Autor: Sławomir Ambroziak
Słowa kluczowe: N-acetylocysteina, NAC, glutation, telomeraza, telomery, proces starzenia się organizmu.
N-acetylocysteina, którą znamy również pod skróconym symbolem NAC, to biologicznie aktywna forma jednego z aminokwasów – cysteiny. Aminokwasy tworzą w naszym organizmie białka i peptydy, gdzie pierwsze budują w pierwszej kolejności struktury naszego ciała, zaś drugie regulują przede wszystkim jego funkcje życiowe. Natomiast cysteina słynie głównie z tego, że jest prekursorem peptydu nazywanego glutationem, zaś jej wysoce aktywna biologicznie postać – NAC – z tego, że podnosi w organizmie poziom glutationu.
Glutation to bodaj jedna z najciekawszych, jeżeli można użyć takiego słowa, molekuł naszego ciała. Wytwarzają go wszystkie organizmy żywe, poczynając o organizmów jednokomórkowych a kończąc na organizmie człowieka. Glutation gromadzi się w komórkach, w relatywnie wysokich stężeniach, co świadczy o jego wyjątkowym znaczeniu dla przebiegu procesów życiowych. Dowiedziono na przykład, że w dodatniej relacji z poziomem glutationu pozostaje aktywność telomerazy i długość telomerów, co oznacza, że im więcej glutationu – tym aktywniejsza telomeraza i dłuższe telomery. Dlatego warto wyjaśnić, co to są telomery i telomeraza, i jaki zachodzi związek pomiędzy aktywnością telomerazy i długością telomerów a czasem i jakością naszego życia.
Telomery a czas i jakość życia
Fundamentalnym tworzywem Natury jest białko. Białka wyznaczają cechy naszej fizjonomii i wytwarzają energię życiową. Jednym słowem: białko to życie; żyjemy dzięki białku! Śmierć głodowa następuje np. wtedy, kiedy organizm traci ponad połowę należnego mu białka. Proces starzenia się organizmu to też nic innego, jak stopniowa utrata białek; w dzieciństwie i młodości organizm gromadzi białka, w wieku dojrzałym utrzymuje w miarę stały poziom, podczas gdy w podeszłym traci systematycznie określoną ich ilość, w miarę upływu lat.
Podstawę składu białka tworzy 20 drobnych molekuł chemicznych, nazywanych aminokwasami. Ta „magiczna dwudziestka” odpowiada za całe bogactwo przyrody ożywionej, gdyż aminokwasy wiążą się ze sobą w rozmaitych konfiguracjach, wytwarzając dowolnej długości łańcuchy (tzw. peptydy), które następnie łączą się i skręcają w różnych płaszczyznach, przyjmując najwymyślniejsze figury cząsteczek białek.
Informację o wszystkich białkach organizmu koduje i przechowuje w komórkach kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) – związek stanowiący podstawę dziedziczenia. DNA też zbudowany jest z drobniejszych molekuł – zasad azotowych. Każda zasada powiązana jest tutaj z fosforem i cukrem – dezoksyrybozą, a takie kompleksowe związki nazywamy nukleotydami. DNA szyfruje skład białka w ten sposób, że każdemu aminokwasowi odpowiada kombinacja trzech zasad azotowych. Te potrójne kombinacje układają się w większe struktury, nazywane genami, kodujące skład jednego, konkretnego białka. W każdej komórce egzystuje cała, niezwykle skomplikowana maszyneria syntezy białek, odczytująca kod genetyczny i produkująca określone białka na potrzeby danej komórki, w zależności od specyfiki tkanki, w skład której komórka ta wchodzi. Nić DNA jest jednak podwójna, czyli wszystkie nukleotydy występują tutaj w postaci dwóch kopii. Kiedy komórka się dzieli, rozdziela najpierw podwójną nić DNA na pojedyncze kopie, a następnie dobudowuje do każdej drugą na podstawie pierwszej i odtwarza dwie podwójne nitki DNA, przekazywane następnie dwóm komórkom potomnym. Ponieważ DNA koduje ogromną liczbę białek, a w związku z tym jego nić jest niezwykle długa (u człowieka osiąga np. rozmiar 2. metrów), związek ten zostaje upakowany przez jądra komórkowe do postaci maleńkich „tobołków”, nazywanych chromosomami. Chromosomy przyjmują postać rozgałęzioną, zaopatrzoną wypustkami przypominającymi wystające palce. I to właśnie zwieńczenia tych palców, niby paznokciami czy pazurkami, zakończone są strukturami, znanymi jako telomery.
Telomery nie kodują białek. Podstawowa ich funkcja polega na niedopuszczaniu do skracania się nici DNA. Pamiętamy bowiem, że – przy każdym podziale – każda z dwóch nitek DNA musi zostać skopiowana… Proces ten przypomina zapinanie suwaka zamka błyskawicznego. Wysilmy więc wyobraźnię i uświadommy sobie – co by było, gdyby zamek błyskawiczny nie miał charakterystycznego zakończenia… Gdyby automat zamka chwytał od razu pierwszy ząbek, suwak zapinałby się nierówno – z jednej strony zapięcie byłoby krótsze od długość automatu zamka. Różnica polega tutaj jedynie na tym, że po każdym podziale komórkowym skraca się nieco niekodujący telomer, za to główna, kodująca nić DNA pozostaje nienaruszona. Kiedy na skutek kolejnych podziałów chromosomy utracą telomery, komórka nie może dalej się dzielić. Dalsze podziały prowadziłyby bowiem do powstawania komórek z niekompletnym DNA, czyli niezdolnych do poprawnego pełnienia swych zadań życiowych, z uwagi na niezdolność syntezy pełnego kompletu niezbędnych do życia białek. Skracanie się telomerów jest więc rodzajem zegara biologicznego, odmierzającego czas życia danej populacji komórkowej. Limit podziałów komórkowych jest więc ograniczony i mieści się w przedziale pomiędzy 50 -70 cyklów. Długość telomerów zaświadcza o wieku biologicznym komórki: im krótsze telomery – tym starsze komórki. Komórka pozbawiona telomerów podlega programowanej śmierci, nazywanej fachowo apoptozą. W obszarze okołotelomerowym DNA egzystują geny, normalnie wyciszane przez telomery, które teraz ulegają aktywacji i ułatwiają apoptozę. Komórka ginąca za komórką wyznacza drogę tylko w jednym kierunku…
NAC a telomery i zdrowie
Przypomnijmy w tym miejscu, że im wyższy poziom glutationu – tym aktywniejsza telomeraza i dłuższe telomery. A ponieważ suplementacja NAC, jak dowodzą badania (np. Schmitt, 2015), prowadzi do wzrostu poziomu glutationu, dlatego naukowcy zaplanowali również badania sprawdzające, w jaki sposób suplementacja NAC wpływa na aktywność telomerazy i długość telomerów.
Starzenie się śródbłonka naczyniowego jest ważną przyczyną patogenezy związanych z wiekiem zaburzeń naczyniowych. Przy czym przewlekła ekspozycja układu naczyniowego na czynniki ryzyka chorób sercowo-naczyniowych przyspiesza efekty starzenia się organizmu. Celem jednego z badań było więc określenie, czy przewlekłe leczenie z wykorzystaniem NAC może opóźnić proces starzenia się komórek śródbłonka izolowanych z segmentów tętnic pacjentów z ciężką chorobą wieńcową. W badaniu tym zaobserwowano, że przewlekła terapia z użyciem NAC ograniczyła tempo skracania się telomerów i odsunęła w czasie początek uszkodzenia śródbłonka. Ustalono tutaj, że za hamowanie skracania się telomerów odpowiadała aktywacja podjednostki katalitycznej telomerazy, opatrzona symbolem hTERT. Podsumowując, autorzy badania stwierdzili, że przewlekła ekspozycja na NAC może opóźnić proces starzenia się i odsunąć w czasie destrukcję komórek śródbłonka naczyniowego, na drodze aktywacji telomerazy i stabilizacji telomerów, pod warunkiem, że nie doszło jeszcze do nieodwracalnego uszkodzenia komórek (Voghel, 2008).
Przebieg procesu starzenia się organizmu jest ściśle związany w wygasaniem funkcji rozrodczych. Utrata zdolności rozrodczych wyznacza w zasadzie punkt, w którym charakterystyczna dla wieku dorosłego równowaga życiowa zostaje zachwiana, przechylając się w kierunku systematycznie pogłębiającego się deficytu potencjału życiowego. Dlatego też komórki i organy związane z funkcjami rozrodczymi są wdzięcznym obiektem testowania środków spowalniających proces starzenia się organizmu. Starzenie się jajników wiąże się np. ze zmniejszeniem liczby oraz pogorszeniem jakości komórek jajowych oraz ich komórek prekursorowych – oocytów. Stwierdzono, że taki stan komórek rozrodczych jest związany z procesem starzenia się organizmu i generalnie przyczynia się do progresji tempa tego procesu. Stwierdzono również, że za taki stan komórek rozrodczych odpowiada znane nam już zjawisko skracania się telomerów.
W związku z tym autorzy jednego z eksperymentów wykazali w badaniach prowadzonych poza organizmem, że wywołane na skutek skracania się telomerów, destrukcyjne zmiany w obrębie oocytów i embrionów mogą być efektywnie eliminowane na skutek działania NAC. Następnie ci sami naukowcy, korzystając ze zwierzęcego modelu badawczego, przetestowali zdolność NAC do opóźniania procesu starzenia się jajników w warunkach życiowych. Jajniki badano tutaj pod kątem aktywności i długości telomerów oraz ekspresji przez ich komórki wybranych genów związanych z procesem starzenia się organizmu oraz stopniem i rozległością uszkodzeń DNA. W ten sposób ustalono, że krótkotrwałe, dwumiesięczne leczenie myszy z wykorzystaniem NAC wyraźnie poprawiało obraz oocytów i stan zarodków we wczesnej fazie rozwojowej. Natomiast myszy leczone długoterminowo niskim stężeniami NAC miały zwiększoną wielkość miotu w wieku 7-10 miesięcy, w porównaniu z gryzoniami kontrolnymi w tym samym wieku, pozostającymi bez wspomagania NAC. NAC wyraźnie poprawiła przy tym stan oocytów u starszych myszy. Co więcej, ekspresja sirtuin (tzw. enzymów młodości), aktywność telomerazy oraz długość telomerów były większe w jajeczkach myszy leczonych długotrwale NAC, w porównaniu z grupą kontrolną. Autorzy badania podkreślali, iż uzyskane w ich doświadczeniach dane sugerują, że odpowiednie leczenie z wykorzystaniem NAC opóźnia proces starzenia się komórek i organów rozrodczych (Liu, 2012).
