Η αργινίνη είναι ένα αμινοξύ που συμμετέχει σε πολλές βασικές λειτουργίες του οργανισμού, καθώς βοηθά τα κύτταρα να παράγουν πρωτεΐνες, οι οποίες είναι απαραίτητες για ένα ευρύ φάσμα βιολογικών διεργασιών. Ο οργανισμός παράγει από μόνος του αργινίνη, αλλά την προσλαμβάνουμε επίσης από πολλές τροφές πλούσιες σε πρωτεΐνη. Σύμφωνα με τους ειδικούς, τα ασυνήθιστα χαμηλά επίπεδα αργινίνης έχουν συνδεθεί με διάφορες ασθένειες, μεταξύ των οποίων και ο καρκίνος του παχέος εντέρου.

Ο Sohail Tavazoie, επικεφαλής του Εργαστηρίου Συστημικής Βιολογίας του Καρκίνου Elizabeth and Vincent Meyer στο Πανεπιστήμιο Rockefeller, μελετά εδώ και χρόνια αυτή τη σχέση. Το 2023, η ομάδα του διαπίστωσε ότι όταν τα καρκινικά κύτταρα του παχέος εντέρου στερούνταν αργινίνης, συσσώρευαν περισσότερες μεταλλάξεις.

Η πιο πρόσφατη έρευνά τους δείχνει ότι η έλλειψη αργινίνης μπορεί επίσης να αποδυναμώσει το ανοσοποιητικό σύστημα. Όταν η διαθέσιμη αργινίνη είναι περιορισμένη, τα κύτταρα δυσκολεύονται να παράγουν το MHC I, μια πρωτεΐνη που βοηθά το ανοσοποιητικό σύστημα να εντοπίζει απειλές, όπως τα μεταλλαγμένα κύτταρα και οι ιοί που εισβάλλουν στον οργανισμό.

Η αργινίνη μπορεί να αποκαταστήσει ένα βασικό σήμα του ανοσοποιητικού συστήματος

Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι μια μέτρια ποσότητα αργινίνης, περίπου όση περιέχεται σε δύο δισκία που πωλούνται χωρίς ιατρική συνταγή, θα μπορούσε να αποκαταστήσει την έκφραση των γονιδίων που συμμετέχουν στην παραγωγή του MHC I. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Cell.

«Η μελέτη μας αποκαλύπτει με ποιον τρόπο η έλλειψη αργινίνης επηρεάζει τη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος και δείχνει ότι η αύξηση της πρόσληψής της θα μπορούσε να αποδειχθεί ωφέλιμη», ανέφερε η Qiushuang Wu, πρώτη συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο εργαστήριο. «Ίσως αυτό να σημαίνει ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί μαζί με άλλες θεραπείες, τόσο για την αντιμετώπιση του καρκίνου όσο και για την καταπολέμηση των ιογενών λοιμώξεων».

«Η χορήγηση συμπληρωμάτων αργινίνης θα μπορούσε εύκολα να δοκιμαστεί σε ασθενείς που λαμβάνουν ανοσοθεραπεία ή σε άτομα υψηλού κινδύνου που έχουν εκτεθεί σε παθογόνους ιούς», επισήμανε ο Tavazoie. «Δεδομένου ότι η αργινίνη είναι οικονομική και ευρέως διαθέσιμη, ελπίζουμε ότι σύντομα θα πραγματοποιηθούν μελέτες για τη θεραπευτική και την προληπτική χρήση της».

Πώς τα κωδικόνια καθοδηγούν την παραγωγή πρωτεϊνών

Τα αμινοξέα περιγράφονται συχνά ως τα δομικά συστατικά των πρωτεϊνών. Η παραγωγή τους καθορίζεται από τα κωδικόνια, δηλαδή ομάδες τριών βάσεων του DNA που δίνουν στα κύτταρα τις οδηγίες για την παραγωγή κάθε αμινοξέος. Την αργινίνη κωδικοποιούν έξι διαφορετικά κωδικόνια, γεγονός που υπογραμμίζει την ιδιαίτερη σημασία της στην παραγωγή πρωτεϊνών.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν ήδη ότι οι αλλαγές στη διαθεσιμότητα των αμινοξέων μπορούν να επηρεάσουν τον κυτταρικό μεταβολισμό και την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων. Ωστόσο, γνωρίζουν πολύ λιγότερα για το αν αυτές οι αλλαγές μπορούν να επηρεάσουν άμεσα την έκφραση των γονιδίων.

Στη νέα μελέτη, η Wu εξέτασε αν οι μεταβολές στα επίπεδα αργινίνης που οφείλονται στη διατροφή ή σε κάποια ασθένεια μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο εκφράζονται τα γονίδια. Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από το Ινστιτούτο Έρευνας για τις Παγκόσμιες Λοιμώδεις Νόσους του Ιδρύματος Σταύρος Νιάρχος σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο Rockefeller και το Weill Cancer East Hub.

Οι ερευνητές μελέτησαν διάφορα μοντέλα ασθενειών, μεταξύ των οποίων ο καρκίνος του παχέος εντέρου, η γρίπη και η λοίμωξη από τον SARS CoV 2. Καθεμία από αυτές τις ασθένειες είχε συνδεθεί στο παρελθόν με μη φυσιολογικά επίπεδα διαφορετικών αμινοξέων.

«Ένα από τα πιο εντυπωσιακά ευρήματα ήταν ότι, σε όλες αυτές τις ασθένειες, η αργινίνη ήταν το αμινοξύ που παρουσίαζε τη μεγαλύτερη μείωση», τόνισε η Wu.

Τα χαμηλά επίπεδα αργινίνης εμποδίζουν το ανοσοποιητικό σύστημα να αναγνωρίσει τις απειλές

Η Wu χρησιμοποίησε κυτταροκαλλιέργειες για να εντοπίσει ποια γονίδια και ποιες πρωτεΐνες επηρεάζονταν όταν μειώνονταν τα επίπεδα αργινίνης. Διαπίστωσε ότι 414 πρωτεΐνες βρίσκονταν σε ασυνήθιστα χαμηλά επίπεδα. Οι περισσότερες από αυτές παράγονταν από γονίδια που συνδέονται με τις ήδη γνωστές μοριακές λειτουργίες της αργινίνης.

Ένα πιο απροσδόκητο εύρημα αφορούσε τρία γονίδια HLA, τα οποία είναι υπεύθυνα για την παραγωγή των πρωτεϊνών MHC I, δηλαδή των πρωτεϊνών του μείζονος συμπλέγματος ιστοσυμβατότητας τάξης I. Οι πρωτεΐνες MHC I βρίσκονται στην επιφάνεια των κυττάρων σε ολόκληρο το σώμα. Παρουσιάζουν στα Τ λεμφοκύτταρα ξένες ή μη φυσιολογικές πρωτεΐνες. Στη συνέχεια, τα Τ λεμφοκύτταρα κινητοποιούν άλλα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος για να αντιμετωπίσουν την απειλή.

Για την παραγωγή του MHC I πρέπει να ενσωματωθεί αργινίνη σε πολλά σημεία της πρωτεΐνης. Για τον λόγο αυτό, οι ερευνητές υποψιάστηκαν ότι η έλλειψη αργινίνης εμπόδιζε τη συγκεκριμένη διαδικασία. Περαιτέρω πειράματα αποκάλυψαν το ακριβές στάδιο στο οποίο σταματούσε η παραγωγή.

Όταν τα κύτταρα στερούνταν αργινίνης, τα ριβοσώματα, δηλαδή οι κυτταρικοί μηχανισμοί που συνθέτουν τις πρωτεΐνες, σταματούσαν ενώ προσπαθούσαν να παράγουν το MHC I. Χωρίς αρκετή αργινίνη, δεν μπορούσαν να ολοκληρώσουν την παραγωγή της πρωτεΐνης. Έτσι, τα κύτταρα εμφάνιζαν στην επιφάνειά τους λιγότερα σήματα που θα μπορούσαν να προειδοποιήσουν τα Τ λεμφοκύτταρα για την παρουσία πρωτεϊνών που σχετίζονται με τον καρκίνο ή τους ιούς. Αυτό επέτρεπε στα δυνητικά επικίνδυνα κύτταρα να διαφεύγουν ευκολότερα από τον έλεγχο του ανοσοποιητικού συστήματος.

«Αυτά τα ευρήματα είναι συναρπαστικά, επειδή αποκαλύπτουν ότι η πρόσληψη ενός συγκεκριμένου αμινοξέος μπορεί να ρυθμίσει άμεσα την έκφραση των γονιδίων σε έναν οργανισμό, αυξάνοντας την παραγωγή μιας πρωτεΐνης που περιέχει μεγάλη ποσότητα του συγκεκριμένου αμινοξέος», υπογράμμισε ο Tavazoie. «Πιστεύουμε ότι αυτή η επιλεκτική ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης κατά τη σύνθεση των πρωτεϊνών, μέσω αλλαγών στη διατροφή, πιθανότατα αφορά πολλά ακόμη αμινοξέα και πολλές ακόμη πρωτεΐνες».

Λιγότεροι όγκοι στο παχύ έντερο των ποντικιών

Στη συνέχεια, η Wu εξέτασε πώς επηρεάζονταν τα ποντίκια από διαφορετικές ποσότητες αργινίνης στη διατροφή τους. Τα ζώα που ακολουθούσαν διατροφή χαμηλή σε αργινίνη εμφάνισαν περισσότερους όγκους στο παχύ έντερο. Αντίθετα, τα ποντίκια που λάμβαναν περισσότερη αργινίνη εμφάνισαν λιγότερους όγκους.

Σε συνεργασία με τον Heinz Heinrich Hoffman, επίκουρο καθηγητή ερευνητή στο Εργαστήριο Ιολογίας και Λοιμωδών Νόσων του Charles Rice, η Wu επανέλαβε τις διατροφικές μελέτες σε ποντίκια που χρησιμοποιήθηκαν ως μοντέλα για τη γρίπη και τη λοίμωξη από τον κορωνοϊό. Τα αποτελέσματα ακολούθησαν παρόμοιο μοτίβο, ενώ προέκυψε ακόμη ένα απροσδόκητο εύρημα.

«Τα ποντίκια που ακολουθούσαν διατροφή πλούσια σε αργινίνη όχι μόνο εμφάνισαν ηπιότερα συμπτώματα από τις ιογενείς λοιμώξεις, αλλά παρουσίασαν καλύτερη έκβαση ακόμη και όταν τους χορηγήθηκε αργινίνη μετά τη μόλυνσή τους με τον ιό της γρίπης», επισήμανε η Wu. «Αυτό ήταν μεγάλη έκπληξη. Από τα γενετικά μοντέλα μας γνωρίζαμε ότι η μεταβολή των επιπέδων αργινίνης επηρέαζε σημαντικά την έκφραση των γονιδίων, αλλά δεν περιμέναμε ότι οι αλλαγές στη διατροφή θα είχαν εξίσου ισχυρή επίδραση».

Τι μπορεί να σημαίνουν τα ευρήματα για τη γήρανση και τις ασθένειες

Τα ευρήματα δείχνουν ότι η μείωση των επιπέδων αργινίνης μπορεί να εξηγεί εν μέρει γιατί η ανεπαρκής διατροφή και η γήρανση συνδέονται με μεγαλύτερη ευπάθεια σε ορισμένες μορφές καρκίνου και σε ιογενείς λοιμώξεις. Τα επίπεδα αργινίνης μειώνονται φυσικά με την ηλικία και αυτό ενδέχεται να περιορίζει την ικανότητα του ανοσοποιητικού συστήματος να αναγνωρίζει τα μη φυσιολογικά ή μολυσμένα κύτταρα.

«Τα ευρήματα της Qiushuang ρίχνουν φως στο πώς η ανεπαρκής διατροφή και η γήρανση, κατά την οποία τα επίπεδα αργινίνης μειώνονται φυσικά, θα μπορούσαν να δημιουργήσουν τις κατάλληλες συνθήκες για την εμφάνιση καρκίνου του παχέος εντέρου. Αντίστοιχα, η μείωση της αργινίνης που παρατηρείται με την ηλικία θα μπορούσε να συμβάλλει εν μέρει στην αυξημένη θνησιμότητα από ιούς του αναπνευστικού. Εξετάζουμε επίσης αν οι αλλαγές στην πρόσληψη άλλων αμινοξέων μέσω της διατροφής μπορούν να έχουν ευεργετικές επιδράσεις σε διάφορες ασθένειες. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι θα ακολουθήσουν και άλλες ανακαλύψεις», κατέληξε ο Tavazoie.