Представьте себе, если бы мы могли вдыхать ароматы, которые замедляют возникновение рака, воспалений или нейродегенеративных заболеваний. Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде собираются приблизить эту футуристическую технологию к реальности.
В ходе лабораторных экспериментов группа под руководством Анандасанкара Рэя, профессора молекулярной, клеточной и системной биологии , подвергла плодовую мушку (Drosophila melanogaster) воздействию диацетила, микробного летучего соединения, выделяемого дрожжами, и обнаружила изменения в экспрессии генов в усиках мухи. всего за несколько дней. В отдельных экспериментах команда обнаружила схожие изменения экспрессии генов в клетках мышей и человека .
«То, что воздействие одоранта может напрямую изменить экспрессию генов даже в тканях, не имеющих рецепторов запахов, стало полной неожиданностью», — сказал Рэй. «Эти молекулы способны проникать в ядро клетки через клеточную мембрану».
Диацетил широко используется в ароматизаторах пищевых продуктов и напитков. Он встречается в природе во многих молочных продуктах и является естественным побочным продуктом брожения и пивоварения. Хотя диацетил содержится в пиве, вине, греческом йогурте и многих созревающих фруктах, вдыхание его в высоких концентрациях считается небезопасным.
«Наше первоначальное открытие было сделано с использованием диацетила в качестве доказательства концепции, и это соединение, возможно, не является идеальным кандидатом для терапии», — сказал Рэй. «Мы уже работаем над выявлением других летучих веществ, которые приводят к изменениям в экспрессии генов. Наш важный вывод заключается в том, что некоторые летучие соединения, выделяемые микробами и пищей, могут изменять эпигенетические состояния в нейронах и других эукариотических клетках. Наше исследование является первым сообщением о поведении обычных летучих веществ. таким образом. Это открывает целое поле исследований. Возможности безграничны».
Исследование, опубликованное в журнале eLife , показывает, что изменения в экспрессии генов и хроматине — смеси ДНК и белков, образующих хромосомы — возможны в организме даже без того, чтобы организм активно потреблял источник летучих соединений. Источник может находиться даже на некотором расстоянии от организма.
«Мы впервые показали, что некоторые из этих молекул запаха, воздействию которых мы подвергаемся и которые всасываются в клетки нашей кожи, носа, легких и, возможно, даже в мозг через кровоток, фундаментально изменяют экспрессию генов», — сказал Рэй. сказал. «Есть ли это повод для беспокойства? Как это влияет на нашу предрасположенность к определенным заболеваниям? Как именно это влияет на экспрессируемые нами гены? Эти вопросы остаются без ответа».
Команда Рэя обнаружила, что диацетил может действовать как ингибитор ферментов гистондеацетилазы, или HDAC, и обнаружила несколько родственных летучих веществ с аналогичным потенциалом. Ингибиторы HDAC используются в качестве противораковых препаратов и могут также найти применение при лечении воспалительных заболеваний, а также нейродегенерации. Когда HDAC, которые консервативны у растений и животных, ингибируются, ДНК становится менее компактной в клетках, что приводит к большей экспрессии генов.
«Это открывает возможность для ингибиторов HDAC на основе одорантов замедлять нейродегенерацию или дефицит памяти при заболеваниях», — сказал Рэй.
Анандасанкар Рэй — профессор молекулярной, клеточной и системной биологии в Калифорнийском университете в Риверсайде и основатель стартапов Remote Epigenetics и Sensorygen. Фото: Стэн Лим, Калифорнийский университет в Риверсайде.
У плодовой мушки команда Рэя обнаружила, что воздействие летучих диацетиловых веществ существенно замедляет дегенерацию фоторецепторных клеток, связанную с болезнью Хантингтона. У трансгенных мышей команда обнаружила, что воздействие диацетила привело к изменениям экспрессии генов в легких и мозге; уровни генов, которые повышаются при раке, таком как нейробластома, показали значительное снижение у мышей, подвергшихся воздействию диацетила.
В клеточных линиях человека команда обнаружила, что диацетил изменил уровни ацетилирования: более высокие уровни ацетилирования приводят к более высоким уровням экспрессии генов. В ходе дальнейших испытаний на линиях раковых клеток человека команда обнаружила, что воздействие диацетила предотвращает пролиферацию нейробластомы.
Помимо болезней человека, исследование имеет огромное значение для сельского хозяйства. Поскольку HDACs высоко консервативны, они также влияют на растения.
«Похоже, что растения очень сильно реагируют на некоторые из этих летучих веществ», — сказал Рэй. «В растениях на любой процесс, требующий изменений в экспрессии генов, теперь можно повлиять путем воздействия этого особого класса пахучих веществ».
Рэй объяснил, что летучие вещества подобны крошечным лекарствам, которые могут изменять уровни экспрессии генов и использовать генетический потенциал растения для улучшения роста корней, листьев, цветов и даже реакции на абиотический стресс, такой как заморозки и засуха.
«Летучие химические вещества могут доставить терапевтическую дозу растениям и животным без необходимости приема таблеток или инъекций», — сказал он. «Их можно просто вдохнуть, что почти придает новый смысл терапии на основе ароматов».
С помощью Управления технологического партнерства UCR Рэй подал патенты на летучие вещества, которые могут замедлить нейродегенерацию и рак, а также изменить рост растений и реакцию на стресс.
