Ergotionīns, tumšais zirgs pretnovecošanās pasaulē 

Zinātnieks Čārlzs Tanrets ergotionīnu (EGT) pirmo reizi no melno graudu sēnēm izdalīja 1909. gadā, tāpēc arī tā nosaukums. Tas ir dabiski sastopams aminoskābju atvasinājums, kas plaši izplatīts sēnēs, dažos augos un dzīvniekos. Cilvēka uzturā tās galvenie avoti ir sēnes, graudi un noteiktas jūras veltes. Pateicoties mūsdienu zinātnes padziļinātajiem pētījumiem, ergotioneīna ievērojamā iedarbība pakāpeniski ir atklājusies.

Pretnovecošanas principi un darbības mehānismi

Divkārša antioksidanta iedarbība

Tieša brīvo radikāļu iznīcināšana: EGT var ātri neitralizēt dažādas reaktīvās skābekļa sugas (ROS) un reaktīvās slāpekļa sugas (RNS), tostarp superoksīda anjonu (O2⁻), ūdeņraža peroksīdu (H2O2), hidroksilradikāļus (·OH) un skābekli (¹O2). Šis tiešais attīrīšanas efekts ir pilnībā pārbaudīts in vitro eksperimentos.

Salīdzinošās priekšrocības

Antioksidantu aizsardzības sistēmas regulēšana: EGT regulē pakārtoto antioksidantu gēnu (piemēram, HO-1, NQO1, SOD un CAT) ekspresiju, aktivizējot KEAP1-NRF2 signalizācijas ceļu. NRF2 kodola translokāciju regulē PI3K / AKT un PKC signalizācijas ceļi, un EGT var veicināt NRF2 izdalīšanos un kodola translokāciju, modulējot KEAP1 tiola sensoru.

Aizsardzības loma genoma stabilitātē

DNS bojājumu samazināšana: EGT efektīvi inhibē ROS un RNS izraisītus DNS bojājumus, īpaši mitohondriju DNS (mtDNS). Pētījumi liecina, ka šūnām, kurām trūkst EGT transportētāju, ir augstāks DNS bojājumu līmenis.

DNS remonta veicināšana: EGT ne tikai absorbē ultravioleto (UV) starojumu, bet arī veicina DNS atjaunošanos pēc UV starojuma, aizsargājot ādas šūnas no fotobojājumiem.

Epiģenētisko modifikāciju regulēšana

Ietekmē metildonora SAM sintēzi: EGT netieši ietekmē S-adenozilmetionīna (SAM) pieejamību, regulējot glutationa (GSH) līmeni, tādējādi regulējot DNS metiltransferāžu (DNMT) un histona metiltransferāžu (HMT) aktivitāti.

Brīvo dzelzs jonu homeostāzes uzturēšana: EGT uztur brīvo dzelzs jonu homeostāzi, attīrot ROS, tādējādi nodrošinot demetilāžu (piemēram, TET un JmjC) aktivitāti.

Mijiedarbība ar Sirtuin signalizācijas ceļu:

SIRT1 / SIRT6 ekspresijas regulēšana: EGT aizkavē endotēlija šūnu novecošanos un izraisa nekrotizējošo apoptozi kolorektālā vēža šūnās, regulējot SIRT1 un SIRT6 ekspresiju.

NAD⁺ līmeņa uzturēšana: EGT uzlabo Sirtuīna aktivitāti, regulējot šūnu redox statusu un saglabājot NAD⁺/NADH attiecību.

Sagatavošana Metods

Dabiskā ekstrakcijas metode:

EGT ir atrodams dabīgos produktos, piemēram, ēdamās sēnēs, melnajos graudos, graudaugos un dzīvnieku audos. Ēdamajām sēnēm ir augsts EGT saturs, un tās ir svarīgs EGT avots.

Tomēr EGT saturs dabiskos produktos parasti ir ļoti zems, tāpēc ieguvei ir nepieciešams liels daudzums izejvielu, kā rezultātā rodas augstas ieguves izmaksas. Turklāt tādas problēmas kā augsts piemaisījumu un zāļu atlieku līmenis izejvielās ierobežo dabisko produktu ekstrakcijas metožu rūpniecisko pielietojumu.

Ķīmiskās sintēzes metodeTradicionālajā EGT ķīmiskajā sintēzē kā izejmateriālu izmanto histidīnu, sintezējot EGT ūdens šķīdumā vairākos posmos, tostarp tiolējot, tioaizsardzībā, metilēšanā un deprotekcijas procesā. Šai metodei ir garš sintētiskais ceļš un zema raža. Pēdējos gados pētījumos ir imitēti biosintēzes ceļi, lai uzlabotu EGT ķīmisko sintēzi. Piemēram, Erdelmeiers et al. izmantoja histidīna betaīnu, cisteīnu un merkaptopropionskābi kā izejmateriālus, lai sintezētu EGT, izmantojot vienkāršotu viena katla reakciju, izvairoties no tioprotektīvo grupu ieviešanas, saīsinot sintētisko ceļu un uzlabojot ražu.

Ķīmiskā sintēze arī rada dažas problēmas. Piemēram, α-oglekļa hiralitāte karboksilgrupā viegli noved pie racemizācijas skābos vai sārmainos apstākļos, apgrūtinot augstas optiskās tīrības EGT iegūšanu. Turklāt ķīmiskajai sintēzei nepieciešamās izejvielas ir dārgas, izejvielu 2-merkaptoimidazolu ir grūti pagatavot, kā arī produkta pēcapstrāde ir sarežģīta. Tāpēc pētniekiem ir jāoptimizē un jāuzlabo ķīmiskās sintēzes metodes, lai apmierinātu liela mēroga rūpnieciskās ražošanas vajadzības.

Mikrobu fermentācija: EGT iegūšanai ar biosintēzes palīdzību ir tādas priekšrocības kā viegli pieejamas izejvielas un salīdzinoši zemas izmaksas, un pēdējos gados tā ir kļuvusi par galveno EGT sagatavošanas metodi. Dabā EGT pastāv, izmantojot divus ceļus: aerobo biosintēzi un anaerobo biosintēzi.

EGT aerobā biosintēze

Daudzi pētījumi ir izskaidrojuši EGT biosintētisko procesu. Būtībā EGT aerobo biosintētisko ceļu var iedalīt baktēriju un sēnīšu ceļos. Seebeck et al. noskaidroja un rekonstruēja EGT aerobo biosintētisko ceļu in vitro Mycobacterium smegmatis, identificējot piecus šajā ceļā iesaistītos gēnus: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD un EgtE. Šie gēni kodē glutamilcisteīna sintāzi (EgtA), no Fe2+ atkarīgo oksidāzi (EgtB), gamma-glutamiltransferāzi (EgtC), no S-adenozilmetionīna (SAM) atkarīgo histidīna metiltransferāzi (EgtD) un attiecīgi no Egt piridoksāla fosfāta atkarīgo C.lyE. Šajā procesā EgtA katalizē glutamāta un cisteīna kondensāciju, lai radītu γ-glutamilcisteīnu; EgtB katalizē oksidatīvo savienojumu skābekļa un dzelzs sulfāta klātbūtnē, pievienojot histidīna betaīna sānu ķēdei tiola grupu no γ-glutamilcisteīna (sintezēts no histidīna un SAM, ko katalizē EgtD); Pēc tam EgtC katalizē turpmāku histidīna betaīna cisteīna sulfoksīda veidošanos; visbeidzot, EgtE katalizē piruvāta un amonjaka noņemšanu, lai radītu EGT.

Sēnīšu biosintēzes ceļā EGT galvenokārt ietver divus sintāzes gēnus Egt1 un Egt2. Bello et al. identificēja specifisku sintāzi NcEgt1 * Neurospora crassa *, kas satur domēnus, kas ir līdzīgi * Mycobacterium smegmatis * EgtB un EgtD domēniem. Egt1 piedalās divpakāpju katalītiskā reakcijā: pirmkārt, tas katalizē histidīna pārvēršanos par histidīna betaīnu un pēc tam katalizē histidīna betaīna un cisteīna kombināciju, veidojot histidīna betaīna cisteīna sulfoksīdu. Līdzīgi kā EgtE, Egt2 katalizē EGT veidošanos no histidīna, betaīna un cisteīna sulfoksīda. Kā parādīts attēlā, tā kā ir iesaistīti tikai divi fermenti, EGT biosintētiskais ceļš sēnēs ir daudz vienkāršāks nekā baktērijās.

EGT anaerobā biosintēze

Ir ziņots par EGT anaerobo biosintēzi stingri anaerobās dūņu baktērijās (Chlorobium limicola), kur EGT biosintēze tiek veikta, izmantojot divpakāpju reakciju, kas nav atkarīga no skābekļa. Burn et al. identificēja metiltransferāzi (EanA) un sulfotransferāzi (EanB) šajā anaerobajā dubļu baktērijā. Kā parādīts attēlā, EanA katalizē histidīna pārvēršanos par histidīna betaīnu, un pēc tam EanB anaerobos apstākļos pārnes sēra atomu uz histidīna betaīna imidazola gredzenu, lai radītu EGT. Lai gan anaerobās biosintēzes ceļš ir vienkāršāks, EanA un EanB katalītiskie ātrumi ir daudz zemāki nekā EgtD un EgtB aerobās biosintēzes ceļā. Tāpēc aerobās biosintēzes ceļš joprojām ir dominējošais EGT biosintēzes veids.

Pieteikšanās perspektīvas

Ergotioneīnam piemīt spēcīgas antioksidanta un pretnovecošanās īpašības, un tam ir plašas pielietošanas iespējas pārtikas, kosmētikas, funkcionālās pārtikas un biofarmācijas nozarēs. Tā pielietojums skaistumkopšanas un ādas kopšanas jomā ir īpaši pamanāms, padarot to par svarīgu sastāvdaļu pretnovecošanās produktos.

Tās galvenās priekšrocības ietver:

1. Antioksidants un pretnovecošanās: Ergotionīna spēcīgā antioksidanta spēja efektīvi cīnās ar brīvajiem radikāļiem, samazina oksidatīvos bojājumus ādas šūnās, aizkavē ādas novecošanos un samazina grumbas un nokarāšanos.
2. Balināšana un plankumu samazināšana: kavē melanīna ražošanu un nogulsnēšanos, uzlabo pigmentāciju un blāvumu, kā arī padara ādas toni gaišāku.
3. Pretiekaisuma un nomierinoša iedarbība: samazina ādas iekaisumu, efektīvi mazina apsārtumu un niezi, stiprina ādas aizsargbarjeru un uzlabo tās izturību.
4. Mitrināšana un atjaunošana: efektīvi uzlabo ādas barjerfunkciju, uzlabo ādas mitrināšanu, kā arī veicina bojātas ādas atjaunošanos un atjaunošanos.
5. Fotoaizsardzība un aizsardzība pret UV bojājumiem: Ultravioletais starojums ir viens no galvenajiem ādas novecošanas vaininiekiem. Ergotionīns var samazināt ultravioletā starojuma radītos ādas bojājumus, aizsargāt ādu no fotonovecošanās un nodrošināt efektīvu saules aizsardzību.

Apkopojiet

Ergotionīns ar savu unikālo antioksidantu mehānismu un plašo pielietojumu klāstu pārveido pretnovecošanās nozari. Pateicoties sintētiskās bioloģijas sasniegumiem un padziļinātiem klīniskiem pētījumiem, tas var kļūt par vienu no galvenajām sastāvdaļām, lai aizkavētu novecošanos un uzlabotu dzīves kvalitāti. Patērētājiem, izvēloties augstas tīrības pakāpes, zinātniski izstrādātus ergotioneīna produktus, tas var būt galvenais, lai cīnītos pret laika ietekmi.