„My biolodzy zwykliśmy uważać, że jeśli komórka nie działa sprawnie, to musi to mieć koniecznie źródło w genach. Tymczasem nasze badania wskazują, że to nie same mutacje w DNA, ale utlenianie białek jest przyczyną starzenia się” – powiedział PAP prof. Miroslav Radman, współzałożyciel Śródziemnomorskiego Instytutu Nauk o Życiu (MedILS) w Splicie (Chorwacja), jeden z pionierów badań nad rolą białek w procesach starzenia.

Jak tłumaczył, białka utleniane są w warunkach stresu oksydacyjnego, czyli nadmiaru wolnych rodników tlenowych (ROS) w komórkach. Wolne rodniki powstają m.in. pod wpływem promieniowania UV, zanieczyszczeń powietrza i innych czynników stresujących dla komórek, ale też w trakcie procesu oddychania tlenowego w mitochondriach komórkowych. Powodują one uszkodzenia w DNA, jak również modyfikację chemiczną białek – tzw. karbonylację, pod wpływem której białka przestają prawidłowo funkcjonować.

Problem w tym, że o ile spontaniczne mutacje w DNA są naprawiane (komórka posiada bowiem bardzo dobrze działające mechanizmy ich naprawy), to karbonylacja białek jest procesem nieodwracalnym, tłumaczył prof. Radman.

„Karbonylacja jest nie do naprawienia. Jedynym sposobem, by komórka pozbyła się białka karbonylowanego, jest zniszczenie go w całości i zastąpienie nowo zsyntetyzowanym białkiem” – wyjaśnił. Dodał, że w trakcie procesu starzenia się karbonylowane białka gromadzą się w komórkach w tempie wykładniczym – jest ich np. znacznie więcej w komórkach skóry starej niż młodej.

Karbonylowane białka nie mogą spełniać swojej prawidłowej funkcji, np. w procesie naprawy DNA. „Dlatego takie uszkodzenia białek przyczyniają się do znacznego wzrostu spontanicznych mutacji w komórce. Na przykład jeśli częstość karbonylacji białek wzrasta dwukrotnie, to odsetek mutacji spontanicznych w DNA zwiększa się stukrotnie” – tłumaczył prof. Radman. Z tej przyczyny poziom białek karbonylowanych jest wprost proporcjonalny do odsetka obumierających komórek. Z eksperymentów prowadzonych przez zespół prof. Radmana wynika, że dotyczy to zarówno komórek nicieni, muszek owocowych, gryzoni, jak i komórek ludzkich.

Dr Francois-Xavier Pellay z MedILS wyjaśnił PAP, że niektóre białka w komórkach łatwiej podlegają procesowi karbonylacji.

Naukowcy z MedILS, zaobserwowali w swoich doświadczeniach, że pewne drobne zmiany w DNA genu (tzw. polimorfizm genu), powodujące niewielkie zmiany w strukturze białka, zwiększają zarazem jego podatność na proces karbonylacji.

Prof. Radman dał za przykład białko o nazwie alfa-synukleina, które odgrywa rolę w rozwoju choroby Parkinsona. Badania wykazały, że pewna niewielka zmiana w DNA genu, który koduje alfa-synukleinę, 10-krotnie zwiększa podatność tego białka na karbonylację. „To wpływa na los pacjenta, bo podnosi jego ryzyko zachorowania na parkinsona” – tłumaczył badacz. Dodał, że mutacje zwiększająca wrażliwość na karbonylację nie ujawniają się od razu, ale w trakcie życia człowieka, np. po 50-60 latach.

„Jeżeli będziemy wiedzieć, która sekwencja DNA zwiększa ryzyko utleniania danego białka, to w przyszłości możliwe będzie prognozowanie predyspozycji do danej choroby już po przyjściu dziecka na świat. Gdy będzie to białko obecne w nerkach, to będzie zwiększać ryzyko choroby nerek. I podobnie w przypadku białek w innych narządach” – wyjaśnił.

Dr Pellay zaznaczył, że poziom białek karbonylowanych rośnie również w chorobach zapalnych skóry, takich jak łuszczyca. Ta wiedza może pomóc w przyszłości w diagnozowaniu zmian łuszczycowych, a nawet ich leczeniu.

Obecnie naukowcy z MedILS w ścisłej współpracy z badaczami z grupy kosmetycznej NAOS pracują nad stworzeniem preparatu, który będzie chronił białka w komórkach skóry przed karbonylacją i w ten sposób będzie przeciwdziałał starzeniu skóry.

Udało im się m.in. wyizolować ochronne białko z bakterii Deinococcus radiodurans, które żyją w stratosferze (naukowcy łapią je na szalki, gdy spadają wraz z deszczem czy śniegiem) i są bardzo odporne na działanie różnych czynników uszkadzających, jak promieniowanie UV czy promieniowanie gamma. „Promieniowanie gamma powoduje fragmentację DNA, ale te bakterie są w stanie szybko naprawić uszkodzenia. Nasze badania wykazały, że nie jest to związane z jakąś specjalną metodą naprawy DNA, ale z obecnością u nich związku zdolnego do ochrony białek przed karbonylacją” – tłumaczył dr Pellay.

Bakteryjne białko, które odpowiada za ochronę przed tym procesem, badacze chcą umieścić w kremie, mającym przeciwdziałać starzeniu skóry. Z badań prowadzonych na różnych rodzajach komórek wynika, że wykazuje ono bardzo silny efekt ochronny.

Zdaniem założyciela i prezydenta grupy NAOS, biologa i farmaceuty Jeana-Noela Thorela, preparat ten może być dostępny na rynku za około dwa lata. Jak powiedział specjalista w rozmowie z PAP, będzie on reprezentować zupełnie nowe podejście do ochrony skóry w kosmetologii – czyli zapobieganie starzeniu, zamiast naprawianie powstałych w jego wyniku zmian. „Naszym zdaniem prewencja jest znacznie skuteczniejsza i tańsza niż metody naprawcze” – zaznaczył Thorel.

Ma to być jednak tylko początek zmian, jakie czekają nas w kosmetologii. Naukowcy z MedILS opracowują nie tylko metody hamujące starzenie skóry, ale też sposoby na jej odmładzanie – również bez użycia inwazyjnych i operacyjnych metod. 

PAP – Nauka w Polsce