Ekobiologia - nowe podejście do badań nad procesami starzenia

Maja Marklowska-Dzierżak
opublikowano: 15-05-2018, 15:26
aktualizacja: 15-05-2018, 15:32

Nie uszkodzenia DNA, ale karbonylacja białek jest główną przyczyną starzenia się komórek — twierdzą naukowcy z Mediterranean Institute for Life Sciences (MedILS), prowadzący obecnie badania m.in. nad preparatem przeciwdziałającym starzeniu się skóry.

Ten artykuł czytasz w ramach płatnej subskrypcji. Twoja prenumerata jest aktywna

„My, biolodzy, zwykliśmy uważać, że jeśli komórka nie działa sprawnie, źródło tego musi być koniecznie w genach. Tymczasem nasze badania wskazują, że to nie same mutacje w genach, ale utlenianie białek jest główną przyczyną starzenia się” — przekonuje prof. Miroslav Radman, współzałożyciel MedILS w Splicie (Chorwacja). To właśnie w tym instytucie 18-19 kwietnia odbył się I Ecobiology Summit, w którym uczestniczyło 130 naukowców, ekspertów, lekarzy dermatologów i dziennikarzy medycznych z całego świata.

Na zdjęciu od lewej: Jean-Noël Thorel, prezydent NAOS i prof. Miroslav Radman, współzałożyciel MedILS.
Zobacz więcej

Na zdjęciu od lewej: Jean-Noël Thorel, prezydent NAOS i prof. Miroslav Radman, współzałożyciel MedILS. Fot.

Karbonylacja białek to proces nieodwracalny

Karbonylacja białek nie jest nowo odkrytym zjawiskiem. W literaturze, również polskiej, można znaleźć informacje na jej temat. Między innymi w „Postępach Biochemii” z 2016 r. (http://www.postepybiochemii.pl/pdf/4_2016/495-505.pdf) opublikowano artykuł „Karbonylacja białek - przyczyny, skutki i sposoby oceny”. Jego autorki, dr Ewa Ambrożewicz i dr Katarzyna Bielawska z Zakładu Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku, opisują mechanizmy prowadzące do tych zmian.

Według badaczek, zastosowanie odpowiednich metod oznaczania produktów karbonylacji białek, ze szczególnym uwzględnieniem podejścia proteomicznego, wykorzystującego nowoczesne techniki analityczne, daje możliwość identyfikacji nowych biomarkerów chorobowych oraz punktów uchwytu dla ukierunkowanej farmakoterapii. „Odkładanie się zmodyfikowanych białek w komórkach może prowadzić do wielu chorób, w tym m.in. cukrzycy i chorób jej towarzyszących oraz chorób neurodegeneracyjnych” - przekonują w swoim artykule.

Do tej pory nie obwiniano jednak karbonylacji białek za starzenie się komórek. Według Miroslava Radmana, który jest emerytowanym profesorem University René Descartesa w Paryżu, do procesu karbonylacji dochodzi w sytuacji stresu oksydacyjnego, czyli nadmiaru wolnych rodników tlenowych. Powstają one m.in. pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, zanieczyszczeń powietrza, wody oraz innych niekorzystnych czynników zewnętrznych, a także w mitochondriach komórkowych.

Wolne rodniki powodują zarówno uszkodzenia DNA, jak i chemiczną modyfikację białek, zakłócając ich normalne funkcjonowanie. Jednak o ile spontaniczne mutacje DNA są naprawiane przez samą komórkę, która posiada bardzo dobrze działające mechanizmy naprawcze, o tyle karbonylacja białek jest procesem nieodwracalnym. Jedynym sposobem pozbycia się przez komórkę karbonylowanych białek, które nie są w stanie spełniać właściwie swoich funkcji i w związku z tym nie mogą również uczestniczyć w procesie naprawy DNA, jest zniszczenie ich i zastąpienie nowymi, zsyntetyzowanymi.

Drobna zmiana o wielkich konsekwencjach

Jednocześnie naukowcy z MedILS zaobserwowali, że nieznaczne zmiany w DNA genu, mające niewielki wpływ na przebudowę struktury białka, zwiększają jego podatność na karbonylację. Przykładem jest białko alfa-synukleina, odgrywające ogromną rolę w rozwoju choroby Parkinsona. Badania wykazały, że pewna niewielka zmiana w DNA genu kodującego to białko zwiększa 10-krotnie jego podatność na karbonylację. Dla pacjenta, u którego zachodzi ten proces, ma to ogromne znaczenie, ponieważ zwiększa jego ryzyko zachorowania na chorobę Parkinsona. 

„Mutacje zwiększające wrażliwość na karbonylację nie ujawniają się od razu, ale np. dopiero po 50-60 latach” - zastrzega prof. Radman. Dodaje, że jeśli uda się ustalić, która sekwencja DNA zwiększa ryzyko utleniania danego białka, to w przyszłości będzie można przewidzieć predyspozycje do danej choroby już u nowo narodzonego dziecka. „Jeśli będzie to białko znajdujące się np. w nerkach, to będzie zwiększać ryzyko zachorowania na choroby nerek” - twierdzi współzałożyciel MedILS.

Jak wzmacniać barierę ochronną skóry?

Według naukowców współpracujących z prof. Radmanem, zamiast wydawać miliony euro na medycynę estetyczną, należy pomyśleć o zapobieganiu starzeniu się skóry i problemom dermatologicznym. Powinno się potraktować skórę jako stale ewoluujący ekosystem, który reaguje na otaczające go środowisko, pod jego wpływem stale się zmienia i do niego adaptuje. Badacze wychodzą z założenia, że nadmierna pielęgnacja skóry prowadzi do jej niszczenia, a przeciążenie jej substancjami syntetycznymi czy ekstraktami roślinnymi, zawierającymi ogromną ilość związków, zanieczyszcza ją i indukuje stany zapalne. Zalecają, by stosować tylko te produkty i w takich ilościach, które są skórze niezbędne i mogą jej przynieść pożytek. Należy wzmacniać jej naturalną barierę ochronną.

W ścisłej współpracy z badaczami z grupy kosmetycznej NAOS, założonej przez francuskiego farmaceutę Jeana-NoĎla Thorela, uważanego za wizjonera w branży kosmetycznej, naukowcy z MedILS prowadzą badania mające na celu opracowanie preparatu, który będzie chronił białka znajdujące się w komórkach skóry przed karbonylacją, a tym samym przeciwdziałał jej starzeniu.

Bakterie naprawiające uszkodzenia DNA

Udało im się już m.in. wyizolować substancję o silnym działaniu ochronnym — białko z grupy mioglobin - z bakterii Deinococcus radiodurans, uważanych za najbardziej odporne na promieniowanie jonizujące. „Te bakterie są w stanie szybko naprawić uszkodzenia DNA,za które odpowiedzialne są różne szkodliwe czynniki, takie jak promieniowanie UV czy promieniowanie gamma” - przekonuje dr Francois-Xavier Pellay z MedILS. I dodaje, że nie jest to zasługa jakiejś specjalnej metody naprawczej DNA, ale obecności w Deinococcus radiodurans związku, który jest w stanie ochronić białka skóry przed karbonylacją.

Badacze chcą umieścić tę substancję w kremie, który miałby przeciwdziałać starzeniu się skóry. Jean-NoĎl Thorel, prezydent grupy NAOS, twierdzi, że taki preparat może być dostępny na rynku już za 2 lata. Jednocześnie prowadzone są badania, mające doprowadzić do opracowania nieinwazyjnych i nieoperacyjnych metod odmładzania skóry oraz redukcji stanów zapalnych, które są odpowiedzialne za wiele problemów dermatologicznych. Na przykład w komórkach skóry chorych na łuszczycę zaobserwowano znaczny wzrost utleniania niektórych białek w porównaniu z osobami zdrowymi.

Organizatorzy I Ecobiology Summit w Splicie, któremu przyświecało hasło: „Ekobiologia służąca życiu, naturze i ludziom”, wyrażali nadzieję, że zapoczątkuje on powstanie nowej dziedziny nauki. Ma ona zajmować się oddziaływaniem środowiska na biologię organizmu człowieka.

Czym jest Mediterranean Institute for Life Sciences

Ufundowany w 2003 r. przez prof. Miroslava Radmana i prof. Mariję Alacevic, jest prywatnym, niezależnym finansowo, międzynarodowym ośrodkiem badawczym o charakterze non-profit. Jego głównym celem jest wykształcenie pokolenia młodych naukowców - kreatywnych, wielodyscyplinarnych profesjonalistów, przygotowanych do „myślenia nie do pomyślenia” i realizacji innowacyjnych, oryginalnych, niepowtarzalnych eksperymentów.

Skąd się biorą karbonylowe modyfikacje białek

Zaburzenia w metabolizmie komórkowym, którym towarzyszy nagromadzenie reaktywnych form tlenu, glukozy lub związków karbonylowych będących produktami utleniania lipidów, glukozy i aminokwasów sprzyjają reakcjom tych związków ze składnikami komórki, w tym również z białkami. Głównymi produktami tych przemian są karbonylowe modyfikacje białek.

Źródło: „Karbonylacja białek — przyczyny, skutki i sposoby oceny”, Postępy Biochemii 2016, 62 (4).

Źródło: Puls Medycyny

Podpis: Maja Marklowska-Dzierżak

Najważniejsze dzisiaj
× Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.