Ergotionein, temni konj v svetu proti staranju 

Ergotionein (EGT) je leta 1909 iz gliv rožičkov prvi izoliral znanstvenik Charles Tanret, od tod tudi njegovo ime. Je naravno prisoten derivat aminokislin, široko razširjen v glivah, nekaterih rastlinah in živalih. V človeški prehrani so glavni viri gobe, žita in nekateri morski sadeži. S poglobljenimi raziskavami sodobne znanosti so izjemni učinki ergotioneina postopoma prišli na dan.

Principi in mehanizmi delovanja proti staranju

Dvojni antioksidativni učinek

Neposredno lovljenje prostih radikalov: EGT lahko hitro nevtralizira različne reaktivne kisikove vrste (ROS) in reaktivne dušikove vrste (RNS), vključno s superoksidnim anionom (O₂⁻), vodikovim peroksidom (H₂O₂), hidroksilnimi radikali (·OH) in singletnim kisikom (¹O₂). Ta neposredni čistilni učinek je bil v celoti preverjen v poskusih in vitro.

Primerjalne prednosti

Regulacija antioksidativnega obrambnega sistema: EGT uravnava izražanje spodnjih antioksidantnih genov (kot so HO-1, NQO1, SOD in CAT) z aktiviranjem signalne poti KEAP1-NRF2. Jedrsko translokacijo NRF2 uravnavajo signalne poti PI3K/AKT in PKC, EGT pa lahko spodbuja sproščanje in jedrsko translokacijo NRF2 z modulacijo tiolnega senzorja KEAP1.

Zaščitna vloga pri stabilnosti genoma

Zmanjšanje poškodb DNK: EGT učinkovito zavira poškodbe DNK, ki jih povzročajo ROS in RNS, zlasti v mitohondrijski DNK (mtDNA). Študije so pokazale, da imajo celice brez transporterjev EGT višjo stopnjo poškodbe DNK.

Spodbujanje popravljanja DNK: EGT ne absorbira le ultravijoličnega (UV) sevanja, temveč spodbuja tudi popravilo DNK po UV obsevanju in ščiti kožne celice pred fotopoškodbami.

Regulacija epigenetskih modifikacij

Vpliv na sintezo metilnega donorja SAM: EGT posredno vpliva na razpoložljivost S-adenozilmetionina (SAM) z uravnavanjem ravni glutationa (GSH), s čimer uravnava aktivnost DNA metiltransferaz (DNMT) in histon metiltransferaz (HMT).

Vzdrževanje homeostaze prostih železovih ionov: EGT vzdržuje homeostazo prostih železovih ionov z odstranjevanjem ROS in tako zagotavlja aktivnost demetilaz (kot sta TET in JmjC).

Interakcije s signalno potjo Sirtuin:

Povečanje izražanja SIRT1/SIRT6: EGT upočasni staranje endotelijskih celic in povzroči nekrotizirajočo apoptozo v celicah raka debelega črevesa in danke s povečanjem izražanja SIRT1 in SIRT6.

Vzdrževanje ravni NAD⁺: EGT poveča aktivnost sirtuina z uravnavanjem celičnega redoks stanja in vzdrževanjem razmerja NAD⁺/NADH.

Priprava Method

Naravna metoda ekstrakcije:

EGT najdemo v naravnih izdelkih, kot so užitne glive, rožiček, žita in živalska tkiva. Užitne gobe imajo visoko vsebnost EGT in so pomemben vir EGT.

Vendar pa je vsebnost EGT v naravnih izdelkih na splošno zelo nizka, kar zahteva velike količine surovin za ekstrakcijo, kar ima za posledico visoke stroške ekstrakcije. Poleg tega težave, kot so visoke ravni nečistoč in ostanki zdravil v surovinah, omejujejo industrijsko uporabo metod ekstrakcije naravnih proizvodov.

Metoda kemijske sinteze: Tradicionalna kemična sinteza EGT uporablja histidin kot izhodiščni material, sintetizira EGT v vodni raztopini v več korakih, vključno s tiolacijo, tioprotekcijo, metilacijo in deprotekcijo. Ta metoda ima dolgo sintetično pot in nizek donos. V zadnjih letih so študije posnemale biosintetske poti za izboljšanje kemične sinteze EGT. Na primer, Erdelmeier et al. uporabili histidin betain, cistein in merkaptopropionsko kislino kot izhodne materiale za sintezo EGT z uporabo poenostavljene reakcije v enem loncu, pri čemer so se izognili uvedbi tioprotektivnih skupin, skrajšali sintetično pot in izboljšali izkoristek.

Kemijska sinteza predstavlja tudi nekaj izzivov. Na primer, kiralnost α-ogljika v karboksilni skupini zlahka vodi do racemizacije v kislih ali alkalnih pogojih, zaradi česar je težko dobiti EGT visoke optične čistosti. Poleg tega so surovine, potrebne za kemijsko sintezo, drage, začetni material 2-merkaptoimidazol je težko pripraviti, naknadna obdelava produkta pa je prav tako zahtevna. Zato morajo raziskovalci optimizirati in izboljšati metode kemijske sinteze, da bodo zadostili potrebam obsežne industrijske proizvodnje.

Mikrobna fermentacija: Pridobivanje EGT z biosintezo ima prednosti, kot so lahko dostopne surovine in relativno nizki stroški, in je v zadnjih letih postala glavna metoda za pripravo EGT. V naravi EGT obstaja po dveh poteh: aerobna biosinteza in anaerobna biosinteza.

Aerobna biosinteza EGT

Številne študije so razjasnile biosintetski proces EGT. V osnovi lahko aerobno biosintetsko pot EGT razdelimo na bakterijske in glivične poti. Seebeck et al. razjasnil in rekonstruiral aerobno biosintetsko pot EGT in vitro v Mycobacterium smegmatis, pri čemer je identificiral pet genov, vključenih v pot: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD in EgtE. Ti geni kodirajo glutamilcistein sintazo (EgtA), od Fe2+ odvisno oksidazo (EgtB), gama-glutamil transferazo (EgtC), od S-adenozil metionina (SAM) odvisno histidin metiltransferazo (EgtD) in C-S liazo (EgtE), odvisno od piridoksal fosfata. V tem procesu EgtA katalizira kondenzacijo glutamata in cisteina, da nastane γ-glutamilcistein; EgtB katalizira oksidativno spajanje v prisotnosti kisika in železovega sulfata, dodajanje tiolne skupine iz γ-glutamilcisteina v stransko verigo histidin betaina (sintetiziranega iz histidina in SAM, ki ga katalizira EgtD); EgtC nato katalizira nadaljnjo tvorbo histidin betain cistein sulfoksida; končno, EgtE katalizira odstranitev piruvata in amoniaka, da nastane EGT.

V biosintetski poti gliv EGT v glavnem vključuje dva gena za sintazo, Egt1 in Egt2. Bello et al. identificiral specifično sintazo, NcEgt1, v *Neurospora crassa*, ki vsebuje domene, podobne tistim v EgtB in EgtD *Mycobacterium smegmatis*. Egt1 sodeluje v dvostopenjski katalitični reakciji: najprej katalizira pretvorbo histidina v histidin betain, nato pa katalizira kombinacijo histidin betaina in cisteina, da nastane histidin betain cistein sulfoksid. Podobno kot EgtE tudi Egt2 katalizira tvorbo EGT iz histidina, betaina in cistein sulfoksida. Kot je prikazano na sliki, je biosintezna pot EGT pri glivah veliko enostavnejša kot pri bakterijah, ker sta vključena samo dva encima.

Anaerobna biosinteza EGT

Poročali so o anaerobni biosintezi EGT v strogo anaerobni blatni bakteriji (Chlorobium limicola), kjer se biosinteza EGT izvede z dvostopenjsko reakcijo, neodvisno od kisika. Burn et al. identificiral metiltransferazo (EanA) in sulfotransferazo (EanB) v tej anaerobni blatni bakteriji. Kot je prikazano na sliki, EanA katalizira pretvorbo histidina v histidin betain, nato pa EanB v anaerobnih pogojih prenese atom žvepla v imidazolni obroč histidin betaina, da ustvari EGT. Čeprav je pot anaerobne biosinteze enostavnejša, sta katalitični hitrosti EanA in EanB veliko nižji od hitrosti EgtD in EgtB v poti aerobne biosinteze. Zato pot aerobne biosinteze ostaja prevladujoč način biosinteze EGT.

Možnosti uporabe

Ergotionein ima močne antioksidativne lastnosti in lastnosti proti staranju ter ima široke možnosti uporabe v prehrambeni, kozmetični, funkcionalni prehrambeni in biofarmacevtski industriji. Njegova uporaba na področju lepote in nege kože je še posebej vidna, zaradi česar je pomembna sestavina izdelkov proti staranju.

Njegove glavne prednosti vključujejo:

1. Antioksidant in proti staranju: Močna antioksidativna zmogljivost ergotioneina se učinkovito bori proti prostim radikalom, zmanjšuje oksidativne poškodbe kožnih celic, upočasni staranje kože ter zmanjša gube in povešenost.
2. Beljenje in zmanjšanje madežev: zavira nastajanje in odlaganje melanina, izboljša pigmentacijo in otopelost ter posvetli ten kože.
3. Protivnetno in pomirjujoče: Zmanjšuje vnetje kože, učinkovito blaži rdečico in srbečico, krepi zaščitno bariero kože in povečuje njeno odpornost.
4. Vlaženje in obnavljanje: Učinkovito izboljša pregradno funkcijo kože, izboljša navlaženost kože ter spodbuja popravilo in regeneracijo poškodovane kože.
5. Fotozaščita in zaščita pred UV-poškodbami: Ultravijolično sevanje je eden glavnih krivcev za staranje kože. Ergotionein lahko zmanjša poškodbe kože, ki jih povzroča ultravijolično sevanje, ščiti kožo pred fotostaranjem in zagotavlja učinkovito zaščito pred soncem.

Povzemite

Ergotionein s svojim edinstvenim antioksidativnim mehanizmom in široko paleto uporabe preoblikuje industrijo proti staranju. S preboji v sintetični biologiji in poglobljenimi kliničnimi raziskavami lahko postane ena ključnih sestavin za odložitev staranja in izboljšanje kakovosti življenja. Za potrošnike je lahko izbira izdelkov z visoko čistostjo, znanstveno formuliranih ergotioneina ključ do boja proti učinkom časa.