Обнаружены новые неожиданные свойства антиоксидантов

Долгое время считалось, что антиоксиданты имеют антивозрастные свойства благодаря своей способности защищать генетический материал организма от химических повреждений. Однако, как недавно выяснилось, все обстоит несколько сложнее.

Коллектив ученых из двух институтов и одного центра, принадлежащих Научным Институтам Здоровья (National Institutes of Health, NIH, США), продемонстрировал, что некоторые антиоксиданты, напротив, повреждают ДНК и уничтожают клетки, а вовсе не защищают их, как считалось ранее. По мнению ученых, эти свойства антиоксидантов можно использовать в противораковой терапии, однако, для лечения других заболеваний, таких как диабет, применять лекарственные препараты, содержащие антиоксиданты, нужно с крайней осторожностью.

«Это очень неожиданное открытие», - говорит один из авторов исследования Кайюнджи Майюнг (Kyungjae Myung), ведущий разработчик отделения генетики и молекулярной биологии Национального Исследовательского Института Генома Человека (National Human Genome Research Institute, NHGRI).

Многие люди пытаются повысить уровень антиоксидантов в организме, употребляя в пищу большое количество овощей, фруктов, орехов, злаков, а также принимая витамины А, С, Е и бета-каротины. Результаты некоторых проведенных исследований свидетельствуют о том, что антиоксиданты абсорбируют свободные радикалы, образующиеся при сжигании кислорода в процессе дыхания. Свободные радикалы инициируют случайные химические реакции, приводящие к повреждению компонентов клетки, включая ДНК, что может вызвать развитие различных заболеваний. Добавляя в свой рацион антиоксиданты, люди надеются замедлить эти процессы, которые, как некоторые верят, вызывают процессы старения.

Лаборатория доктора Майюнга занимается исследованием процесса репарации ДНК – ферментативной системы клетки, исправляющей ошибки и другие повреждения, накапливаемые в ДНК в ходе деления клетки. Ученые знают, что нарушения в системе репарации ДНК могут привести к развитию различных заболеваний, в том числе, онкологических.

Для изучения клеточных репарационных механизмов научная группа Майюнга занималась поиском более простого способа выявления соединений, повреждающих ДНК. Используя выращенную в лаборатории линию клеток почки человека, ученые разработали новый лабораторный метод для выявления повреждений ДНК определенными соединениями.

После разработки теста научная группа Майюнга начала сотрудничество с двумя другими исследовательскими группами NIH. Одной из них стала группа под руководством Кристофера Остина (Christopher Austin) из центра NCATS (NIH National Center for Advancing Translational Sciences), которая за последние несколько лет разработала высокопроизводительную систему скрининга молекул с использованием робототехники. Остин согласился провести с Майюнгом исследование по быстрому тестированию тысяч соединений на способность к повреждению ДНК. Но как понять, какие именно молекулы нужно тестировать?

В 2008 г. Центр Химической Геномики (NIH Chemical Genomics Center), ныне входящий в состав NCATS, а также Национальный Институт Здоровья Окружающей Среды (National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS)) и Американская Организация по Защите Окружающей Среды (U.S. Environmental Protection Agency (EPA)) сформировали инициативу под названием Tox21 с целью разработки методов высокопроизводительного скрининга для измерения вреда, наносимого клетке природными химическими соединениями. Tox21 создала библиотеку из 2 тыс. соединений и согласилась протестировать их методом Майюнга. Кроме того, ученые из NHGRI предоставили еще 2 тыс. коммерчески доступных соединений для исследования.

Результаты скрининга удивили: выяснилось, что 22 антиоксиданта (которые вошли в число анализируемых молекул) повреждают ДНК. Три из них – ресвератрол, генистеин и байкалеин – в настоящее время используются (или проводятся соответствующие испытания) для лечения некоторых заболеваний, в том числе, остеопороза, остеопении, диабета 2 типа, хронического гепатита и заболеваний сердца, а также применяются в качестве антивозрастных средств.

Ученые выяснили, что антиоксиданты не только повреждают ДНК, но для делящихся клеток (например, клеток раковых опухолей) они могут оказаться летальными.

«В этом прелесть биологии, - говорит Остин. – Только ты решил, что понял что-то, все оказывается намного сложнее. Научная группа NHGRI не только разработала тест для выявления повреждений ДНК, но обнаружила новые свойства антиоксидантов».

Полученные данные открывают новые направления исследований. На первом этапе ученые планируют расширить спектр анализируемых соединений до 300 тыс. Инициатива Tox21 решила включить тест, разработанный командой Майюнга, в стандартный скрининг по оценке биологического вреда, наносимого химическими соединениями клетке.

Однако клиническую ценность полученных результатов пока сложно оценить. Исследование проводилось на клеточных линиях. Предстоит еще провести эксперименты на живых организмах животных и человека.

Однако подобные работы уже проводятся. Несколько научных коллективов запустили исследования по оценке повреждений ДНК антиоксидантами при различных заболеваниях. Например, 44 исследования представлены на сайте www.clinicaltrials.gov для ресвератрола, обнаруживаемого во многих продуктах питания, включая красный виноград, вино, арахис и шоколад. В основном исследования фокусируются на лечении болезни Альцгеймера, диабета 2 типа, ожирения, рака предстательной железы, множественной миеломы, а также тестировании антивозрастных свойств антиоксидантов. «Недавно опубликованные результаты не подтвердили предположение о том, что ресвератрол в красном вине вреден. Однако это может быть связано с тем, что доза не достаточно высока», - говорит Майюнг.

Также было запущено 43 исследования по оценке влияния генистеина на лечение рака предстательной железы, поджелудочной железы, мочевого пузыря, молочной железы, почек и кожи (метастатическая миелома).

Несмотря на то, что антиоксиданты повреждают ДНК, ученые сообщают о том, что эти вещества не вызывают генетических мутаций. «Поскольку антиоксиданты не вызывают мутаций, их можно использовать для лечения рака», - говорит Майюнг.



Ученые продемонстрировали, то некоторые антиоксиданты повреждают ДНК и уничтожают клетки, а вовсе не защищают их, как считалось ранее. Новые данные наводят на мысль о том, что эти новые неожиданные свойства антиоксидантов можно использовать для лечения рака. (фото: © Chariclo / Fotolia)

По материалам NIH/National Human Genome Research Institute

Оригинальная статья:
J. T. Fox, S. Sakamuru, R. Huang, N. Teneva, S. O. Simmons, M. Xia, R. R. Tice, C. P. Austin, K. Myung. High-throughput genotoxicity assay identifies antioxidants as inducers of DNA damage response and cell death. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012; DOI: 10.1073/pnas.1114278109