Biotechnologia.pl: Czym są metaloproteinazy?

Bożena Tyszczuk: Metaloproteinazy to dość liczna, bo licząca ponad 20 grupa enzymów o właściwościach proteolitycznych. Związki te wchodzą w skład wszystkich tkanek i narządów człowieka. Ekspresja i produkcja metaloproteinaz stwierdzana jest niemal we wszystkich komórkach ludzkiego organizmu. Występują zarówno w formie rozpuszczalnej, jak i związanej z błoną komórkową.

Jaka jest ich budowa, rola, funkcja i mechanizm działania?

Metaloproteinazy są endopeptydazami, zawierającymi w swojej budowie atom cynku. Cynk pełni w nich rolę katalityczną. We wszystkich metaloproteinazach występują powtarzające się wspólne fragmenty budowy tzw. domeny. Każda domena zbudowana jest z różnej liczby aminokwasów i zawiera odmienne jony, które decydują o jej stabilności i aktywności enzymatycznej. Istnieją pewne domeny (np.: propeptydowa, katalityczna oraz peptyd sygnałowy), które występują we wszystkich MMPs.

Metaloproteinazy odgrywają bardzo istotną rolę zarówno w procesach fizjologicznych, jak również patologicznych ustroju. Biorą ponadto udział w etiologii szeregu chorób skóry, m.in. łuszczycy, trądziku różowatego, chorób pęcherzowych, twardziny i owrzodzeń podudzi.

MMPs są syntezowane i wydzielane w formie nieaktywnej (jako proenzymy- proMMP), zaś ich aktywacja zachodzi w procesie zewnątrzkomórkowym w wyniku odszczepienia cysteiny.  Następstwem tego są zmiany w strukturze przestrzennej cząsteczki. Odsłonięte zostaje aktywne centrum, zawierające atom cynku. Kontrola aktywności MMP zachodzi także na etapie uczynnienia formy proenzymu.

Jaki jest ich udział w procesie starzenia?

Metaloproteinazy biorą udział w starzeniu zewnątrzpochodnym tj. takim, które jest indukowane działaniem promieniowania UV. Promieniowanie to, poprzez pobudzanie stresu oksydacyjnego oraz indukcję receptorów dla czynników wzrostu i cytokin, zwiększa ekspresję AP-1 (ang. activating protein 1). Jednym z efektów stymulacji AP-1 jest indukcja aktywności MMPs. Głównym obszarem działania metaloproteinaz jest hydroliza składników macierzy zewnątrzkomórkowej, przede wszystkim kolagenu.

W wyniku fotostarzenia degradacji ulegają poszczególne typy kolagenu. Degradacja włókien kolagenowych i elastycznych wywołana jest działaniem enzymów – elastazy i kolagenazy. Zmniejszenie ilości kolagenu I prowadzi do spadku jędrności skóry oraz powstania charakterystycznych głębokich zmarszczek i bruzd. Metaloproteinazy-2 i -9 (z grupy żelatyna z) rozkładają  natomiast kolagen IV.

Jakie substancje hamują ich działanie? W jaki sposób się to odbywa?

Hamujące działanie wobec nadmiernej ekspresji MMP wykazują ich naturalne tkankowe inhibitory TIMPs (ang. tissue inhibitor of matrix metalloproteinases) oraz α2- makroglobulina (proteina produkowana w wątrobie), która pełni rolę inhibitora wszystkich metaloproteinaz.

Aktywność proteolityczna metaloproteinaz regulowana jest poprzez stosunek poziomu ich ekspresji do poziomu czynników hamujących.

Można wyróżnić cztery grupy inhibitorów metaloproteinaz (występujące w przestrzeni zewnątrzkomórkowej oraz płynach ustrojowych). Najpowszechniej występującymi TIMPs w tkankach są TIMP-1 i -2. Hamowanie proteolitycznej aktywności MMP zachodzi poprzez tworzenie kompleksów miedzy aktywnymi formami metaloproteinaz lub proenzymów, a ich tkankowymi inhibitorami.

W jaki sposób wiedza na temat metaloproteinaz wykorzystywana jest we współczesnej kosmetologii?

Proces starzenia zewnątrzpochodnego, a więc ten na który możemy mieć wpływ jest nieustannie badany. Efektem tych badań są coraz ciekawsze i bardziej skuteczne surowce i składniki aktywne, stosowane w kosmetykach. Firmy kosmetyczne i surowcowe posiadają doskonale wyposażone laboratoria badawcze, w których pracują najlepsi badacze. Efekty ich żmudnej pracy i wiedzy z zakresu fizjologii skóry, pozwalają na odkrycia nowych skutecznych substancji, które mogłyby znacząco opóźnić oznaki starzenia. Jednymi z takich surowców są te, które działają na zasadzie TIMPs. Są to substancje pochodzenia naturalnego, a więc ekstrakty uzyskane z roślin np.: ekstrakt ze skórki owoców liczi czy ekstrakt z liści RubusFruticosus. Są to także peptydy np.: Tripeptyd-2, czy Myristoyl Tetrapeptide-20.

Czy według Pani zahamowanie ekspresji metaloproteinaz może w dużej mierze zahamować proces starzenia?

Tak, jestem przekonana, że hamując ekspresję i aktywność metaloproteinaz możemy znacznie opóźnić proces starzenia. Niestety nie mamy większego wpływu na proces starzenia wewnątrzpochodnego, natomiast możemy opóźnić efekty fotostarzenia. Pamiętać trzeba przede wszystkim o fotoprotekcji. Stosowanie preparatów fotoochronnych to najlepsza metoda na ochronę skóry przed zgubnymi skutkami promieniowania UV.

Czy nadal trwają badania nad wykorzystaniem inhibitorów metaloproteinaz w kosmetykach? Czego dotyczą?

Stale poszukuje się substancji, które hamują aktywność metaloproteinaz. Są to zarówno substancje syntetyczne, jak i naturalne, hamujące działanie poszczególnych typów metaloproteinaz. Związki te wykazują też działanie przeciwzapalne, przeciwrodnikowe oraz pobudzające syntezę elementów podporowych skóry.

Jakie są przykłady kosmetyków zawierających inhibitory metaloproteinaz?

To przede wszystkim kosmetyki anty-ageing oraz dermokosmetyki dedykowane cerze problemowej (np. z trądzikiem różowatym, w patogenezie którego udział MMP jest znaczny). Dodaje się je wszędzie tam, gdzie isnieje potrzeba uzyskania efektu ochronnego przed UV, wolnymi rodnikami i zanieczyszczeniami powietrza. Mogą się również znaleźć w produktach do opalania, jak i tych stosowanych po kąpielach słonecznych.

Portal Biotechnologia.pl serdecznie dziękuje za udzielenie wywiadu.

Rozmawiała Agata Lebiedowska