Przez Cocer Peptides 
1 miesiąc temu
WSZYSTKIE ARTYKUŁY I INFORMACJE O PRODUKTACH ZNAJDUJĄCE SIĘ NA TEJ STRONIE INTERNETOWEJ SŁUŻĄ WYŁĄCZNIE DO ROZPOZNAWANIA INFORMACJI I CELÓW EDUKACYJNYCH.
Produkty udostępniane na tej stronie przeznaczone są wyłącznie do badań in vitro. Badania in vitro (łac. *w szkle*, czyli w wyrobach szklanych) przeprowadzane są poza organizmem człowieka. Produkty te nie są środkami farmaceutycznymi, nie zostały zatwierdzone przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA) i nie wolno ich stosować w celu zapobiegania lub leczenia jakichkolwiek schorzeń, chorób lub dolegliwości. Przepisy prawa surowo zabraniają wprowadzania tych produktów do organizmu człowieka lub zwierzęcia w jakiejkolwiek formie.
Przegląd
Starzenie się komórkowe jest ważnym procesem biologicznym zachodzącym w organizmach żywych i jest ściśle powiązane z wieloma zjawiskami fizjologicznymi i patologicznymi. Wraz z wiekiem następuje stopniowe starzenie się komórek, co prowadzi do pogorszenia funkcji tkanek i narządów oraz wywoływania różnych chorób związanych z wiekiem. Peptydy, jako klasa ważnych cząsteczek bioaktywnych, cieszą się w ostatnich latach dużym zainteresowaniem w dziedzinie badań nad starzeniem się komórek. Badania wskazują, że peptydy odgrywają kluczową rolę w regulacji procesu starzenia się komórek. Badanie związku między peptydami a starzeniem się komórek ma ogromne znaczenie dla wyjaśnienia mechanizmów starzenia i opracowania interwencji przeciwstarzeniowych.
Rycina 1. Mechanizmy procesów starzenia się skóry. (a) Teoria wolnych rodników i stresu oksydacyjnego. Mitochondria wytwarzają ROS poprzez metabolizm oksydacyjny. Nadmiar ROS może uszkadzać struktury mitochondriów i DNA, prowadząc do spadku poziomu kolagenu i wzrostu poziomu MMP w tkance skórnej. ( b ) Teoria zapalenia. Starzejące się fibroblasty i keratynocyty wydzielają dużą liczbę fenotypów wydzielniczych związanych ze starzeniem się, w tym TNF-α, IL-1, IL-6, IFN-γ i MMP. Te cytokiny prozapalne indukują starzenie się komórek skóry poprzez promowanie wytwarzania ROS i aktywację szlaku sygnałowego ATM/p53/p21. ( c ) Teoria fotostarzenia. Promieniowanie ultrafioletowe indukuje wytwarzanie ROS i wydzielanie MMP, które degradują składniki macierzy pozakomórkowej skóry, takie jak kolagen. ( d ) Teoria nieenzymatycznej chemii glikozylowej. Nieenzymatyczna glikozylacja to reakcja pomiędzy wolnymi cukrami redukującymi a wolnymi grupami aminowymi białek, DNA i lipidów, w wyniku której powstają AGE i ROS. Nagromadzenie AGE wraz z ROS może prowadzić do zmian w homeostazie komórkowej i strukturze białek.
Starzenie się komórek
(1) Pojęcie i charakterystyka starzenia komórkowego
Starzenie się komórkowe odnosi się do nieodwracalnego stanu zatrzymania wzrostu, w który wchodzą komórki po przejściu określonej liczby podziałów lub wystawieniu na działanie określonych czynników stresogennych. Wykazuje szereg typowych cech, takich jak zmiany w morfologii komórek, w tym zwiększona objętość komórek, spłaszczenie i wakuolizacja cytoplazmy; zatrzymanie cyklu komórkowego, w wyniku czego komórki nie proliferują; oraz zwiększoną aktywność β-galaktozydazy związanej ze starzeniem się (SA-β-gal), która jest obecnie jednym z najczęściej stosowanych markerów starzenia się komórek. Zmieniony fenotyp wydzielniczy, w którym komórki wydzielają różne cytokiny, chemokiny i proteazy, tworząc fenotyp wydzielniczy związany ze starzeniem się (SASP).
(2) Konsekwencje starzenia się komórek
Pogorszenie funkcji tkanek i narządów
Komórki są podstawowymi elementami budulcowymi tkanek i narządów, a starzenie się komórek prowadzi do upośledzenia funkcji tkanek i narządów. W tkance skóry starzejące się fibroblasty zmniejszają syntezę kolagenu i włókien elastycznych, powodując utratę elastyczności skóry, powstawanie zmarszczek i upośledzoną zdolność naprawczą. W układzie sercowo-naczyniowym starzejące się komórki śródbłonka mogą prowadzić do usztywnień ścian naczyń krwionośnych i zmniejszenia ich elastyczności, zwiększając ryzyko chorób sercowo-naczyniowych. W układzie odpornościowym starzenie się komórek odpornościowych osłabia funkcję obronną organizmu, zwiększając podatność jednostek na inwazję patogenów i osłabiając ich odpowiedź immunologiczną na szczepionki.
Związek z chorobami związanymi z wiekiem
Starzenie się komórek jest uważane za ważny czynnik wywołujący wiele chorób związanych ze starzeniem się. W przypadku chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i choroba Parkinsona, starzenie się neuronów jest ściśle powiązane z procesami patologicznymi, takimi jak śmierć neuronów i zapalenie układu nerwowego. W cukrzycy starzenie się komórek β trzustki może prowadzić do niewystarczającego wydzielania insuliny, co wpływa na prawidłową regulację poziomu glukozy we krwi. Starzenie się komórek ma również złożony związek z powstawaniem nowotworów i progresją nowotworu. Wczesne starzenie się komórek może działać jako mechanizm supresji nowotworu, zapobiegając nieograniczonej proliferacji uszkodzonych komórek. Jednakże w mikrośrodowisku nowotworu składniki SASP wydzielane przez starzejące się komórki mogą sprzyjać wzrostowi, inwazji i przerzutom komórek nowotworowych.
Peptydy
(1) Definicja i struktura peptydów
Peptydy to związki krótkołańcuchowe utworzone przez aminokwasy połączone wiązaniami peptydowymi. Na podstawie liczby zawartych w nich reszt aminokwasowych można je podzielić między innymi na dipeptydy, tripeptydy, tetrapeptydy i polipeptydy. Polipeptydy to dłuższe, ciągłe i nierozgałęzione łańcuchy peptydowe. Zazwyczaj łańcuchy peptydowe zawierające nie więcej niż 50 aminokwasów klasyfikuje się jako peptydy w celu odróżnienia ich od białek. Wszystkie łańcuchy peptydowe, z wyjątkiem peptydów cyklicznych, mają resztę N-końcową (końcową aminową) i C-końcową (końcową karboksylową).
(2) Klasyfikacja peptydów
Klasyfikacja według źródła
Peptydy endogenne: syntetyzowane przez sam organizm i pełniące w organizmie różne funkcje fizjologiczne. Neuropeptydy biorące udział w przekazywaniu i regulacji sygnałów w obrębie układu nerwowego, w tym endorfiny i enkefaliny, które mają działanie przeciwbólowe i regulujące nastrój; peptydy hormonalne, takie jak insulina, które odgrywają kluczową rolę w regulacji równowagi cukru we krwi.
Peptydy egzogenne: pozyskiwane z pożywienia lub innych źródeł zewnętrznych. Na przykład niektóre białka żywności mogą być hydrolizowane przez enzymy trawienne w celu wytworzenia bioaktywnych peptydów, takich jak peptydy mleka, które pełnią wiele funkcji fizjologicznych, w tym działanie przeciwutleniające i immunomodulujące. Peptydy przygotowane w drodze syntezy chemicznej lub biotechnologii również zaliczają się do peptydów egzogennych i są powszechnie stosowane w opracowywaniu leków i terapii klinicznej.
Klasyfikacja według funkcji
Peptydy przeciwutleniające: Zdolne do wychwytywania wolnych rodników w organizmie i zmniejszania uszkodzeń komórek wywołanych stresem oksydacyjnym. Na przykład wykazano, że peptydy przeciwutleniające z otrębów ryżowych zwiększają aktywność enzymów przeciwutleniających, takich jak katalaza (CAT) i peroksydaza glutationowa (GSH-Px) w mitochondriach tkanek serca i mózgu starszych myszy indukowanych D-galaktozą, zmniejszają poziom mutacji delecji mitochondrialnego DNA w mózgu i chronią komórki.
Peptydy immunomodulujące: regulują funkcję odpornościową organizmu, wzmacniając lub tłumiąc odpowiedzi odpornościowe. Niektóre peptydy pochodzące z organizmów morskich mogą aktywować komórki odpornościowe, zwiększać możliwości obrony immunologicznej organizmu i pomagać w przeciwstawianiu się infekcjom patogennym i rozwojowi nowotworu.
Peptydy regulujące wzrost komórek: wpływają na procesy komórkowe, takie jak proliferacja, różnicowanie i apoptoza. Na przykład naskórkowy czynnik wzrostu (EGF) wspomaga proliferację i różnicowanie komórek naskórka, przyspieszając gojenie się ran.
Rola peptydów w starzeniu się komórek
(1) Regulacja funkcji mitochondriów
Mitochondria odgrywają kluczową rolę w wytwarzaniu energii komórkowej i przekazywaniu sygnałów, a ich dysfunkcja jest ściśle związana ze starzeniem się komórek. Peptydy pochodzące z mitochondriów (MDP), takie jak humanina i MOTS-c, odgrywają ważną rolę regulacyjną w procesie starzenia się komórek. Po starzeniu się wywołanym wyczerpaniem replikacyjnym, leczeniem doksorubicyną lub nadtlenkiem wodoru w pierwotnych ludzkich fibroblastach wzrasta liczba mitochondriów, wzrasta poziom mitochondriów w oddychaniu, a także wzrasta poziom humaniny i MOTS-c. Podawanie humaniny i MOTS-c umiarkowanie zwiększa oddychanie mitochondrialne w starzejących się komórkach indukowanych doksorubicyną i częściowo reguluje składniki SASP poprzez szlak JAK, co wskazuje, że MDP odgrywają ważną rolę w metabolizmie energii mitochondriów i produkcji SASP w starzejących się komórkach.
Rycina 2. Masa i energia mitochondriów ulegają zmianie podczas starzenia wywołanego doksorubicyną. (A) Liczba kopii mitochondrialnego DNA (mtDNA) w komórkach niestarzejących się (spoczynkowych) i starzejących się. (B) Reprezentatywne obrazy barwienia immunologicznego Tom20 (zielony; mitochondria) i Hoechst 33258 (niebieski; jądro) w komórkach niestarzejących się (spoczynkowych) i starzejących się. Pasek skali, 20 μm. Powierzchnię barwienia Tom20 na komórkę mierzono za pomocą ImageJ. (C) Poziomy ATP w komórkach niestarzejących się (spoczynkowych) i starzejących się. (D) Stopień zużycia tlenu w komórkach (OCR) w komórkach niestarzejących się i starzejących się. Oddychanie podstawowe, zapasowa pojemność oddechowa i wytwarzanie ATP są obliczane na podstawie sekwencyjnego wstrzyknięcia związku zgodnie z instrukcjami producenta. (E) Stopień zakwaszenia zewnątrzkomórkowego (ECAR) w komórkach niestarzejących się (spoczynkowych) i starzejących się.
(2) Wpływ na szlaki sygnałowe związane ze starzeniem się
szlak p53-p21
Białko p53 jest kluczowym regulatorem starzenia się komórek. Kiedy komórki są wystawione na działanie czynników stresogennych, takich jak uszkodzenie DNA, aktywuje się p53, indukując ekspresję p21, co powoduje zatrzymanie cyklu komórkowego w fazie G1, co prowadzi do starzenia się komórek. Niektóre peptydy mogą modulować szlak p53-p21, wpływając w ten sposób na postęp starzenia się komórek. Niektóre peptydy małocząsteczkowe mogą oddziaływać z białkiem p53, hamując jego aktywność, a tym samym opóźniając starzenie się komórek. Badania wykazały, że specyficzne peptydy mogą blokować interakcję między p53 i MDM2 (białkiem, które negatywnie reguluje p53), stabilizując białko p53 i utrzymując je na odpowiednim poziomie, aby uniknąć nadmiernej aktywacji prowadzącej do starzenia się komórek.
Szlak Rb-E2F
Białko Rb to kolejne ważne białko regulujące cykl komórkowy, które wiąże się z czynnikiem transkrypcyjnym E2F, hamując ekspresję genów związanych z cyklem komórkowym. Kiedy białko Rb ulega fosforylacji i inaktywacji, uwalniany jest E2F, promując wejście komórki do fazy S w celu replikacji DNA. Podczas starzenia się komórek zmiany w szlaku Rb-E2F prowadzą do zatrzymania cyklu komórkowego. Niektóre peptydy mogą regulować starzenie się komórek poprzez modulowanie stanu fosforylacji białka Rb lub wpływanie na aktywność E2F. Niektóre peptydy mogą hamować fosforylację białka Rb, utrzymując stabilność kompleksu Rb-E2F, a tym samym opóźniając starzenie się komórek.
(III) Regulamin SASP
SASP obejmuje między innymi różne cytokiny, chemokiny i proteazy. Jego wydzielanie nie tylko wpływa na mikrośrodowisko samych starzejących się komórek, ale także wpływa na otaczające tkanki i komórki, promując reakcje zapalne i starzenie się tkanek. Niektóre peptydy mogą regulować produkcję SASP i łagodzić jej szkodliwe skutki. Stwierdzono również, że niektóre peptydy pochodzenia roślinnego regulują SASP poprzez hamowanie aktywacji specyficznych szlaków sygnalizacyjnych i zmniejszanie ekspresji czynników związanych z SASP.
Zastosowania peptydów w opóźnianiu starzenia się komórek
(1) Zastosowania w produktach do pielęgnacji skóry
Wraz ze wzrostem obaw społecznych związanych ze starzeniem się skóry, peptydy znalazły szerokie zastosowanie w branży produktów do pielęgnacji skóry. Na przykład niektóre produkty do pielęgnacji skóry zawierające peptydy mają działanie przeciwzmarszczkowe i ujędrniające skórę. Badania wskazują, że niektóre peptydy mogą promować syntezę kolagenu i zwiększać elastyczność skóry. Peptydy mogą również regulować metabolizm komórek skóry, wzmacniać funkcję bariery skórnej, zmniejszać uszkodzenia komórek skóry spowodowane czynnikami zewnętrznymi, takimi jak promieniowanie UV, i spowalniać proces starzenia się skóry.
Rycina 3 Starzenie się skóry od młodszej do starszej.
(2) Zastosowania w opracowywaniu leków
Leczenie chorób neurodegeneracyjnych
Opracowanie leków peptydowych jest niezwykle obiecujące w walce ze starzeniem się neuronów w chorobach neurodegeneracyjnych. Do leczenia chorób Alzheimera i Parkinsona opracowano peptydy regulujące wewnątrzkomórkowe szlaki sygnałowe, sprzyjające przeżyciu neuronów i ułatwiające naprawę. Niektóre peptydy mogą hamować agregację nieprawidłowych białek w neuronach, zmniejszać zapalenie układu nerwowego oraz opóźniać starzenie się i śmierć neuronów. Peptyd o nazwie AC-5216 może hamować agregację białek β-amyloidu i poprawiać funkcje poznawcze u myszy modelowych z chorobą Alzheimera.
Leczenie chorób układu krążenia
W leczeniu chorób sercowo-naczyniowych leki peptydowe mogą działać na procesy patologiczne, takie jak starzenie się komórek śródbłonka naczyń i starzenie się komórek mięśnia sercowego. Na przykład niektóre peptydy wazoaktywne mogą regulować napięcie naczyń i funkcję komórek śródbłonka, poprawiać stan starzenia się komórek śródbłonka naczyń i zmniejszać ryzyko chorób sercowo-naczyniowych. Niektóre peptydy mogą również promować naprawę i regenerację komórek mięśnia sercowego, oferując potencjalne zastosowania w leczeniu takich schorzeń, jak zawał mięśnia sercowego.
Wniosek
Starzenie się komórek, jako złożony proces biologiczny, wpływa na zdrowie i proces starzenia się organizmu. Peptydy, jako ważna klasa cząsteczek bioaktywnych, odgrywają wieloaspektową rolę w regulacji starzenia się komórek. Poprzez regulację funkcji mitochondriów, interweniowanie w szlaki sygnałowe związane ze starzeniem się i modulowanie SASP, peptydy wykazują zdolność do opóźniania starzenia się komórek.
Źródła
[1] Kalidas C, Sangaranarayanan M V. Peptydy [M]//Kalidas C, Sangaranarayanan M V. Chemia biofizyczna: techniki i zastosowania. Cham: Springer Nature Switzerland, 2023:129–141.
[2] He X, Wan F, Su W i in. Postęp badań nad starzeniem się skóry i składnikami aktywnymi [J]. Cząsteczki, 2023,28(14}, NUMER ARTYKUŁU = {5556).DOI:10.3390/molecules28145556.
[3] Altay Benetti A, Tarbox T, Benetti C. Aktualne spostrzeżenia na temat formułowania i dostarczania środków terapeutycznych i kosmeceutycznych dla starzenia się skóry [J]. Kosmetyki, 2023,10(2}, NUMER ARTYKUŁU = {54).DOI:10.3390/cosmetics10020054.
[4] Wong P F. Od redakcji: Starzenie się komórek: przyczyny, konsekwencje i możliwości terapeutyczne [J]. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2022,10:884910.DOI:10.3389/fcell.2022.884910.
[5] Zonari A, Brace LE, Al-Katib K i in. Peptyd senoterapeutyczny zmniejsza biologiczny wiek skóry i poprawia markery zdrowia skóry [J]. Biorxiv, 2020. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:226263850.
[6] Kim SJ, Mehta HH, Wan J i in. Peptydy mitochondrialne modulują funkcję mitochondriów podczas starzenia się komórek [J]. Starzenie się (Albany Ny), 2018,10(6):1239-1256.DOI:10.18632/aging.101463.
[7] Garrido AM, Bennett M. Ocena i konsekwencje starzenia się komórek w miażdżycy [J]. Current Opinion in Lipidology, 2016,27(5):431-438.DOI:10.1097/MOL.0000000000000327.
