Kan man rikta detta enzym med långsam åldrande och relaterade sjukdomar?
Att undersöka ett enzym som hindrar celler från att dela sig kan vara en fruktbar väg för forskning om hur man saktar åldrande och behandlar åldringsrelaterade sjukdomar.
Detta var slutsatsen som forskare vid Kobe University i Japan kom till efter att ha studerat enzymet D-aminosyraoxidas (DAO) och dess roll i celler.
DAO metaboliserar D-aminosyror, som till skillnad från deras spegelbilds-kusiner L-aminosyrorna bara har en liten närvaro i däggdjursbiologi.
Av denna anledning, fram till den nyligen genomförda studien, visste forskare lite om effekterna av DAO i kroppen.
Det nya fyndet avslöjar att DAO under processen att metabolisera D-aminosyror producerar reaktiva syrearter (ROS), som är en grupp av instabila molekyler som orsakar cellstress.
Stressfaktorer som DNA-skador och ROS föranleder celler till åldrande, ett irreversibelt tillstånd där de inte längre kan replikera.
Resultatet avslöjar en molekylär mekanism som saknats i tidigare studier som har kopplat ROS till åldrande celler och åldrande.
ROS och cell åldrande
ROS är viktiga aktörer i biologi av åldrande och många sjukdomar som tenderar att öka med stigande ålder, såsom Parkinsons, Alzheimers, diabetes och många cancerformer.
Den senaste studien lägger till en ökande förståelse för åldrande cellers roll i detta förhållande.
Att komma in i ett irreversibelt tillstånd där det inte längre kan dela sig och sprida sig, behöver inte nödvändigtvis minska cellens förmåga till förändring och inflytande.
Tidig forskning föreslog att den huvudsakliga effekten av cellåldring på mänsklig biologi innebar att skydda mot cancer. Begränsat till ett åldrande tillstånd kan celler med skadat DNA inte föröka sig och ge upphov till tumörer.
Sedan dess har studier dock visat att åldrande celler är aktiva i vävnadsreparation, sårläkning, embryonal utveckling och åldrande.
Ett stort fokus för fortsatt forskning är de olika stressfaktorer som kan utlösa celler till att komma in i det irreversibla tillståndet.
Dessutom finns det en växande kunskap om hur åldringsrelaterade biologiska förändringar och sjukdomar involverar ROS och åldrande.
Gå in i rollen som DAO
I tidigare arbete hade forskarna vid Kobe University upptäckt att åldrande utlöser tumörundertryckningsmolekylen p53 och att detta aktiverar genen för DAO.
Men den "studien undersökte inte helt det direkta förhållandet mellan DAO och åldrande", konstaterar de.
I sin nyare undersökning lockade forskarna cancerceller till åldrande genom att utsätta dem för låga nivåer av "ett läkemedel mot cancer som inducerar DNA-dubbelsträngsbrott."
De fann dock att minskning av DAO-aktivitet, antingen med läkemedel eller genom att tysta dess gen, minskade åldrande och ROS-produktion.
I ett annat experiment använde de en DAO-mutant som hindrade den från att fungera som ett enzym. Denna version av DAO producerade dock varken ROS eller främjade åldrande.
Teamet föreslår att detta bevisar att det är DAO: s förmåga som ett enzym att framställa ROS som gör det möjligt att främja åldrande i celler.
I ytterligare experiment upptäckte forskarna andra vägar som hjälper DAO att främja åldrande utlöst av DNA-skada.
En nyckelfaktor är transportgenen SLC52A1, som hjälper till att öka nivåerna av koenzym flavin adenin dinukleotid (FAD).
DAO behöver en leverans av FAD, och SLC52A1 säkerställer denna leverans genom att öka tillgängligheten av vitamin B-2, en ingrediens i FAD.
Forskarna är försiktiga med konsekvenserna av deras resultat. ROS är inte alltid skurkarna: De kan också gynna hälsan. Till exempel kan låga nivåer av ROS förlänga livslängden, och immunsystemet behöver dem för att bekämpa infektioner.
Kanske är det överproduktionen av ROS som orsakar problem och tipsar balansen mot cellstress, sjukdom och åldrande. I detta avseende identifierar studien en tidigare okänd roll för DAO.
Forskarna drar slutsatsen:
"Våra resultat visar tydligt en ny funktion av DAO som en promotor för DNA-skadainducerad åldrande, vilket kan ge ny insikt i [D] -aminosyrans roller i olika fysiologiska och patologiska processer inklusive åldrande, cancer och åldrande."
