Ergotioninas, tamsus arklys senėjimo stabdymo pasaulyje 

Ergotioniną (EGT) pirmą kartą iš skalsių grybų išskyrė mokslininkas Charlesas Tanretas 1909 m., todėl jis gavo pavadinimą. Tai natūraliai randamas aminorūgščių darinys, plačiai paplitęs grybuose, kai kuriuose augaluose ir gyvūnuose. Žmonių racione pagrindiniai jo šaltiniai yra grybai, grūdai ir tam tikros jūros gėrybės. Nuodugniais šiuolaikinio mokslo tyrimais pamažu išryškėjo nuostabus ergothioneino poveikis.

Anti-senėjimo principai ir veikimo mechanizmai

Dvigubas antioksidacinis poveikis

Tiesioginis laisvųjų radikalų pašalinimas: EGT gali greitai neutralizuoti įvairias reaktyviąsias deguonies rūšis (ROS) ir reaktyviąsias azoto rūšis (RNS), įskaitant superoksido anijoną (O2⁻), vandenilio peroksidą (H2O2), hidroksilo radikalus (·OH) ir singletinį deguonį (¹O₂). Šis tiesioginis valymo efektas buvo visiškai patikrintas in vitro eksperimentuose.

Lyginamieji pranašumai

Antioksidacinės gynybos sistemos reguliavimas: EGT padidina pasroviui esančių antioksidantų genų (tokių kaip HO-1, NQO1, SOD ir CAT) ekspresiją, aktyvuodamas KEAP1-NRF2 signalizacijos kelią. NRF2 branduolinį perkėlimą reguliuoja PI3K / AKT ir PKC signalizacijos keliai, o EGT gali skatinti NRF2 išsiskyrimą ir branduolinį perkėlimą moduliuodamas KEAP1 tiolio jutiklį.

Apsauginis vaidmuo genomo stabilumui

DNR pažeidimo mažinimas: EGT veiksmingai slopina ROS ir RNS sukeltą DNR pažeidimą, ypač mitochondrijų DNR (mtDNR). Tyrimai parodė, kad ląstelėse, kuriose nėra EGT pernešėjų, DNR pažeidimai yra didesni.

DNR atstatymo skatinimas: EGT ne tik sugeria ultravioletinę (UV) spinduliuotę, bet ir skatina DNR atstatymą po UV spinduliuotės, apsaugodama odos ląsteles nuo fotopažeidimų.

Epigenetinių modifikacijų reguliavimas

Įtaka metilo donoro SAM sintezei: EGT netiesiogiai veikia S-adenozilmetionino (SAM) prieinamumą, reguliuodamas glutationo (GSH) lygį, taip reguliuodamas DNR metiltransferazių (DNMT) ir histono metiltransferazių (HMT) aktyvumą.

Laisvosios geležies jonų homeostazės palaikymas: EGT palaiko laisvųjų geležies jonų homeostazę, pašalindamas ROS, taip užtikrindamas demetilazių (tokių kaip TET ir JmjC) aktyvumą.

Sąveika su Sirtuino signalizacijos keliu:

SIRT1 / SIRT6 ekspresijos reguliavimas: EGT atitolina endotelio ląstelių senėjimą ir sukelia nekrozinę apoptozę gaubtinės ir tiesiosios žarnos vėžio ląstelėse, reguliuodamas SIRT1 ir SIRT6 ekspresiją.

NAD⁺ lygio palaikymas: EGT sustiprina Sirtuino aktyvumą reguliuodamas ląstelių redokso būseną ir palaikydamas NAD⁺/NADH santykį.

Pasiruošimas Metodas

Natūralus ekstrahavimo būdas:

EGT yra natūraliuose produktuose, tokiuose kaip valgomieji grybai, skalsės, grūdai ir gyvūnų audiniai. Valgomieji grybai turi didelį EGT kiekį ir yra svarbus EGT šaltinis.

Tačiau natūraliuose produktuose EGT kiekis paprastai yra labai mažas, todėl gavybai reikia daug žaliavų, todėl gavybos sąnaudos yra didelės. Be to, tokios problemos kaip didelis priemaišų ir vaistų likučių kiekis žaliavose riboja pramoninį natūralių produktų gavybos metodų taikymą.

Cheminės sintezės metodas: Tradicinėje cheminėje EGT sintezėje kaip pradinė medžiaga naudojamas histidinas, sintezuojant EGT vandeniniame tirpale keliais etapais, įskaitant tiolinimą, tioprotekciją, metilinimą ir apsaugos pašalinimą. Šis metodas turi ilgą sintetikos kelią ir mažą derlių. Pastaraisiais metais tyrimai imitavo biosintezės būdus, kad pagerintų cheminę EGT sintezę. Pavyzdžiui, Erdelmeier ir kt. naudojo histidino betainą, cisteiną ir merkaptopropiono rūgštį kaip pradines medžiagas EGT sintezei, naudojant supaprastintą vieno puodo reakciją, išvengiant tioprotekcinių grupių įvedimo, sutrumpinant sintetikos kelią ir pagerinant derlių.

Cheminė sintezė taip pat kelia tam tikrų iššūkių. Pavyzdžiui, α-anglies chiralumas karboksilo grupėje lengvai sukelia racemizaciją rūgštinėmis arba šarminėmis sąlygomis, todėl sunku gauti didelio optinio grynumo EGT. Be to, cheminei sintezei reikalingos žaliavos yra brangios, pradinę medžiagą 2-merkaptoimidazolą sunku paruošti, o tolesnis produkto apdorojimas taip pat yra sudėtingas. Todėl mokslininkai turi optimizuoti ir tobulinti cheminės sintezės metodus, kad atitiktų didelio masto pramoninės gamybos poreikius.

Mikrobų fermentacija: EGT gavimas biosintezės būdu turi privalumų, tokių kaip lengvai prieinamos žaliavos ir santykinai maža kaina, todėl pastaraisiais metais tapo pagrindiniu EGT paruošimo būdu. Gamtoje EGT egzistuoja dviem būdais: aerobine biosinteze ir anaerobine biosinteze.

Aerobinė EGT biosintezė

Daugelis tyrimų išaiškino EGT biosintezės procesą. Iš esmės EGT aerobinį biosintezės kelią galima suskirstyti į bakterijų ir grybelių kelius. Seebeck ir kt. išaiškino ir rekonstravo aerobinį EGT biosintezės kelią in vitro Mycobacterium smegmatis, identifikuodamas penkis šiame kelyje dalyvaujančius genus: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD ir EgtE. Šie genai koduoja glutamilcisteino sintazę (EgtA), nuo Fe2+ priklausomą oksidazę (EgtB), gama-glutamilo transferazę (EgtC), nuo S-adenozilmetionino (SAM) priklausomą histidino metiltransferazę (EgtD) ir atitinkamai nuo E-g piridoksalio fosfato priklausomą C.-S. Šiame procese EgtA katalizuoja glutamato ir cisteino kondensaciją, kad susidarytų γ-glutamilcisteinas; EgtB katalizuoja oksidacinį ryšį, esant deguoniui ir geležies sulfatui, pridedant tiolio grupę iš γ-glutamilcisteino į šoninę histidino betaino grandinę (sintetinama iš histidino ir SAM, katalizuojama EgtD); Tada EgtC katalizuoja tolesnį histidino betaino cisteino sulfoksido susidarymą; galiausiai EgtE katalizuoja piruvato ir amoniako pašalinimą, kad susidarytų EGT.

Grybelio biosintezės kelyje EGT daugiausia apima du sintazės genus – Egt1 ir Egt2. Bello ir kt. * Neurospora crassa * nustatė specifinę sintazę NcEgt1, kurioje yra domenų, panašių į * Mycobacterium smegmatis * EgtB ir EgtD. Egt1 dalyvauja dviejų pakopų katalizinėje reakcijoje: pirma, jis katalizuoja histidino pavertimą histidino betainu, o paskui katalizuoja histidino betaino ir cisteino derinį, kad susidarytų histidino betaino cisteino sulfoksidas. Panašiai kaip EgtE, Egt2 katalizuoja EGT susidarymą iš histidino, betaino ir cisteino sulfoksido. Kaip parodyta paveikslėlyje, kadangi dalyvauja tik du fermentai, EGT biosintezės kelias grybuose yra daug paprastesnis nei bakterijose.

Anaerobinė EGT biosintezė

Buvo pranešta apie anaerobinę EGT biosintezę griežtai anaerobinėje purvo bakterijoje (Chlorobium limicola), kur EGT biosintezė atliekama per dviejų pakopų reakciją, nepriklausomą nuo deguonies. Burn ir kt. šioje anaerobinėje purvo bakterijoje identifikavo metiltransferazę (EanA) ir sulfotransferazę (EanB). Kaip parodyta paveikslėlyje, EanA katalizuoja histidino pavertimą histidino betainu, o tada EanB anaerobinėmis sąlygomis perkelia sieros atomą į histidino betaino imidazolo žiedą, kad sukurtų EGT. Nors anaerobinis biosintezės kelias yra paprastesnis, EanA ir EanB kataliziniai greičiai yra daug mažesni nei EgtD ir EgtB aerobinės biosintezės kelyje. Todėl aerobinis biosintezės kelias išlieka dominuojančiu EGT biosintezės būdu.

Taikymo perspektyvos

Ergotioneinas pasižymi galingomis antioksidacinėmis ir senėjimą stabdančiomis savybėmis ir turi plačias taikymo perspektyvas maisto, kosmetikos, funkcinio maisto ir biofarmacijos pramonėje. Jo taikymas grožio ir odos priežiūros srityje yra ypač ryškus, todėl jis yra svarbus senėjimą stabdančių produktų ingredientas.

Pagrindiniai jo pranašumai yra šie:

1. Antioksidantas ir stabdantis senėjimą: Ergotioneino galingas antioksidacinis pajėgumas veiksmingai kovoja su laisvaisiais radikalais, mažina oksidacinę žalą odos ląstelėms, lėtina odos senėjimą, mažina raukšles ir suglebimą.
2. Balinimas ir dėmių mažinimas: Slopina melanino gamybą ir nusėdimą, gerina pigmentaciją ir blankumą bei šviesina odos atspalvį.
3. Priešuždegiminis ir raminantis: mažina odos uždegimą, efektyviai malšina paraudimą ir niežėjimą, stiprina apsauginį odos barjerą ir padidina jos atsparumą.
4. Drėkina ir atkuria: efektyviai gerina odos barjerinę funkciją, didina odos drėkinimą, skatina pažeistos odos atstatymą ir regeneraciją.
5. Fotoapsauga ir apsauga nuo UV pažeidimų: Ultravioletinė spinduliuotė yra vienas pagrindinių odos senėjimo kaltininkų. Ergotioninas gali sumažinti ultravioletinių spindulių sukeltus odos pažeidimus, apsaugoti odą nuo fotosenėjimo ir užtikrinti veiksmingą apsaugą nuo saulės.

Apibendrinti

Ergotioninas, pasižymintis unikaliu antioksidaciniu mechanizmu ir plačiu pritaikymo spektru, iš naujo formuoja kovos su senėjimu pramonę. Dėl sintetinės biologijos pasiekimų ir nuodugnių klinikinių tyrimų ji gali tapti viena iš pagrindinių senėjimo atidėjimo ir gyvenimo kokybės gerinimo sudedamųjų dalių. Vartotojams, renkantis didelio grynumo, moksliškai suformuluotus ergothioneino produktus, gali būti labai svarbu kovoti su laiko poveikiu.