. Per i consumatori, la scelta di prodotti a base di ergotioneina di elevata purezza e formulati scientificamente può essere la chiave per combattere gli effetti del tempo.