Ерготионеин, темен коњ во светот против стареење 

Ерготионеинот (EGT) првпат бил изолиран од габите на ергот од страна на научникот Чарлс Танрет во 1909 година, па оттука и неговото име. Тоа е природен дериват на аминокиселина широко распространет кај габите, некои растенија и животни. Во човечката исхрана, печурките, житарките и одредени морски плодови се негови главни извори. Со длабинско истражување на модерната наука, извонредните ефекти на ерготионеин постепено излегуваат на виделина.

Принципи и механизми на дејство против стареење

Двојно антиоксидантно дејство

Директно чистење на слободните радикали: EGT може брзо да неутрализира различни реактивни кислородни видови (ROS) и реактивни азотни видови (RNS), вклучувајќи супероксиден анјон (O2-), водороден пероксид (H2O2), хидроксилни радикали (·OH) и единечен кислород (1O1). Овој директен ефект на чистење е целосно потврден во ин витро експерименти.

Компаративни предности

Регулирање на антиоксидантниот одбранбен систем: EGT го регулира изразувањето на низводните антиоксидантни гени (како HO-1, NQO1, SOD и CAT) со активирање на сигналната патека KEAP1-NRF2. Нуклеарната транслокација на NRF2 е регулирана со сигналните патишта PI3K/AKT и PKC, а EGT може да го промовира ослободувањето и нуклеарната транслокација на NRF2 со модулирање на тиол сензорот на KEAP1.

Заштитна улога во стабилноста на геномот

Намалување на оштетувањето на ДНК: EGT ефикасно го инхибира оштетувањето на ДНК предизвикано од ROS и RNS, особено во митохондријалната ДНК (mtDNA). Истражувањата покажаа дека клетките на кои им недостасуваат EGT транспортери покажуваат повисоки нивоа на оштетување на ДНК.

Промовирање на поправка на ДНК: EGT не само што апсорбира ултравиолетово (УВ) зрачење, туку и промовира поправка на ДНК по УВ зрачење, заштитувајќи ги клетките на кожата од фотооштетување.

Регулација на епигенетски модификации

Влијае на синтезата на метил донаторот SAM: EGT индиректно влијае на достапноста на S-аденозилметионин (SAM) преку регулирање на нивоата на глутатион (GSH), а со тоа ја регулира активноста на ДНК метилтрансферазите (DNMTs) и хистонските метилтрансферази (HMTs).

Одржување на бесплатна хомеостаза на јони на железо: EGT ја одржува хомеостазата на слободниот јонски железо со чистење на ROS, со што се обезбедува активност на деметилазите (како што се TETs и JmjC).

Интеракции со Сиртуинската сигнална патека:

Урегулирање на изразот SIRT1/SIRT6: EGT го одложува стареењето на ендотелијалните клетки и индуцира некротизирачка апоптоза во клетките на колоректалниот канцер со нагорна регулација на експресијата на SIRT1 и SIRT6.

Одржување на нивоата на NAD⁺: EGT ја подобрува активноста на Sirtuin преку регулирање на клеточниот редокс статус и одржување на односот NAD⁺/NADH.

Подготовка Mметод

Природен метод на екстракција:

EGT се наоѓа во природни производи како што се јастиви габи, ергот, житарки и животински ткива. Јадливите габи имаат висока содржина на EGT и се важен извор на EGT.

Сепак, содржината на EGT во природните производи е генерално многу ниска, што бара големи количини на суровини за екстракција, што резултира со високи трошоци за екстракција. Понатаму, прашањата како што се високите нивоа на нечистотии и остатоци од лекови во суровините ја ограничуваат индустриската примена на методите за екстракција на природни производи.

Метод на хемиска синтеза: Традиционалната хемиска синтеза на EGT користи хистидин како почетен материјал, синтетизирајќи го EGT во воден раствор низ повеќе чекори вклучувајќи тиолација, тиопротекција, метилација и дезаштита. Овој метод има долг синтетички пат и низок принос. Во последниве години, студиите имитираа биосинтетички патишта за подобрување на хемиската синтеза на EGT. На пример, Ерделмајер и сор. користел хистидин бетаин, цистеин и меркаптопропионска киселина како почетни материјали за синтетизирање на EGT користејќи поедноставена реакција во едно тенџере, избегнувајќи воведување на тиопротективни групи, скратување на синтетичкиот пат и подобрување на приносот.

Хемиската синтеза, исто така, претставува некои предизвици. На пример, хиралноста на α-јаглеродот во карбоксилната група лесно доведува до расемизација под кисели или алкални услови, што го отежнува добивањето на EGT со висока оптичка чистота. Понатаму, суровините потребни за хемиска синтеза се скапи, почетниот материјал 2-меркаптоимидазол е тешко да се подготви, а постобработката на производот е исто така предизвик. Затоа, истражувачите треба да ги оптимизираат и подобрат методите на хемиска синтеза за да ги задоволат потребите на индустриското производство од големи размери.

Микробна ферментација: Добивањето EGT преку биосинтеза има предности како што се лесно достапни суровини и релативно ниска цена, и стана главен метод за подготовка на EGT во последниве години. Во природата, EGT постои преку два патишта: аеробна биосинтеза и анаеробна биосинтеза.

Аеробна биосинтеза на EGT

Многу студии го разјаснија биосинтетичкиот процес на EGT. Во основа, аеробниот биосинтетички пат на EGT може да се подели на бактериски и габични патишта. Seebeck et al. го разјасни и реконструираше аеробниот биосинтетички пат на EGT in vitro во Mycobacterium smegmatis, идентификувајќи пет гени вклучени во патеката: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD и EgtE. Овие гени кодираат глутамилцистеин-синтаза (EgtA), Fe2+-зависна оксидаза (EgtB), гама-глутамил трансфераза (EgtC), S-аденозил метионин (SAM)-зависна хистидин метилтрансфераза (EgtD) и пиридоксал-зависна (соодветно, EphoSphate). Во овој процес, EgtA ја катализира кондензацијата на глутамат и цистеин за да генерира γ-глутамилцистеин; EgtB катализира оксидативно спојување во присуство на кислород и железен сулфат, додавајќи тиол група од γ-глутамилцистеин на страничниот синџир на хистидин бетаин (синтетизиран од хистидин и SAM катализиран од EgtD); EgtC потоа го катализира понатамошното формирање на хистидин бетаин цистеин сулфоксид; конечно, EgtE го катализира отстранувањето на пируватот и амонијакот за да генерира EGT.

Во габичниот биосинтетички пат, EGT главно вклучува два синтаза гени, Egt1 и Egt2. Бело и сор. идентификуваше специфична синтаза, NcEgt1, во *Neurospora crassa*, која содржи домени слични на оние во EgtB и EgtD на *Mycobacterium smegmatis*. Egt1 учествува во каталитичка реакција во два чекора: прво, ја катализира конверзијата на хистидин во хистидин бетаин, а потоа ја катализира комбинацијата на хистидин бетаин и цистеин за да формира хистидин бетаин цистеин сулфоксид. Слично на EgtE, Egt2 го катализира формирањето на EGT од хистидин, бетаин и цистеин сулфоксид. Како што е прикажано на сликата, бидејќи се вклучени само два ензими, биосинтетичкиот пат на EGT кај габите е многу поедноставен отколку кај бактериите.

Анаеробна биосинтеза на EGT

Пријавена е анаеробна биосинтеза на EGT кај строго анаеробна каллива бактерија (Chlorobium limicola), каде што биосинтезата на EGT се остварува преку реакција во два чекора независна од кислородот. Брн и сор. идентификувани метилтрансфераза (EanA) и сулфотрансфераза (EanB) во оваа анаеробна кал бактерија. Како што е прикажано на сликата, EanA ја катализира конверзијата на хистидин во хистидин бетаин, а потоа EanB, под анаеробни услови, пренесува атом на сулфур во прстенот на имидазол на хистидин бетаин за да генерира EGT. Иако патеката на анаеробната биосинтеза е поедноставна, каталитичките стапки на EanA и EanB се многу пониски од оние на EgtD и EgtB во патеката на аеробната биосинтеза. Затоа, патеката на аеробна биосинтеза останува доминантен начин на EGT биосинтеза.

Изгледите за апликација

Ерготионеин поседува моќни антиоксидантни и анти-стареечки својства и има широки можности за примена во прехранбената, козметиката, функционалната храна и биофармацевтската индустрија. Неговата примена во областа на убавината и негата на кожата е особено истакната, што ја прави важна состојка во производите против стареење.

Нејзините главни придобивки вклучуваат:

1. Антиоксиданс и против стареење: моќниот антиоксидативен капацитет на ерготионеин ефикасно се бори против слободните радикали, го намалува оксидативното оштетување на клетките на кожата, го одложува стареењето на кожата и ги намалува брчките и опуштеноста.
2. Белење и намалување на дамките: го инхибира производството и таложењето на меланин, ја подобрува пигментацијата и досадноста и го осветлува тонот на кожата.
3. Антивоспалително и смирувачко: Го намалува воспалението на кожата, ефикасно го ублажува црвенилото и чешањето, ја зајакнува заштитната бариера на кожата и ја зголемува нејзината отпорност.
4. Хидратантна и поправка: ефикасно ја подобрува функцијата на бариерата на кожата, ја подобрува хидратацијата на кожата и промовира поправка и регенерација на оштетената кожа.
5. Фотозаштита и заштита од UV оштетување: Ултравиолетовото зрачење е еден од главните виновници за стареењето на кожата. Ерготионеинот може да го намали оштетувањето на кожата предизвикано од ултравиолетово зрачење, да ја заштити кожата од фотостареење и да обезбеди ефикасна заштита од сонце.

Резимирајте

Ерготионеинот, со својот уникатен антиоксидативен механизам и широк спектар на апликации, ја преобликува индустријата против стареење. Со откритијата во синтетичката биологија и длабинските клинички истражувања, може да стане една од основните состојки за одложување на стареењето и подобрување на квалитетот на животот. За потрошувачите, изборот на производи со висока чистота, научно формулирани ерготионеин може да биде клуч за борба против ефектите на времето.