آنزیم شبیه به چمن‌زن، سال‌ها از پیری مولکولی در بافت انسانی می‌کاهد

یک آنزیم جدید می‌تواند آسیب‌های شیمیایی ناشی از پیری را در بافت‌های انسانی معکوس کند. این آنزیم با هدف قرار دادن محصولات گلیکاسیون پیشرفته مانند CML، تغییرات مضر پروتئینی را در بافت‌های افراد مسن از بین می‌برد و امید به بهبود وضعیت بیماران دیابتی و دیگر بیماری‌های مرتبط با سن را افزایش می‌دهد.

🍖 طعم دلپذیر و پیری در انسان

تصور کنید که در حال پخت یک استیک در تابه هستید. هنگام پخت، این ماده غذایی دچار قهوه‌ای شدن غیرآنزیمی به نام واکنش مایار می‌شود. این فرآیند شیمیایی بین اسیدهای آمینه و قندهای کاهنده موجب ایجاد ترکیبات طعم‌دهنده و عطری خوشایند می‌شود و گوشتی خوش‌پخت ایجاد می‌کند. اما این واکنش فقط مختص غذا نیست؛ در بدن انسان‌ها نیز اتفاق می‌افتد.

آرون کروانس، مدیرعامل شرکت دارویی ریول، می‌گوید: "ما به جای پختن در ۴۰۰ درجه به مدت ۳۰ دقیقه، در ۹۸ درجه به مدت ۵۰ تا ۷۰ سال در حال پخت هستیم و برخی از محصولات مشابه غذا را جمع‌آوری می‌کنیم... و بدن هیچ راهی برای خلاص شدن از آن‌ها ندارد." در طول عمر، افراد به محصولات انتهایی گلیکاسیون پیشرفته (AGEs) در پروتئین‌های با عمر طولانی مانند کلاژن، الاستین و پروتئین‌های عدسی چشم دچار می‌شوند. تغییرات پروتئینی ناشی این مواد آسیب‌زا بوده و می‌توانند منجر به پیری زودرس بیولوژیکی از طریق آسیب سلولی و التهاب مزمن شوند؛ بدتر اینکه، این آسیب‌ها به‌نظر می‌رسد غیرقابل‌جبرانند.

🔧 مهندسی آنزیم برای تعمیر آسیب‌ها

مشخص شده است که این آسیب را معکوس کنند، کروانس و همکارانش یک آنزیم مهندسی کردند که به پرچمدارترین AGE در بدن انسان می‌پردازد. یافته‌های آنان که در Nature Communications منتشر شد، نشان داد که آنزیم توانست AGE مورد هدف را اکسید کند و بدین ترتیب تغییرات مضر پروتئینی را تعمیر و سطح آسیب بافت را از یک اهداکننده ۷۵ ساله به سطح فردی ۳۱ ساله برساند.

این تحقیق به‌عنوان اثبات‌کننده این مفهوم است که آسیب به پروتئین می‌تواند به لطف تعمیر آنزیمی معکوس شود. پژوهشگران امیدوارند این تحقیق پایه‌ای برای توسعه مداخلات به‌ویژه برای جمعیت‌های بیمار باشد که AGEs را با سرعت بیشتری جمع‌آوری می‌کنند، مانند افراد مبتلا به دیابت نوع ۲.

🔍 جستجو برای آنزیم مناسب

این گروه‌های قبلی سعی کرده‌اند آنزیم‌هایی را برای هدف قرار دادن AGEs توسعه دهند؛ اما تلاش‌های آن‌ها ناموفق بوده است. به گفته کروانس، یکی از بزرگترین چالش‌ها این است که آنزیم طبیعی شناخته‌شده‌ای وجود ندارد که این واکنش را انجام دهد، پس پژوهشگران چگونه باید شروع کنند؟

🧬 تحقیق برای کشف CMLase

در جستجوی خود، پژوهشگران به سمت Nε-carboxymethyl-lysine (CML)، که پرچمدارترین AGE تشکیل‌شده بر روی باقیمانده‌های لیزین در پروتئین‌ها است، هدف گذاشتند. با این حال، این تیم برای یافتن آنزیمی که بتواند به CML متصل شود و همچنین این فرآیند مضر را معکوس کند، تلاش کردند. در این راستا، آنزیم گلیسین اکسیداز از باکتری Calidithermus roseus (CrGO) به‌عنوان یک نامزد پتانسیل شناسایی شد. سپس تحقیق‌گران از تکامل هدایت‌شده برای افزایش فعالیت اکسیداز آنزیم استفاده کردند.

نهایتاً پژوهشگران فعالیت آنزیم تازه‌اصلاح شده خود به نام CrGO-897 (CMLase) را بر روی یک پنل از پروتئین‌های مرتبط با فیزیولوژی شامل کازئین و کلاژن آزمایش کردند و نشان دادند که این آنزیم می‌تواند آسیب‌های CML را از پروتئین‌ها حذف کند.

👥 آزمایش بر روی بافت انسانی

پژوهشگران CMLase را بر روی بافت‌های آروتـا، پوست و لنز آزمایش کردند و نتایج شگفت‌انگیزی را به‌دست آوردند. آنها دریافتند که این آنزیم می‌تواند سطح CML را به طور قابل توجهی کاهش دهد، به طوریکه نتایج نشان می‌دهد که ترک در بافت به سطوح مشابه بافت افراد ۳۰ ساله کاهش یافته است.

کروانس و همکارانش امیدوارند که این کار در نهایت به کاهش بار بیماری در افراد مبتلا به دیابت و بیماری‌های مرتبط با سن کمک کند.