Vědci vyvinuli enzym, který je schopen odstraňovat specifické modifikace bílkovin vznikající v procesu stárnutí, známé jako pokročilé produkty glykace (AGE). Tyto změny, které ovlivňují funkci proteinů a mohou vyvolávat zánětlivé procesy, byly dosud považovány za chemicky vysoce stabilní a obtížně odstranitelné. Výsledky výzkumu byly publikovány v odborném časopise Nature Communications.
Mechanismus vzniku poškození bílkovin
Mnoho proteinů v lidském těle podléhá neustálé obměně. Existují však proteiny, zejména ty tvořící extracelulární matrix, které v organismu přetrvávají roky či desetiletí. Během této doby dochází k procesu glykace, při němž se cukry a reaktivní molekuly vázaných cukrů neenzymaticky propojují s aminokyselinami. Vzniklé AGE mohou způsobovat křížové vazby mezi proteiny, což vede ke ztuhlosti tkání, nebo měnit náboj a tvar bílkovin. Tyto modifikace jsou rovněž rozpoznávány imunitním systémem jako signál pro zánět.
Vývoj enzymu CMLase
Výzkumný tým složený ze zástupců společnosti Calico, Revel Pharmaceuticals a University of Colorado se zaměřil na modifikaci zvanou N-epsilon-karboxymethyl-lysin (CML). Tato látka zhoršuje strukturu a funkci proteinů a aktivuje zánětlivé receptory RAGE. Vědci hledali enzym schopný štěpit CML, přičemž identifikovali glycinoxidázy jako výchozí bod.
Původní enzymy z bakterie Bacillus subtilis vykazovaly pouze minimální účinnost při práci s CML zabudovaným v peptidovém řetězci. K optimalizaci enzymu vědci využili metodu řízené evoluce. Vytvořili rozsáhlé knihovny mutovaných variant, které následně testovali v bakteriálních kulturách. Procesem pěti kol mutací a selekce vytvořili enzym označený jako CMLase, který je schopen odstraňovat CML z komplexních proteinů, aniž by došlo k jejich degradaci.
Testování na lidských tkáních
Účinnost enzymu CMLase byla následně ověřena na přirozeně modifikovaných lidských proteinech. V experimentech s očními krystaliny získanými od dárce ve věku 64 let enzym úspěšně redukoval hladinu CML. Další testy na vzorcích stárnoucích lidských tepen a kůže ukázaly snížení hladiny CML o 70, respektive 55 procent. V případě kůže se hodnota po ošetření dostala pod úroveň pozorovanou u vzorků od jedinců ve věku 31 let.
Omezení současného výzkumu
Autoři studie upozorňují na několik limitů. Experimenty byly provedeny na tenkých řezech tkání, což neposkytuje informace o schopnosti enzymu pronikat do intaktních struktur v živém organismu. Dále nebylo testováno, zda odstranění CML vede ke zlepšení biologické funkce daných proteinů či tkání. Jako možná překážka pro budoucí terapeutické využití se jeví imunogenicita enzymu, který je bakteriálního původu. Dalším cílem v oblasti výzkumu stárnutí zůstává vývoj enzymů schopných štěpit složitější AGE, jako jsou například glukosepanové křížové vazby.