ваш консультант

Рыбинская Мария
менеджер отдела продаж
тел. (391) 211-27-96
e-mail: kk_kupol@mail.ru

Косметическая корпорация "КУПОЛ"

660017, г. Красноярск,
пр. Мира, 79А
тел.: (391) 2-112-796, 2-279-439
E-mail: info@ku-pol.ru

Эпигенетика — будущее медицины, фармакологии, косметологии. Часть II

Часть II. Meso-Xanthin F199: механизмы эпигенетической регуляции

В.В. Ашапкин,кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва)

Л.И. Кутуева, научный сотрудник НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва)

Б.Ф. Ванюшин, доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент РАН, НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва)

С.Ю. Курчатова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва)

И.И. Киреев, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва)

В.Ю. Поляков, доктор биологических наук, профессор, НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва)

Инъекционный препарат Meso-Xanthin F199 (ABG LAB LLC, США) позиционируется как средство для комплексной терапии инволюционных изменений кожи в рамках эстетической мезотерапии. Препарат разработан американской компанией ABG LAB LLC под научным руководством акушера-гинеколога, профессора Медицинской школы Университета Нью-Йорка Б. Петриковского.

Meso-Xanthin F199 — многокомпонентный препарат. Помимо основных ингредиентов — фукоксантина и высокомолекулярной гиалуроновой кислоты — содержит комплекс аминокислот, антиоксидант тиоредоксин, витамины A, C и E, медьсодержащий трипептид, стимулирующий синтез коллагена, и три фактора роста (эпидермальный, инсулиноподобный и фактор роста фибробластов основной). К показаниям для применения препарата Mesо-Xanthin F199 в косметологии относятся:

  • профилактика и лечение инволюционных изменений кожи (морщины, истончение и атония, начальные и средней степени проявления гравитационного птоза мягких тканей лица), обусловленных как хроностанием, так и ускоренным старением, индуцированным действием неблагоприятных факторов внешней среды;
  • повышение репаративного и защитного потенциала кожи при подготовке к пластической операции и реабилитации кожи в послеоперационном периоде, а также после срединных и глубоких химических пилингов, лазерной шлифовки;
  • лечение гиперпигментации и купероза;
  • лечение синдрома дегидратированной кожи у молодых пациентов.

По информации разработчиков, Meso-Xanthin F199 на эпигенетическом уровне инициирует процессы репарации ДНК, в особенности в условиях окислительного стресса и при старении, а также стимулирует пролиферацию и дифферен-цировку прогениторных клеток кожи. Предполагается, что эпигенетические эффекты Meso-Xanthin F199 в первую очередь обусловлены фукоксантином. Фармакологические эффекты этого каротиноида коричневых водорослей позволяют рассматривать его как перспективное средство борьбы с ожирением, метаболическим синдромом, сердечно-сосудистыми и онкологическими заболеваниями [1]. В культуре клеток гепатоцеллюлярной карциномы и рака простаты фукоксантин индуцирует активность гена GADD45, ингибирующего пролиферацию опухолевых клеток [2]. Защитное действие фукоксантина в отношении кератиноцитов в условиях оксидативного стресса также, по-видимому, связано с эпигенетическими механизмами регуляции активности стимуляторов и ингибиторов апоптоза [3]. В экспериментах на животных показано, что фукоксантин защищает кожу от фотоповреждения [4], а при системном и местном применении подавляет УФВ-индуцированный меланогенез посредством супрессии синтеза простагландина Е2 и рецепторов соединений, участвующих в меланогенезе (нейротрофина, простагландина Е2 и меланоцитстимулирую-щего гормона) [5].

Все это послужило стимулом для проведения независимого исследования эпигенетических эффектов препарата Meso-Xanthin F199 и его основного компонента фукоксантина.

Влияние Mesо-Xanthin F199/фукоксантина на экспрессию генов фибробластов человека

В качестве одного из ведущих механизмов развития возрастной атрофии кожи, во многом определяющей характерную клиническую картину старения, рассматривают обеднение внеклеточного матрикса полноценными структурными белками, в том числе коллагеном, а также нарушение клеточно-матриксного взаимодействия.

В ходе развития фибробласты эпигенетически «программируются» на основную задачу — производство компонентов внеклеточного матрикса, в том числе структурных белков — коллагенов I и III типов. На мембране фибро-бластов имеются специальные белковые рецепторы — интегрины, основным назначением которых является двусторонняя передача сигналов от внеклеточного матрикса в цитоплазму и наоборот. При связывании коллагенов и других элементов матрикса с интегринами последние собираются в тесные группы, образующие комплексы с актиновым цитоскелетом с внутренней стороны клеточной мембраны. Локальные комплексы адгезии играют не только структурную роль, но и имеют важнейшее функциональное значение. Внутри клетки они запускают сигнальные каскады, в том числе определяющие баланс между синтезом коллагенов и их деградацией под действием протеолитиче-ских ферментов — матриксных металлопротеиназ. Кроме того, адгезивные комплексы позволяют фибробластам принимать вытянутую форму, необходимую для реализации функциональной активности — пролиферативной и синтетической. Со стороны внеклеточного матрикса интегрины обеспечивают передачу механического напряжения с цитоскелета на коллагеновые фибриллы.

С возрастом структурные белки кожи подвергаются процессу «старения»: в коллагеновых фибриллах формируются дополнительные поперечные связи, в результате чего повышается их устойчивость к ферментативной деградации. В дерме накапливаются фрагментированные волокна коллагена (продукты неполной ферментативной деградации), неспособные обеспечить полноценное клеточно-матриксное взаимодействие. С другой стороны, их накопление служит сигналом для ингибирования синтеза новых полноценных волокон. Таким образом нарушаются трехмерная структура внеклеточного матрикса дермы, клеточно-матриксное взаимодействие, и фибробласты приобретают округлый неактивный «спящий» фенотип [6–8].

Стимуляция любого звена сигнального пути, осуществляющего двустороннее регуляторное взаимодействие между фибробластами и внеклеточным матрик-сом, теоретически должна приводить к улучшению состояния стареющей кожи. Введение в кожу препаратов стабилизированной гиалуроновой кислоты способствует механическому растяжению и «пробуждению» фибробластов, при этом наблюдается экспрессия генов проколлагенов I и III типов, пролилгидрок-силазы (фермента, с участием которого происходит посттрансляционная модификация коллагена), а также тканевых ингибиторов матриксных металлопроте-иназ, ограничивающих деградацию коллагена. То есть равновесие в процессах синтеза/деградации белка смещается в сторону продуктивных процессов, что приводит к восстановлению архитектоники внеклеточного матрикса [9]. Возможно поэтому клинически мы наблюдаем эффект улучшения качества кожи над введенным препаратом на основе стабилизированной гиалуроновой кислоты (филлером, скинбустером) [10, 11]. Наиболее же устойчивым это улучшение будет в случае непосредственного воздействия на эпигенетические механизмы, с которыми связано стабильное ослабление синтетической активности фибробластов при старении, в том числе фотоиндуцированном.

Поскольку центральным звеном в сигнальном пути, связывающем фибробла-сты и внеклеточный матрикс, являются мембранные белковые рецепторы инте-грины, на базе НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского было проведено исследование активности и степени метилирования их генов в культуре фибробластов кожи человека при воздействии на них препарата Mesо-Xanthin F199.

Препарат Mesо-Xanthin F199, а также фукоксантин добавляли к монослойным культурам фибробластов после двукратного пересева. Концентрацию препарата Mesо-Xanthin F199 подбирали эмпирически, фукоксантина — исходя из литературных данных. По окончании выращивания клеток культуральную среду удаляли, а в суспензии клеток с помощью ПЦР-анализа определяли как экспрессию генов интегрина бета 4 (ITGB4) и интегрина альфа 6 (ITGА6), так и степень метилирования этих генов (бисульфитная модификация, ПЦР и секвенирова-ние по Сэнгеру).

На рис. 1 и 2 представлены результаты анализа уровня экспрессии генов ITGB4 и ITGА6 в контрольных культурах фибробластов и при их культивировании с препаратом Meso-Xanthin F199 и фукоксантином в разной концентрации.

Как можно видеть на диаграммах, добавление к культуре фибробластов препарата Meso-Xanthin F199 и его главного компонента фукоксантина приводит к статистически значимому повышению уровня транскрипции генов интегри-нов — ITGB4 и ITGА6. Благодаря тому, что фукоксантин является индивидуальным точно дозируемым веществом (в отличие от сложной многокомпонентной смеси, которую представляет собой Meso-Xanthin F199), для него удалось более четко проследить дозозависимый характер экспрессии генов в диапазоне концентрации 2–20 мкМ. При дальнейшем повышении концентрации фукоксанти-на (40 мкМ) экспрессия изучаемых генов уменьшается.

В контрольных культурах фибробластов ген интегрина альфа 6 экспрессировал-ся заметно слабее, чем ген интегрина бета 4. Учитывая, что молекула функционально активного мембранного рецептора представляет собой гетеродимер из этих двух интегринов, можно заключить, что интегрин альфа 6 в «естественных» условиях является лимитирующим компонентом, определяющим количество рецепторов, а большая часть интегрина бета 4 избыточна. В фибробластах, культивированных в присутствии оптимальных доз Mesо-Xanthin F199 или фуко ксантина, уровни экспрессии генов в значительной степени выравниваются, т.е. большая часть молекул обоих интегринов может войти в состав функционально активных димеров рецептора, обеспечивающего клеточно-матриксное взаимодействие.

Известно, что интегрин альфа 6 является своеобразным мастер-регулятором транскрипции и трансляции остальных интегринов, присутствующих в клетках кожи [12], и активность этого гена гораздо более лабильна. Так, под действием повышенной концентрации фукоксантина уровень экспрессии гена интегрина альфа 6 резко падает. Создается впечатление, что в фибробластах кожи именно этот ген служит основной мишенью регуляции экспрессии генома под действием внешних факторов, а модуляция активности генов остальных интегринов вторична.

Ген интегрина альфа 6 в качестве потенциальной мишени метилирования содержит так называемый цитозин–гуаниновый островок (CG-островок). Чтобы выяснить, не связана ли активация гена при действии Mesо-Xanthin F199 и фу-коксантина с деметилированием этого островка, проанализировали характер его метилирования в контрольной культуре фибробластов и в клетках, культивированных в присутствии Meso-Xanthin F199 (10 мкл на 1 мл культуральной среды). Оказалось, что в обоих случаях CG-островок не метилирован. Очевидно, что ген находится в активном состоянии даже в контрольных клетках, и его дополнительная активация под действием препарата не является следствием деметилирования. Вполне вероятно, что «оперативная» регуляция активности гена интегрина альфа 6 достигается с помощью более лабильных эпигенетических механизмов, например изменения характера модификации гистонов.

Аналогичная картина обнаружена и в отношении гена интегрина бета 4.

Еще одно весьма существенное наблюдение: под действием препарата Meso-Xanthin F199 и фукоксантина происходит заметная дозозависимая активация экспрессии гена мультифункционального белка GADD45A (рис. 3).

Известно, что белок GADD45A участвует в активном избирательном деметили-ровании локусов ДНК, обеспечивая экспрессию генов, предохраняющих генетический аппарат клеток от повреждения, а также подавляющих пролиферацию опухолевых клеток. Активация экспрессии гена GADD45A под действием фукоксантина и Meso-Xanthin F199 — эффект, крайне актуальный в отношении профилактики фотоиндуцированного старения и канцерогенеза в коже.

Отдельное исследование было посвящено изучению влияния фукоксантина в составе препарата Meso-Xanthin F199 на экспрессию прогерина — белка-маркера старения. В соответствии с одной из многочисленных теорий, возможной причиной старения клеток и организма в целом является накопление «ошибок» не только в результате мутаций генов, но и при транскрипции и трансляции «нормальной» генетической информации («катастрофа ошибок»), что также ведет к образованию дефектных белков и многочисленным нарушениям в работе регуляторных систем клетки. Одним из таких белков является прогерин. Прогерин представляет собой сплайс-вариант ламина А — белка, который служит своеобразной «платформой» для создания упорядоченной структуры ядра в стадии интерфазы клеточного цикла. Именно в этот период происходит репликация ДНК, подготовка к клеточному делению, сопровождающаяся синтезом необходимых для этого веществ и новых органелл. Экспрессия прогерина в стареющих фибро-бластах кожи человека коррелирует с появлением разрывов в ДНК, снижением экспрессии коллагена и с изменением энзиматического статуса некоторых белков хроматина. Считается, что прогерин, встраиваясь в ядерную оболочку вместо ламина А, приводит к резким изменениям в характере позиционирования хромосом в интерфазных ядрах и, соответственно, нарушает свойственную нормальным фибробластам оркестровку генов. Одной из причин этого феномена может служить «разобщение» метилирования гистонов и связанная с этим эпигенетическая компактизация хроматина. В результате накопления прогерина в мезенхимных стволовых клетках изменяется их молекулярная идентичность и способность к дифференцировке [13]. Coutinho с соавт. высказали предположение, что прогерин, скапливаясь под ядерной мембраной, нарушает ее форму, придает ей хрупкость, снижая ее способность противостоять физическому стрессу [14]. Хроматин теряет сцепление с ядерной оболочкой, «спутывается», что нарушает взаимодействие с ДНК-полимеразой, факторами сплайсинга РНК и транскрипции, дезорганизуя экспрессию генов.

Известны генетические заболевания, обусловленные мутациями в гене ламина А/С. К ним относятся несколько прогероидных синдромов, связанных с ускоренным старением, в том числе и тканей кожи. Впрочем, прогерин экспрессируется и в нормальных фибробластах кожи пожилых людей, хотя и на более низком уровне, чем у пациентов с прогерией Хатчинсона-Джилфорда [15–18] (рис. 4). Недавно были получены интригующие данные: экспрессия прогерина в стареющих фибробластах человека коррелирует с укорочением теломерных регионов хромосом, что, по многим предположениям, является одной из наиболее доказанных причин старения клеток [19].

Возможно, накопление прогерина и деформация клеточных ядер фибробла-стов кожи индуцируются фотоповреждением. В экспериментах на культурах фибробластов молодых и пожилых людей показано, что УФА-облучение клеток приводит к накоплению в них прогерина. В данном случае активация альтернативного сплайсинга ламина А может быть опосредована участием активных форм кислорода [20].

Целью проведенного авторами исследования было выявление влияния фу-коксантина, как ключевого компонента препарата Meso-Xanthin F199, на пролиферацию и жизнеспособность клеток почки эмбриона свиньи, трансформированных геном, кодирующим прогерин человека. Характерной особенностью этих клеток является аномальная конденсация хроматина в ядре и нарушение нормальной репликации ДНК в процессе клеточного деления.

Проведенные эксперименты показали, что фукоксантин дозозависимым образом нормализует основные показатели жизнеспособности клеток, экспресси-рующих прогерин, — структуру хроматина (рис. 5) и синтез ДНК (рис. 6), и не оказывает существенного влияния на деление клеток. Выраженная нормализация структуры хроматина в трансформированных клетках наблюдается при использовании дозы 10мМ, что соответствует концентрации фукоксантина в препарате Meso-Xanthin F199. Поскольку структурное состояние хроматина в ядрах клеток, экспрессирующих прогерин, а именно его аномальная конденсация — надежный показатель включения прогерина в метаболизм клетки, полученные данные позволяют сделать вывод о том, что фукоксантин подавляет экспрессию прогерина и, возможно, замедляет старение клеток.

Итак, по результатам проведенных исследований удалось установить, что исследованные препараты Meso-Xanthin F199 и фукоксантин способны:

  • активировать экспрессию гена мультифункционального белка GADD45A, и, предположительно, играть определенную роль в защите ДНК клеток от повреждения, в том числе фотоиндуцированного, и фотоканцерогенеза;
  • дозозависимым образом участвовать в эпигенетической активации регуляторных генов, усиливающих экспрессию интегринов и, вероятно, генов других белков, существенных для восстановления и поддержания функциональной активности фибробластов кожи и восстановления клеточно-матриксного взаимодействия;
  • при инсталляции в трансформированные модельные эмбриональные клетки почек свиньи фукоксантин нормализует основные показатели жизнеспособности клеток, экспрессирующих прогерин (белок-маркер старения) — структуру хроматина и синтез ДНК. Возможно, это связано с селективным подавлением экспрессии прогерина.

Действие обоих препаратов на экспрессию генов является избирательным: из полутора десятков исследованных генов фибробластов экспрессию изменяли лишь три (ITGB4, ITGA6, GADD45A). При этом Meso-Xanthin F199 и фукоксантин не только влияют на одни и те же гены, но и качественно это влияние весьма сходно. Все это дает основание полагать, что именно фукоксантин является тем компонентом Meso-Xanthin F199, который главным образом, если не исключительно, ответствен за описанные эффекты. Важно подчеркнуть, что избирательное действие на экспрессию генов является одной из ключевых характеристик эпигенетических механизмов. Равно как и является дополнительным подтверждением безопасности препарата.

Полученные данные показывают, что фукоксантин, как при его индивидуальном использовании, так и в составе препарата Mesо-Xanthin F199, может использоваться в качестве препарата геропротекторного действия в отношении кожи.

Предварительные клинические испытания препарата Mesо-Xanthin F199 показали его высокую клиническую эффективность в профилактике и лечении возрастных изменений кожи, что было подтверждено данными клинических наблюдений и УЗ-сканирования [21].

Литература

  1. D’Orazio N., Gemello E., Gammone M.A. et al. Fucoxantin: A Treasure from the Sea Mar Drugs. 2012; 10: 604–616.

  2. Yoshiko S., Nishino H. Fucoxanthin, a Natural Carotenoid, Induces G1 Arrest and GADD45 Gene Expression in Human Cancer Cells. In vivo. 2007; 21: 305–310.

  3. Zheng J., Piao M.J., Keum Y.S., Kim H.S., Hyun J.W. Fucoxanthin Protects Cultured Human Keratinocytes against Oxidative Stress by Blocking Free Radicals and Inhibiting Apoptosis. Biomol Ther (Seoul). 2013; 21 (4): 270–276.

  4. Urikura I., Sugawara T. , Hirata T. Protective ef ect of fucoxanthin against UVB-induced skin photoageing in hairless mice. Biosci. Biotechnol. Biochem. 2011; 75: 757–760.

  5. Shimoda H., Tanaka J., Shan S.J., Maoka T. Anti-pigmentary activity of fucoxanthin and its inf uence on skin mRNA expression of melanogenic molecules. J Pharm Pharmacol. 2010; 62 (9): 1137–1145.

  6. Varani J., Schuger L., Dame M.K., Leonard C., Fligiel S.E., Kang S., Fisher G.J., Voorhees J.J. Reduced f broblast interaction with intact collagen as a mechanism for depressed collagen synthesis in photodamaged skin. J Invest Dermatol. 2004; 122 (6): 1471–1479.

  7. Varani J., Dame M.K., Rittie L. et al. Decreased collagen production in chronologically aged skin. Roles of age-dependent alteration in f broblast function and defective mechanical stimulation. Amer J Pathol. 2006; 168: 1861-1868.

  8. Fisher G.J., Varani J., Voorhees J.J. Looking older: f broblast collapse and therapeutic implications. Arch Dermatol. 2008; 144 (5): 666–672.

  9. Wang F., Garza L.A., Kang S., Varani J., Orringer J.S., Fisher G.J., Voor-hees J.J. In vivo stimulation of de novo collagen production caused by cross-linked hyaluronic acid dermal f ller injections in photodamaged human skin. Arch Dermatol. 2007; 143 (2): 155–163.

  10. Kerscher M., Bayrhammer J., Reuther T. Rejuvenating inf uence of a stabilized hyaluronic acid-based gel of nonanimal origin on facial skin aging. Dermatol Surg. 2008; 34 (5): 720–726.

  11. Шугинина Е.А., Жучкова Т.Н., Климова Т.И., Демидова Л.М. Regenyal Idea — новые возможности контурной пластики. Инъекционные методы в косметологии. 2012; 1: 16–21.

  12. Kligys K.R., Wu Y. , Hopkinson S.B. et al. α6β4 integrin, a master regulator of expression of integrins in human keratinocytes. J Biol Chem. 2012; 87: 17975–17984.

  13. Scaf di P. , Misteli T. Lamin A-dependent misregulation of adult stem cells associated with accelerated ageing. Nat Cell Biol. 2008; 10 (4): 452–459.

  14. Coutinho H.D., Falcao-Silva V.S., Gonçalves G.F., da Nobrega R.B. Molecular ageing in progeroid syndromes: Hutchinson-Gilford progeria syndrome as a model. Immun Ageing. 2009; 6: 4.

  15. Hasty P. , Vijg J. Accelerating aging by mouse reverse genetics: a rational approach to understanding longevity. Aging Cell. 2004; 3 (2): 55–65.

  16. Rodriguez S., Eriksson M. Evidence for the involvement of lamins in aging. Curr Aging Sci. 2010; 3 (2): 81–89.

  17. Scaf di P. , Gordon L., Misteli T. The cell nucleus and aging: tantalizing clues and hopeful promises. PLoS Biol. 2005; 3: e395.

  18. Scaf di P. , Misteli T. Lamin A-dependent nuclear defects in human aging. Science. 2006; 312: 1059–1063.

  19. Cao K., Blair C.D., Faddah D.A., Kieckhaefer J.E., Olive M., Erdos M.R., Nabel E.G., Collins F.S. Progerin and telomere dysfunction collaborate to trigger cellular senescence in normal human f broblasts. J Clin Invest. 2011; 121 (7): 2833–2844.

  20. Takeuchi H., Runger T.M. Longwave UV light induces the aging-associated progerin. J Invest Dermatol. 2013; 133 (7): 1857–1862.

  21. Ашапкин В., Кутуева Л., Ванюшин Б. и др. Препарат MESO-XANTHIN F199 и его роль в эпигенетическом механизме коррекции возрастных изменений кожи (часть 2). Эстетическая медицина. 2014; 1: 35–39.

24.02.15

* Обязательные к заполнению поля.

Представьтесь, пожалуйста: *
Удобное время для звонка:
Телефон: *
Ваш вопрос: