השלכה של תרכובות ביו-אקטיביות תזונתיות של ברזל במנגנונים מולקולריים של הזדקנות תאים הנגרמת על ידי מתח חמצוני חלק 2

אנא צור קשרoscar.xiao@wecistanche.comלמידע נוסף

3.2. הזדקנות סלולרית

הזדקנות תאית היא אחד מהסממנים הנפוצים של הזדקנות אורגניזמים. המאפיין הבולט ביותר של תהליך תאי מהותי זה הוא עצירה קבועה של מחזור התא, המלווה בהצטברות תוך תאית של מקרומולקולות פגומות, כמו גם פנוטיפ הפרשה ומטבוליזם שונה [55,56]. שני סוגים של הזדקנות תאית זוהו בתאי יונקים; אלה מכונים "הזדקנות רפליקטיבית" ו"הזדקנות תאית הנגרמת על ידי מתח"[56]. הראשון מתרחש בדרך כלל לאחר מספר מסוים של חלוקות בסוגים שונים של תאים. זה תואר לפני כמה עשורים בפיברובלסטים אנושיים מתורבתים [57]. תופעה זו יוחסה מאוחר יותר לשחיקה של טלומרים, קיצור הדרגתי של הקצוות הליניאריים של הכרומוזומים בכל שכפול DNA [58]. מצד שני, הזדקנות תאית הנגרמת על ידי סטרס אינה תלויה במידה רבה באורך הטלומרים ומייצגת תגובה חריפה לגורמי לחץ רבים, כולל מתח חמצוני, לחץ גנוטוקסי, הידרדרות מיטוכונדריה, היפוקסיה, חוסר תזונתי והפעלה חריגה של אונקוגנים |56,{ {8}}. מעניין לציין שלחץ חמצוני הוא מכנה משותף לכל המקרים הללו מכיוון שהוא עשוי להיות מעורב בכל האותות המלחיצים שהוזכרו לעיל [62-65].

הזדקנות תאית קשורה ללא ספק להזדקנות אורגניזמית [55,56].יתרונות cynomorium,עם זאת, תאים מזדקנים אינם מזוהים אך ורק ברקמות מזדקנות; הם ניתנים לזיהוי בכל שלב בחיים ועשויים למלא תפקידים מועילים בספקטרום רחב של תהליכים פיזיולוגיים ופתולוגיים אנושיים כולל עובריות, ריפוי פצעים ודיכוי גידול [56,61]. עם זאת, להצטברות קבועה של תאים מזדקנים עם הגיל יש השפעות מזיקות ונקשרה למחלות ותחלואה הקשורות להזדקנות [56,59,66-69].

אנא לחץ כאן כדי לדעת יותר

לגבי המורפולוגיה שלהם, תאים מזדקנים מראים סימנים נפוצים כולל גופי תאים מוגדלים, שטוחים ובעלי צורה לא סדירה; הרכב שונה של קרום הפלזמה; אובדן עיבוי גרעיני; ותוכן ליזוזומלי מוגבר של בטא-גלקטוזידאז (SA- -gal)J70,71] הקשור להזדקנות. הם גם מפגינים שינויים דרמטיים בפרופיל ההפרשה שלהם, ומציגים ביטוי והפרשה מוגברים של ציטוקינים וכמוקינים פרו-דלקתיים, גורמי גדילה, מרכיבים של מטריקס חוץ-תאי (מטריקס מטלופרוטאינזים, פרוטאזות סרין) ו-ROS [59]. כל השינויים הללו מלווים גם בהצטברות תוך תאית מתקדמת של "חומר פסולת" ביולוגי שאינו מתכלה, המכונה בדרך כלל "ליפופוסצין" או "סרואיד" או אפילו "פיגמנט גיל"[72-74].

הסעיפים הבאים מתארים את ההיבטים המכניסטיים של היווצרות ליפופוסין ומציעים אמצעים אפשריים לעכב או למנוע את הצטברותו.

3.3. היווצרות והצטברות ליפופוסצין בתאים מזדקנים

הפיגמנט ידוע כיום בשם "ליפופוסין" התגלה ודווח ב-1842 על ידי ההיסטולוג ההולנדי הנובר [75]. המונח lipofuscin שימש בתחילה על ידי בורסט בהרצאותיו אך פורסם לראשונה על ידי Hueck בשנת 1912 [76,77]. השם נגזר מהמילה היוונית lipo (שפירושה שומן) ומהמילה הלטינית fuscus (שפירושה כהה או כהה). היווצרות והצטברות ליפופוסצין הם שינויים אופייניים עם ביטוי אוניברסלי בתאים מזדקנים[78-80] והם עמוקים יותר בתאים פוסטמיטוטיים ארוכים, כגון נוירונים, קרדיומיוציטים, תאי שריר השלד ותאי אפיתל פיגמנט ברשתית (RPE) [ 74,81]. תאים אלו ממשיכים לחיות כרגיל במשך זמן רב לאחר הפסקת התפשטותם, אך הם צוברים כמויות הולכות וגדלות בהדרגה של ליפופוסין שלא ניתן לפרק או להוציא אותם.

Cistanche יכול אנטי אייג'ינג

על ידי שימוש בטכניקות שונות על מנת לזהות תאים מזדקנים, נצפה כי קצב הצטברות הליפופוסין בסוגים דומים של תאים פוסטמיטוטיים של אורגניזמים שונים עומד ביחס הפוך לתוחלת חייהם [82]. בפרט, הקצב היה מהיר במינים קצרי חיים ואיטי במינים ארוכים, מה שמעיד כי להצטברות ליפופוסין יש ככל הנראה השפעות מזיקות על תפקודים תאיים וקשורה לקיצור תוחלת החיים של האורגניזם [80,83,84] . למרות החשיבות המשמעותית של מתאם זה, המנגנונים הביוכימיים המדויקים העומדים בבסיס הצטברות הליפופוסין, כמו גם ההשלכות שלו על תפקודים תאיים, נותרו לא מובנים.

Lipofuscin נמצא בעיקר בתוך ליזוזומים אך גם בכמויות קטנות יותר בציטוזול של תאים מיושנים [85,86]. הוא מציג ספקטרום רחב של פלואורסצנטיות אוטומטית עם צבע צהוב-חום [80,87], אך המבנה וההרכב שלו נותרו מוגדרים בצורה גרועה. למרות שהרכבו משתנה בסוגי תאים שונים, הוכח שהוא מורכב בעיקר מחלבונים ושומנים מחומצנים (כגון טריגליצרידים, חומצות שומן חופשיות, כולסטרול וליפופרוטאינים) ומספר קטן של פחמימות ושברי נוקלאוטידים המחוברים זה לזה על ידי קשרים קוולנטיים מסוגים שונים [84].יקינתון מדבריההיצמדות של ברזל על פני השטח שלו מייצגת גם מאפיין נפוץ של ליפופוסין [88,89].

למרות שההשפעות האולטימטיביות של הצטברות ליפופוסצין על תפקודים התאיים נותרו לא ברורות, הוכח שהוא יכול לעכב את הפעילות של מערכות פירוק חלבון פרוטאזומליות וליזוזומליות. יתרה מכך, קיימות עדויות ניסיוניות המראות כי הוא יכול לזרז היווצרות נוספת של רדיקלים חופשיים תגובתיים באמצעות יוני ברזל פעילי חיזור (ברזל פגום) המחוברים אל פני השטח שלו [89].

3.4. Lipofuscin כחומר מחומצן יתר בתאים החשופים ללחץ חמצוני

מאחר שליפופוסצין מורכב מאגרגט מחומצן מאוד המורכב בעיקר מחלבונים וליפידים מקושרים קוולנטיים |90], סביר להניח שברזל לאבילי - מסוגל לזרז יצירת רדיקלים חופשיים תגובתיים במיוחד - מעורב במסלולי היווצרותו [91]. עדויות שנגזרו בעיקר ממערכות ניסוי הראו שחשיפה של תאים לרמות מוגברות של עקה חמצונית מובילה תמיד להתפתחות של פנוטיפ מזדקן חזק על פני סוגי תאים שונים, עם האצה מקבילה של היווצרות תוך תאית והצטברות חומרים דמויי ליפופוסין. [87,89,92,93]. שלבים רצופים ברורים המובילים להיווצרות ליפופוסין מומחשים באיור 2.

כפי שנדון לעיל, נוכחות של ברזל לאבילי נדרשת ליצירת ROS תגובתי מאוד (דרגת HO ו-RO*), אשר אחראים לחמצון וחמצון יתר של מקרומולקולות סלולריות (איור 2A, B). יתר על כן, מקרומולקולות שעברו שינוי חמצוני יכולות לעכב פירוק חלבון ומערכות תיקון תאים, ובכך להקל על מחזורים חסרי תועלת של עלייה בשיעורי החמצון (איור 2C). הצטברות הדרגתית של רכיבים תאיים מחומצנים יתר ואינם מתכלים לתאים מובילה להיווצרות ליפופוסצין (איור 2D), אשר מוצע לתרום לתהליך הזדקנות התא (איור 2E).

איור 2. ייצוג סכמטי של שלבים עוקבים המובילים להיווצרות lipofuscin ותורמים להזדקנות התא. שים לב ש-Fe2 plus נדרש ליצירת ROS תגובתי מאוד (HO ו-RO), אשר אחראים לחמצון וחמצון יתר של מקרומולקולות סלולריות (A, B). מקרומולקולות מחומצנות יתר יכולות לעכב מערכות תיקון תאי (במיוחד פרוטאזום 20S), ובכך להקל על מחזורים חסרי תועלת של קצבי חמצון הגדלים בהדרגה (C). רכיבים תאיים שעברו שינוי חמצוני, שאינם מתכלים, מצטברים בהדרגה לתאים כאגרגטים הקשורים זה לזה בצורה קוולנטית בצורה של lipofuscin(D), עובדה שמוצעת להשפיע על תהליך הזדקנות התאים (E). ראשי חץ וראשי חץ שטוחים מצביעים על אינדוקציה ועיכוב, בהתאמה, של תהליכים.שיטת מיצוי פלבנואידים pdfמעניין לציין, Marzabadi et al.[94] ציין כי הצטברות ליפופוסין נמנעה בתאים מדוללים בברזל על ידי שימוש בתרופה דספריוקסמין מקלדת ברזל, מה שמעיד על כך שיצירת ליפופוסצין דורשת רדיקלים חופשיים תגובתיים מאוד כמו דרגת HO ודרגת RO (איור 2). ברור שרדיקלים תגובתיים אלה יכולים ליזום תגובות שרשרת המובילות למוצרי פירוק של שומנים חמצון, אשר מעוררים היווצרות של קישור צולב בלתי מתכלה, לא ספציפי, של רכיבים תאיים.

ביחד, התוצאות שלעיל מצביעות על כך ששיווי המשקל הרגיש בין רמת החמצן התוך תאי לבין הברזל הבלתי זמין קובע את ההפעלה של מגוון השפעות רעילות שמגיעות לשיא עם הצטברות ליפופוסין, כמו גם השראת הזדקנות תאית ומוות תאי על ידי אפופטוזיס. או נמק [29,95].

ההשראה של הזדקנות תאית על ידי פרוקסידים יכולה להיות מושגת גם דרך מסלולים שונים. לדוגמה, שיעורי הביניים של תאי H, O, עשויים לגרום ישירות להפעלה של קינאזות MAP ספציפיות ולהתמרה של אותות הזדקנות, אשר מפעילים את ההפעלה של ציר p16INK4aINK4A וגורמים להשראת הזדקנות התא [64,65,92 ,96]. מצד שני, ריכוזים גבוהים יותר של HO, כפי שקורה באזורים דלקתיים חזקים המושכים פגוציטים פעילים, יכולים לגרום לחמצון ישיר מזורז ברזל על ה-DNA שמפעיל לאחר מכן מסלולי איתות של הזדקנות. בשני המקרים, היווצרות והצטברות מקבילות של מקרו-מולקולות תאיות שעברו שינוי חמצוני מייצגות השלכות ברורות. עם זאת, יש לציין כי השאלה האם הצטברות ליפופוסצין מייצגת גורם סיבתי להזדקנות תאית או שהיא תוצאה של זה נותרה שאלה מרכזית אך לא מוסכמת.

3.5. הומאוסטזיס של ברזל תוך תאי ויצירת ליפופוסין

כפי שנדון לעיל, ברזל הוא מרכיב חיוני עבור תאים ואורגניזמים חיים מכיוון שהוא משתתף בתגובות ביוכימיות מגוונות התומכות בפונקציות בסיסיות כגון הובלת חמצן, נשימה תאית וסינתזה ותיקון DNA. עם זאת, ברזל יכול להיות מעורב גם בתגובות המובילות ליצירת רדיקלים חופשיים מזיקים, הידועים כתגובות מסוג פנטון. על מנת למזער את רעילות הברזל, יונקים פיתחו מנגנונים מתוחכמים המווסתים את זמינותו35,37I. למרות זאת, קיים תמיד חלק קטן ומותאם עדין של ברזל פעיל חיזור המכונה בדרך כלל "ברזל פגום", המייצג כנראה את תנועת הברזל בפועל בין תאי תאים שונים [6,38]. לפיכך, ברזל לאבילי מייצג פרמטר תא דינמי שיכול להגיב למגוון גירויים על ידי שינוי רמתו, במטרה לאזן את מניעת הנזק לתאים ואת דרישות התא הערבות.

במצבים של ריכוזים מוגברים באופן זמני של פרוקסידים (המכונה באופן קונבנציונלי עקה חמצונית), ברזל לא-בילי יכול לתווך את האירועים הבאים: (א) התחלה והתפשטות של תגובות שרשרת של חמצון שומנים, (ב) חמצון חלבון והצלבה, (ג) אינדוקציה של נזק ל-DNA כגון הפסקות גדיל בודד וכפול, ו-(ד) הפעלה של מגוון מסלולי איתות חיזור מורכבים[10,29,43]. כל ההשפעות המזרזות הללו בברזל יכולות להוביל להזדקנות תאית המלווה בהיווצרות והצטברות של ליפופוסצין.

ראוי להדגיש כאן שכבר הוכחנו בסדרת פרסומים את מניעת נזקי ה-DNA והאפופטוזיס הנגרמת על ידי H2O2- בתאים עם רמות מדוללות של ברזל לא-בילי על ידי שימוש במגוון חומרי קלציית ברזל [11 ,29,42,43,97]. בחקירות אלו, השתמשנו במערכת ניסויית מבוססת תרבית תאים חוץ גופית, שבה סוגים שונים של תאים אנושיים נחשפו ללחץ חמצוני בצורה של H, ו-O והנזק ב-DNA הגרעיני נאמד כמותית באמצעות בדיקת שביט, א. שיטה רגישה המזהה היווצרות שבירה חד-גדילית של DNA בתאים בודדים. מעניין לציין שהדגירה המוקדמת של תאים עם סדרה של נוגדי חמצון חזקים ידועים כמו חומצה אסקורבית, o-tocopherol, Trolox, N-acetylcysteine ​​וחומצה o-lipoic לפני החשיפה ל-H,O, לא העניקה כל הגנה [7] ]. מאחר שהיכולת של חומרים אלה להילחם ברדיקלים חופשיים הוכחה במספר רב של מחקרים במבחנה, התוצאות השליליות הנ"ל יוחסו לחוסר יכולתם של חומרים אלה לנקות ביעילות את הרדיקלים החופשיים התגובתיים שנוצרו בתוך התאים.

פרמטר חשוב של קישור צולב מזורז ברזל עשוי להיות הקלה על הקישור הקוולנטי של רכיבי תאים מסיסים מחומצנים לממברנות ביולוגיות. אירוע כזה אמור לעכב את האקסוציטוזיס של החומרים המחוברים לממברנה, ולהוביל להצטברות תוך-תאית קבועה שלו. סביר לשער שממברנות ליזוזומליות צריכות להיות מטרות ראשוניות במקרה זה בשל קרבתם למיקום היווצרות ליפופוסצין. ואכן, ליפופוסצין זוהה לעתים קרובות בתוך תאים המחובקים על ידי מקטעי קרום ליזוזומליים [98].

בהתחשב בחשיבותו של ברזל לאבילי זמין להיווצרות והצטברות של lipofuscin, נראה שהוויסות של ההומאוסטזיס התוך תאי שלו הוא בעל חשיבות עליונה לגבי תהליך ההזדקנות. ההערכה של זמינות ברזל לא-בילי כגורם מרכזי הקובע את החמצון וחמצון יתר של מרכיבי התא והצטברות ליפופוסין בתאים עשויה לפתוח את הדרך לפיתוח אסטרטגיות חדשות, שמטרתן להפריע ולווסת את השעון הביולוגי של התאים. תהליך הזדקנות.

3.6. השבתת מערכות תיקון על ידי רכיבי תאים עם חמצון יתר

אסטרטגיות התא לתיקון של רכיבי תא מחומצנים שונים משתנות מאוד, בהתאם לאופי הרכיבים המסוימים. לדוגמה, נוקלאוטידים מחומצנים של DNA מוסרים ומוחלפים בנורמליים באמצעות תהליך הנקרא "תיקון כריתת נוקלאוטידים, בעוד חלבונים מחומצנים מתפוררים לחומצות אמינו בודדות שניתן לעשות בהן שימוש חוזר לסינתזת חלבון חדש.

קיימות מספר מערכות פירוק חלבון שונות: בתאים, ישנם אנזימים ליזוזומליים; בציטוזול יש פרוטאזומים וקלפיינים; במטריקס המיטוכונדריאלי, ישנם פרוטאזות Lon (פרוטאזות תלויות ATP); ובממברנה המיטוכונדריאלית, יש את הפרוטאזות המשולשות A [78,98-100]. יתרה מכך, בנוסף לחלבונים שעברו שינוי חמצוני, ליזוזומים יכולים גם לקלוט ולפרק אפילו אברונים פגומים כבדים כגון מיטוכונדריה או חלק מהציטופלזמה בתהליכים הנקראים אוטופגיה מתווכת צ'פרון, מאקרו-אוטופגיה ומיקרו-אוטופגיה [82,101].

למרות העובדה שרוב הביו-מולקולות והאברונים שעברו שינוי חימצוני ניתנים לתיקון או פירוק ביעילות על ידי תאים, נצפה שחלק מהן מצטברות עם הגיל, מה שמרמז על חוסר ההתאמה המובנה של מנגנוני התחלופה התאית.פלבנואידיםהוכח שרכיבי תאים שכבר מחומצנים יכולים לעבור שינויים חמצוניים נוספים, מה שמוביל להיווצרות מוצרים שמערכות פירוק תאים אינן מסוגלות להתמודד איתם [34,84]. הצטברות של קונגלומרטים בלתי מתכלים כאלה יכולה, בתורה, לפגוע בפונקציונליות של מערכות השפלה, ובכך להחמיר את ההשפעות ולהוביל למעגל קסמים, כפי שמודגם באופן סכמטי באיור 2.

במקרים של מצבי עקה חמצונית מוגברת ומתמשכת, יכולת התיקון של התאים בכלל ויכולת פירוק החלבון, בפרט, יכולה להגיע לרמות רוויה, ובכך להוביל לנוכחות מתמשכת של רכיבים מחומצנים. מצב זה מגביר את ההסתברות לחמצון נוסף של רכיבים שכבר חמצו והיווצרות שינויים חמצוניים נוספים ועמוקים יותר, לרבות תצורות קשר קוולנטיות תוך-מולקולריות. המורכבות הכוללת של המבנים הכימיים שנוצרו עולה על יכולת הפירוק של מערכות פרוטאוליטיות תאיות (במיוחד פרוטאזום 20S), מה שמוביל להצטברות הדרגתית של חומרי "אשפה" בלתי מתכלים מחומצנים יתר על המידה בתוך התאים, בעיקר לליזוזומים [82,102].

יחד, הצטברות של חומרים מחומצנים יתר על המידה בתוך התאים מגדילה את ההסתברות לחמצון נוסף של רכיבי תאים שכבר מחומצנים לאורך זמן, ובכך מקלה על התחלת מעגל קסמים של חמצון, חמצון יתר והצטברות; כל אלה מובילים בסופו של דבר לפגיעה מתקדמת בתפקודים התאיים, כפי שניכר בהזדקנות ובהזדקנות.

3.7. ליזוזומים כאתרים העיקריים של היווצרות ליפופוסצין

כתוצאה מהתדרדרות אוטופגית נורמלית, התא הליזוזומלי עשיר במיוחד בברזל לא-בילי מאחר שמקרומולקולות ואברונים רבים שעברו פגוציזציה אוטומטית מכילים ברזל. הנוכחות המשולבת של ברזל פעיל חיזור ו-pH נמוך בליזוזומים מקלים על היווצרות רדיקלים תגובתיים במיוחד מפרוקסידים לא פעילים יחסית באמצעות תגובת פנטון. לכן, אברון זה רגיש במיוחד ללחץ החמצוני המתון שתאים חווים באופן טבעי במהלך התנודות החולפות של המצב התוך תאי H, O, יציב. ה-HO·s שנוצרו מעוררים באופן מיידי חמצון שרשרת של רכיבים ליזוזומים, כגון חלבונים ושומני ממברנה, מה שמוביל להיווצרות חומרים דמויי ליפופוסצין שאכן הוכח שהם מצטברים בליזוזומים.

במקרים של מצבי עקה חמצונית אינטנסיבית ומתמשכת, הנוכחות בו-זמנית של H2O2 וברזל לא-בילי גורמת לחמצון נוסף על גבי מולקולות או-לפגוציטוזות שכבר מחומצנות, מה שמוביל למוצרים מחומצנים-יתר המקושרים בקשרים קוולנטיים מרובים. .שימוש בהספרידיןחומר זה, בנוסף להיותו עמיד בפני פירוק, יכול לעכב מערכות שיקום תאים, כפי שהוכח בפרוטאזומים [85,102]. הצעה זו נתמכת מאוד על ידי התצפית שהשילוב של עקה חמצונית עם עיכוב של פרוטאזות ליזוזומליות עיכב את הפירוק של מקרומולקולות שעברו פגוציטציה אוטומטית וסיפק יותר זמן לחמצון שלהן, והאיץ באופן דרמטי את היווצרות ליפופוסצין בתאים מתורבתים [7]. Lipofuscin עצמו יכול לנבוע מסוגים שונים של חומר אוטומטי או הטרו-פגוציטוזי. בתאים רבים, במיוחד בתאים אירוביים מאוד כגון מיוציטים לבביים ונוירונים, המיטוכונדריה האוטו-פגוציטות מהוות את עיקר החומר הבלתי מתכלה תוך-ליזוזומלי. עדויות חזקות למקור המיטוכונדריאלי של חלק משמעותי מגוף הליפופוסין מייצגות את התצפית שתת-יחידות ATP סינתאז בשפע קיימות בתאים טעוני ליפופוסין [103]. עם זאת, בתאי נבלות מקצועיים עם פגוציטוזיס פעיל כגון מקרופאגים, תאי מיקרוגליה ותאי אפיתל פיגמנט ברשתית, חלק ניכר מתכולת הליפופוסצין שלהם עשוי להיגזר גם כן.

3.8. זיהוי תאים מזדקנים

ההכרה של תאים מזדקנים היא נושא קריטי בהתחשב בעדות הגוברת לתפקידה של הזדקנות בפתולוגיות אנושיות [56,104]. יתר על כן, התחום המתרחב במהירות של כימותרפיה דורש זיהוי מדויק של תאים מזדקנים [105]. סמנים שונים המזהים חיישנים של הזדקנות תאית מוצגים בטבלה 1. ממצאים אחרונים הצביעו על ההשלכה של הזדקנות ב-COVID-19, המצדיקים את היישום של כימותרפיה לטיפול או מניעה של חולי COVID-19 [106.

ניתן לזהות ולכמת את ההצטברות של ליפופוסצין שזה עתה נוצר על ידי שימוש במיקרוסקופיה אלקטרונית, קונפוקלית ומיקרוסקופית פלואורסצנטית, כמו גם ציטומטריית זרימה [108,109]. יתרה מכך, ליפופוסצין ניתן לזהות על בסיס האוטופלואורסצנטי שלו בשילוב עם מספר טכניקות היסטוכימיות וציטוכימיות [68,87,110,111]. במיוחד, GL13, אנלוגי כימי מסוג סודן Black-B(SBB) ביו-טיניל, הזמין מסחרית בשם "SenTraGorTM", יוצר אינטראקציה עם ליפופוסין ומאפשר זיהוי מדויק של תאים מזדקנים במבחנה ובחוץ-חיים על ידי יישום שיטת זיהוי בתיווך נוגדנים [ 56,107,110]. באמצעות בדיקה זו, ניתן להשיג גם קביעה כמותית של רמות ליפופוסצין מסיס או מופק בסופרנטנטים של תרבית תאים, נוזלי גוף והומוגניות של רקמות [112]. רצף האירועים המוביל להצטברות ליפופוסין במהלך ההזדקנות והאינטראקציה שלו עם ליפופוסין מוצג באופן סכמטי באיור 3A. תמונות מייצגות של Li-Fraumeni-p21WAF1/Cip1 Tet-OFF ותאים ON (מזדקנים), מוכתמים ב-SenlraGor, מוצגות באיור 3B. אות ציטופלזמי חום חזק ניכר בתאים מזדקנים (תמונה ימנית), בעוד שאין תאים המושרים שליליים (תמונה שמאל).

הפיתוח של יישומים תרנוסטיים המבוססים על ננוטכנולוגיה עשוי לאפשר מיקוד מדויק של תאים מזדקנים [113-115]. המיפוי של התאים המזדקנים in vivo נותר אתגר גדול. בהקשר זה, תרכובת GL13 החדשנית עשויה להיות מועשרת על ידי שילוב של נקודות קוונטיות או נשאי ננו מתאימים אחרים וגוף הידרופילי כדי לעטוף את כל המערכת, מה שהופך את GL13 למועמד מבטיח להדמיה מולקולרית in vivo [114].

איור 3. (A)SenTraGorTM מגיב ספציפית כנגד lipofuscin, תוצר הלוואי הבלתי מתכלה של הזדקנות תאית, המאפשר זיהוי מדויק של תאים מזדקנים במבחנה ובאקס-vivo על ידי יישום שיטת זיהוי בתיווך נוגדנים. (ב) מכתים SenTraGor על Li-Fraumeni-p21WAF1/Cip1 Tet-OFF (תמונה שמאל) ו-ON תאים (תמונה ימין); הגדלה מקורית:×200. 4. תרכובות ביו-אקטיביות בתזונה ולחץ חמצוני

מחקרים אפידמיולוגיים רבים שנערכו בעיקר במהלך המחצית השנייה של המאה הקודמת קשרו את התזונה הים תיכונית המסורתית (התזונה ששררה בחופי הצפון של אגן הים התיכון) עם שכיחות נמוכה יותר של מחלות כרוניות מסוימות וסיכוני תחלואה ותמותה מופחתים [{{0 }}]. לפיכך, נעשו מאמצי מחקר אינטנסיביים כדי לזהות סוכני דיאטה ים תיכוניים המסוגלים למנוע או להחליש את ההשפעות המזיקות של עקה חמצונית ולהגדיר את אופן הפעולה המולקולרי שלהם.

4.1. תרכובות ביו-אקטיביות תזונתיות: נוגדי חמצון שוללי רדיקלים חופשיים או מתלפי ברזל חלשים?

התזונה הים תיכונית המסורתית מאופיינת בצריכה גבוהה של שמן זית ומזונות צמחיים כמו פירות, ירקות, דגנים לא מזוקקים וקטניות; צריכה מתונה של דגים, מוצרי חלב ויין; וצריכה נמוכה של מוצרי בשר [119]. היתרונות הבריאותיים שלו יוחסו לעתים קרובות לכמויות גבוהות של נוגדי חמצון מסוג נוללי רדיקלים חופשיים, הנמצאים במידה רבה במזונות טיפוסיים של דיאטה זו. ההנחה המקובלת הייתה כי סורקי רדיקלים חופשיים כאלה יכולים ליצור אינטראקציה עם רדיקלים חופשיים ולנטרל אותם, ובכך להילחם בחמצון בגוף וכתוצאה מכך לעכב או אפילו למנוע את השכיחות של מחלות כרוניות שונות, כולל תהליך ההזדקנות [120-123].

עם זאת, התוצאות של הניסויים הקליניים הגדולים ביותר של תוספי נוגדי חמצון שנערכו עד כה לא הצליחו להראות הגנה משמעותית מפני התפתחות מחלות כרוניות [124-137]. יתר על כן, הועלו חששות לגבי הבטיחות של תוספת במינון גבוה של נוגדי חמצון, מכיוון שבמקרים מסוימים נצפו קשרים עם סיכונים בריאותיים [138,139]. כשל זה יכול להיות מוסבר על ידי העובדה שרדיקלים חופשיים כגון דרגת HO ודרגת RO הם תגובתיים ביותר, תוקפים ומחמצנים באופן מיידי ולא ספציפי כל קבוצה כימית הנמצאת בסביבת דורם[140]. לפיכך, כאשר נוצר בתוך תאים, זה כמעט בלתי אפשרי עבור כל מנקה רדיקלים חופשיים שמקורו בחוץ לנטרל אותם. יש להדגיש כאן שהסיכוי היחיד להגן על מרכיבי התא מפני חמצון ונזקים בתנאי עקה חמצונית הוא למנוע יצירת רדיקלים חופשיים בעלי תגובתיות גבוהה כל כך. אסטרטגיה אפשרית נוספת להימנע מחמצון של מקרומולקולות ביולוגיות קריטיות כמו DNA וחלבונים בנסיבות כאלה יכולה להיות לתמרן את מיקום היווצרותן על ידי שימוש בחומרים קולטי ברזל. כפי שנדון להלן, התזונה בכלל והתזונה הים תיכונית, בפרט, מכילה שפע של קלאטורי ברזל חלשים כאלה, (איור 4) שכאשר הם מסוגלים לעבור דרך קרום התא, הם יכולים לנתק ברזל לאבילי קשור חלש ממקרומולקולות חשובות, ובכך להגן עליהם מפני חמצון בלתי רצוי ללא קשר לשאלה אם הם מעכבים את תגובת הפנטון או לא

איור 4. הצגה סכמטית מצביעה על כך שהמזונות המופקים מהצומח של הדיאטה הים תיכונית מכילים כמויות הולכות וגדלות של תרכובות קושרות ברזל המסוגלות לשלוט ברזל לאבילי תוך תאי ולמנוע יצירת רדיקלים חופשיים בעלי תגובתיות גבוהה שאחראים לחמצון בלתי מווסת של מרכיבי התא. מזונות טיפוסיים של הדיאטה הים תיכונית מכילים תרכובות רבות, כולל אלכוהול פנולי, חומצות פנוליות ופלבונואידים, שהוצעו שוב ושוב לפעול כנוגדי חמצון לניקוי רדיקלים חופשיים. מספר תרכובות כאלה נבדקו על ידי קבוצת המחקר שלנו, וראינו קשר חזק בין יכולת ההגנה של כל תרכובת ויכולתה לקלאט ברזל לאבילי תוך תאי אך לא עם יכולתם לנקות רדיקלים חופשיים במבחנה [8,9, 12]. תכונה הכרחית נוספת של תרכובות אלו שנדרשו להפעיל את יכולת ההגנה שלהן, הייתה יכולתן להגיע אל פנים התא על ידי דיפוזיה או כל סוג אחר של הובלה דרך קרום הפלזמה [11,42,141]. בהתבסס על תצפיות אלו, הצענו כי תרכובות ביו-אקטיביות הנמצאות בכל מקום בתזונה הים תיכונית מציעות את ההשפעות הציטו-פרוקטטיביות שלהן על ידי ניתוק ברזל לאבילי תוך תאי ממרכיבים תאיים קריטיים, ובכך להפחית את החמצון הלא רצוי שלהם.

4.2.האם חומרים תזונתיים מונעים היווצרות ליפופוסצין?

בהתבסס על השיקולים שהוזכרו לעיל, סביר לשער כי חומרים ביו-אקטיביים של חומרי קליטה של ​​ברזל המצויים בתזונה הים תיכונית עשויים לייצג גורמי מפתח שאחראים למניעת היווצרות ליפופוסין, וכתוצאה מכך, תהליך ההזדקנות בכלל. ככל הידוע לנו, מאמצים שיטתיים שמטרתם לבדוק ניסויית השערה חשובה זו טרם בוצעו.

מספר רב של מולקולות שמכילות ברזל בעלות מבנים ומאפיינים כימיים שונים כלולים בתזונה ים תיכונית טיפוסית. לדוגמה, חקרנו בהרחבה תמציות צמחים המכילות פוליפנולים רבים וקבענו כי תרכובות פנוליות עם קבוצת אורתו-דיהידרוקסיל מגנות מפני עקה חמצונית, בעוד שחסרות הידרוקסיל אחד או שהן נמצאות במטה או פארא-פוזיציה אינן יעילות לחלוטין. [8,10-12]. תצפיות אלו העלו את השאלה הנוספת האם חומרי הגלוה-ברזל הכלולים במזונות מסוגלים לחדור למספר מחסומים על מנת להגיע אל פנים תאי המטרה. במקרה זה, החומרים התזונתיים הספציפיים יכולים להיחשב כ"נוגדי חמצון עקיפים" מכיוון שהם מונעים יצירת רדיקלים חופשיים תגובתיים במקום ניקוי רעלים לאחר הייצור התוך תאי שלהם.

במקרים מסוימים, יוני ברזל לאביליים תוך תאיים יכולים להיות מתואמים בצורה לא מלאה עם חומרים שמקורם בדיאטה בשל הספיגה הנמוכה שלהם ודילול ניכר בגוף, ובכך לאפשר את מעורבותו של ברזל בתגובות חיזור. אף על פי כן, לאותם גורמים יש בדרך כלל פונקציות כפולות מכיוון שהם יכולים להכיל תכונות קושרות ברזל והן גורמי רדיקלים חופשיים באותה מולקולה. לפיכך, קלאטורי ברזל שמקורם בדיאטה עשויים לתפקד בצורה כפולה: או הפחתת נזק לתאים הנגרם כתוצאה מלחץ חמצוני על ידי הסרת ברזל לאבילי קשור באופן רופף ממקרומולקולות תאיות פגיעות והשבתה מלאה שלו או על ידי תיאום לא שלם של ברזל, מה שגורם להסרה שלו מיקומו המקורי אך מאפשר לו להישאר פעיל חיזור ומסוגל לחמצן את chelators ברזל שמקורם בתזונה.

5. מסקנות

אחד המושגים הבולטים בתחום ההזדקנות כיום הוא מה שמכונה "תיאוריית ההזדקנות של הרדיקלים החופשיים". על פי תיאוריה זו, הזדקנות אורגניזמית נגרמת על ידי נזק חמצוני מצטבר שנגרם על ידי רדיקלים חופשיים בעלי תגובתיות גבוהה, הנובעים בעיקר כתוצאה מכך. של חילוף חומרים אירובי. היצירה המתמשכת של רדיקלים תגובתיים כאלה גורם להיווצרות הדרגתית והצטברות של אגרגטים בלתי ניתנים לתיקון של מרכיבי תאים פגומים. החומר הלא מוגדר מבחינה כימית זה, המורכב בעיקר מחלבונים וליפידים ואשר מפעיל קרינה חומה-צהובה, מכונה "ליפופוסצין", סרואיד או "פיגמנט גיל", והוא נחשב לסימן היכר של הזדקנות תאית.

Lipofuscin נוצר בעיקר באמצעות שינויים חמצוניים בלתי מבוקרים ולא ספציפיים של מקרומולקולות תאיות. תאים מצוידים במערכות הגנה רב-גוניות למעקב ותיקון מקרומולקולות מחומצנות. עם זאת, כאשר מתח חמצוני אינטנסיבי נמשך לפרקי זמן ממושכים, זה תמיד גורם לייצור של רדיקלים חופשיים תגובתיים מאוד ולחמצון יתר של חומרים שכבר מחומצנים, ובכך ליצור מוצרים שאינם ניתנים לתיקון, פירוק, או אפילו הוצאתם החוצה. על ידי המערכות הסלולריות הרלוונטיות. יתרה מכך, הוכח כי חומרים מחומצנים יתר על המידה יכולים לגרום לביטול הדרגתי של מערכות ההגנה והתיקון הסלולרי, ובכך לתדלק מחזורים חסרי תוחלת של קצב מוגבר של הצטברות ליפופוסצין.

מכיוון שניתן ליצור רדיקלים חופשיים בעלי תגובתיות גבוהה בתהליכי חמצון מזורז ברזל (תגובת פנטון), הזמינות של ברזל לאביל מייצגת תנאי מוקדם הכרחי להיווצרות והצטברות ליפופוסצין בתוך התאים. בהתבסס על שיקולים אלה, סביר לשער כי הוויסות העדין של הומאוסטזיס של ברזל תאי בהתפלגות הברזל הכללית והלאבילית, בפרט, עשוי לייצג דרך לא מוערכת עד כה לעיכוב היווצרות ליפופוסצין תוך תאי וכתוצאה מכך ההזדקנות התאית (הזדקנות). הראינו בעבר שמספר פיטונוטריינטים שמכילים ברזל הכלולים בתזונה מהסוג הים תיכוני מסוגלים לחדור לממברנות ביולוגיות ולהגיע לפנים התא [8,9,11,12]. גורמים אלה מטילים ברזל לאבילי תוך תאי (לא בהכרח עם זיקה גבוהה) ובכך קובעים את התפלגותו, וכתוצאה מכך, את מיקומי החמצון המושרה בלחץ חמצוני. על פי המנגנון המוצע, פיטוכימיקלים שמקורם בתזונה חייבים לשלב את המאפיינים הבאים במבנה שלהם על מנת להיות מסוגלים להגן על תאים במצבי עקה חמצונית: עליהם להיות מסוגלים (א) לחדור לממברנות התא; (ב) להגן על תאים תאים. ברזל לאביל; וכן (ג) במקרה של אינטראקציה של הברזל הקשור עם פרוקסידים (הכיבוש הבלתי שלם של אתרי התיאום שלו), כדי לסלק את הרדיקל התגובתי שנוצר.

לסיכום המסקנות מהמצגת לעיל, ניתן לומר את ההצהרות הבאות: (א) ברזל לאבילי מייצג את הגורם העיקרי שאחראי לייצור של רדיקלים חופשיים בעלי תגובתיות גבוהה המסוגלים לחמצן מרכיבים תאיים בתנאים של עקה חמצונית, (ב) )רכיבי תאים מחומצנים ובמיוחד מחומצנים יתר מהווים את הגוף העיקרי של ליפופוסצין שנוצר ומצטבר בתוך התאים בתנאים אלה, (ג) דלדול הברזל התוך תאי על ידי חומרי קלציית ברזל מונע חמצון של רכיבים תאיים, ו( ד) התזונה שלנו ובמיוחד התזונה הים תיכונית מכילה שפע של תרכובות המסוגלות לווסת את חלוקת הברזל התוך תאית.

בהתחשב בשיקולים שלעיל יחדיו, סביר לצפות שזיהוי של תרכובות תזונתיות ביו-אקטיביות בעלות התכונות המוקצות עשוי לאפשר שימוש בהן ככלים תרופתיים לפעולות הגנה קונקרטיות במצבים של לחץ חמצוני מוגבר בתאים, ברקמות ובאורגניזמים שלמים. הצעה זו עשויה לפתוח דרכים חדשות לפיתוח אסטרטגיות שמטרתן להאט את שיעורי ההופעה וההתפתחות של מחלות הקשורות לגיל.

מאמר זה מופק מ- Antioxidants 2021, 10, 491. https://doi.org/10.3390/antiox10030491 https://www.mdpi.com/journal/antioxidants