Biotehnološka tvrtka Revel Pharmaceuticals istražuje načine za preokretanje starenja. U suradnji s istraživačima iz tvrtke Calico i Sveučilišta Colorado objavili su studiju u časopisu Nature Communications u kojoj detaljno opisuju kako su konstruirali enzim sposoban preokrenuti određeni oblik oštećenja povezanih sa starenjem.

Jedan uobičajeni znak starenja u stanicama živih organizama je vrsta oštećenja proteina Nε-karboksimetil-lizin (CML). CML je dio skupine štetnih spojeva prikladno nazvanih AGE (ili krajnji produkti napredne glikacije i lipoksidacije). Također je dio Maillardove reakcije, poznate po tome što uzrokuje posmeđivanje kuhane hrane, što stvara bogate, slane okuse, složene arome i zlatno-smeđe korice.

U živim organizmima CML se nakuplja na dugovječnim proteinima, poput onih u koži, krvnim žilama i oku. To ukrućuje tkiva i može potaknuti kroničnu upalu putem imunosignalnog receptora nazvanog RAGE.

"Aktiviranje CML-RAGE osi pokreće signalnu kaskadu koja aktivira NF-κB i stimulira oslobađanje proupalnih citokina i profibrotičkih faktora rasta. U kontekstu središnjeg živčanog sustava, nakupljanje CML-a povezano je s oksidativnim stresom i oštećenjem mitohondrija u mikrogliji, što dodatno narušava homeostazu mozga tijekom starenja", navedeno je u studiji.

Usmjerena evolucija

Do sada je CML općenito smatran nepovratnom modifikacijom proteina. Prethodni pristupi rješavanju CML-a uglavnom su se usredotočivali na sprječavanje novih oštećenja, ostavljajući starije osobe s visokim nakupljanjem CML-a bez mogućnosti oporavka. 

Međutim, istraženi su pojedini lijekovi koji usporavaju stvaranje uznapredovalih krajnjih produkata glikacije, a pojedina istraživanja sugeriraju kako bi mikrobni enzimi mogli djelovati na slobodni CML. Ipak, enzim koji bi mogao učinkovito popraviti CML vezan za pune proteine ​​nije pronađen.

Istraživači su ga stoga odlučili stvoriti procesom usmjerene evolucije. Prvo su tražili početnu točku mikrobnog enzima, nakon čega su koristili usmjerenu evoluciju kako bi ga poboljšali kroz pet krugova inženjeringa. Pregledali su više od 500 milijuna varijanti enzima na sposobnost obrade CML-a.

Zatim je odabrani enzim - CMLase - testiran na modificiranim proteinima, proteinima ljudske leće i konzerviranim dijelovima ljudske kože i arterija. Testovi na bazi antitijela i masena spektrometrija korišteni su za mjerenje koliko je CML-a uklonjeno.

Dokaz koncepta, ne i konkretna terapija

U laboratorijski proizvedenim oštećenim proteinima, enzim CMLase smanjio je detektabilni CML za 52 posto i uklonio 97 posto kada je ostavljen neka djeluje preko noći. Aktivnost je ovisila o proteinu i mjestu. 

Varijacija u količini uklanjanja CML-a između proteina vjerojatno posljedica varijabilnosti u dostupnosti enzima bočnim lancima lizina i lokalnog strukturnog konteksta. U proteinima iz 64-godišnjeg ljudskog oka, CMLase je smanjio ukupni CML za 45 posto u jednom testu, dok je CML smanjen za više od 70 posto u presjecima arterija starijih ljudi i za 55 posto u tkivu ljudske kože.

Rezultati studije zasad pružaju dokaz koncepta, ne i konkretan tretman protiv starenja spreman za upotrebu kod ljudi. Koncept zahtijeva daljnja testiranja kako bi se utvrdilo može li enzim sigurno ući u živa tkiva i dosegnuti oštećene proteine ​​u gustim izvanstaničnim strukturama te smanjuje li uklanjanje CML-a zapravo upalu ili poboljšava mehaniku tkiva u živim sustavima.

Istraživači napominju kako bi slične strategije potencijalno mogle biti prilagođene drugim oznakama oštećenja proteina povezanim sa starenjem. Ako se pokaže sigurnim i učinkovitim, enzim za uklanjanje CML-a jednog bi dana mogao biti razvijen razviti za popravak oštećene kože, krvnih žila ili očnog tkiva.