Witamina C wciąż zaskakuje

Kwas askorbinowy znany jest od 80 lat, a wciąż odkrywane są jego funkcje i zastosowania. Naukowcy z University of California wykazali rolę witaminy C przy regulacji aktywności genów w komórkach macierzystych. Odkrycie znajdzie zastosowanie przy udoskonaleniu zapłodnienia in vitro i terapii specyficznych rodzajów nowotworów.

Wykazano, że kwas askorbinowy wpływa na regulację włączania i wyłączania genów w komórkach macierzystych myszy, co może mieć duży wpływ na kierunek rozwoju zarodków u myszy i innych zwierząt. Witamina asystuje enzymom dezaktywującym specyficzne geny nowo powstałego embrionu zaraz po zapłodnieniu. Ekspresja genów w komórce jest ściśle regulowana na różnych poziomach rozwoju. Informacja dotycząca schematu ekspresji jest zakodowana w genomie, jednak sama regulacja jest dokonywana poprzez działanie czynników pozagenowych na DNA - tego typu regulacje określane są mianem epigenetyki.

Jak twierdzi kierownik zespołu który dokonał odkrycia,  Miguel Ramalho-Santos czasie, w najbliższym czasie naukowcy pracujący na komórkach macierzystych powinni rozważyć włączenie witaminy C do procedur badawczych. Pozwoli to uzyskać bardziej żywotny i użyteczny dla nauki materiał. Samo odkrycie zostało dokonane przypadkiem podczas testów porównawczych różnych formuł pożywek wzrostowych, używanych do hodowli mysich embrionalnych komórek macierzystych.

Pracownicy zespołu badawczego porównywali dostępne komercyjne pożywki wzrostowe dla mysich komórek macierzystych. Badano jak poszczególne składniki pożywek wpływają na aktywność genów w komórkach macierzystych. Stwierdzono, że dodanie witaminy C prowadzi do zwiększenia aktywności kluczowych enzymów zapobiegających aktywacji zespołu genów. Wyłączenie aktywności następuje poprzez poreplikacyjną metylację DNA. Miejsca, w których ta chemiczna modyfikacja występuje nie są przypadkowe - metylacja zachodzi w specyficznych punktach genów, zwanych wyspami CpG. Za pomocą metylacji i modyfikacji histonów wyłączany jest też drugi chromosom X u samic ssaków łożyskowych.

Podczas rozwoju organizmów wielokomórkowych grupy metylowe przy udziale enzymów (DNA-metylotransferaz) są przyłączane do DNA według określonych wzorów podczas kolejnych podziałów komórkowych.  Embrionalne komórki macierzyste są "odblokowane", czyli niewiele genów jest wyłączonych metylacją. Są pluripotentne, czyli mogą rozwinąć się w każdy typ komórki. W pewnym momencie podziałów w embrionie zachodzi metylacja większości wysp CpG, wyłączając wiele genów. W dalszych etapach rozwoju geny specyficzne tkankowo są demetylowane, następuje ich aktywacja i komórki mogą rozwijać się w kierunku różnych tkanek (co jest zależne właśnie od wzoru metylacji DNA działającego w danej komórce). Wzór ten z niewielkimi modyfikacjami utrzymuje sie do końca życia.

Odblokowywanie genów za pomocą demetylacji jest realizowane przez enzymy klasy Tet. Naukowcy z UCFS zademonstrowali, że enzymy Tet wymagają dla swojej prawidłowej aktywności demetylacyjnej właśnie witaminy C. Dzięki obecności tego składnika w pożywce aktywność genów w komórkach macierzystych na szalce jest podobna, jak podczas pierwszych faz rozwoju mysiego embrionu.

Ramalho-Santos wskazuje na potencjalne wykorzystanie tej wiedzy także w opracowywaniu terapii niektórych nowotworów, w których zachodzi nieprawidłowa metylacja DNA. Co więcej, zgodnie z ostatnimi doniesieniami, wiele dojrzałych tkanek także posiada komórki macierzyste, generujące różne typy komórek znajdujących się w danej tkance. Na tej podstawie zasugerowano, że jedną z ról witaminy C może być utrzymywanie prawidłowego działania tych komórek. Kwestia ta pozostaje do ustalenia, ponieważ nie opisano jeszcze roli enzymów Tet w dorosłych tkankach.

Witamina C znajduje się już w niektórych komercyjnie dostępnych pożywkach, jednak jako antyoksydant przeciwdziałający uszkodzeniom chemicznym. Jak wykazał Ramalho-Santos inne antyoksydanty nie wykazują wpływu na aktywność enzymów Tet.

Mija 80 lat, od kiedy witamina C została opisana jako czynnik zapobiegający szkorbutowi, chorobie powstającej w wyniku braku działania enzymów (hydroksylazy prolinowej i lizynowej), zależnych od witaminy C. Obecnie braki kwasu askorbinowego w państwach rozwiniętych są bardzo rzadkie, z uwagi na jego popularność jako suplementu, składniku leków i dodatku konserwującego do żywności. potencjalne korzyści zdrowotne witaminy C są wciąż przedmiotem badań. Choć jest ona uznawana za trudną do przedawkowania, należy pamiętać o jej silnych właściwościach przeciwutleniających. Niektóre badania wskazują, że znaczny nadmiar antyoksydantów (np. w wyniku przesadzonej suplementacji) może prowadzić do nieprawidłowości genetycznych w komórkach.

Ramalho-Santos planuje kontynuację badań odkrytego zjawiska na żyjących myszach. Chce zbadać związki ekspresji genów i witaminy C w warunkach in vivo.

red. Seweryn Frasiński

źródła:

www.ucsf.edu

Vitamin C induces Tet-dependent DNA demethylation and a blastocyst-like state in ES cells. doi:10.1038/nature12362DNA methylation: TET proteins—guardians of CpG islands? doi:10.1038/embor.2011.233Physiological Levels of Reactive Oxygen Species Are Required to Maintain Genomic Stability in Stem Cell. doi:10.1002/stem.438

Łukasik M., Karmalska J. 2009 Wpływ Metylacji DNA na Funkcjonowanie Genomu. Biul. Wydz. Farm. WUM 2:13-18