SkQ je třída antioxidantů cílených na mitochondrie vyvinutá pod vedením akademika Vladimira Skulacheva .
V širokém smyslu je SkQ lipofilní kationt spojený přes nasycenou uhlovodíkovou skupinu s antioxidantem. Díky své lipofilitě SkQ účinně proniká buněčnými membránami. V tomto případě kladný náboj zajišťuje cílené dodání připojeného antioxidantu do záporně nabité mitochondriální matrice . Látky tohoto typu, stejně jako léky na nich založené a způsoby jejich použití jsou patentovány jak v Rusku, tak v dalších zemích včetně USA, EU, Číny, Japonska atd. [1] [2] [3] [4 ]
Někdy se termín SkQ používá v úzkém smyslu k označení kationtového derivátu rostlinného antioxidantu plastochinonu .
V roce 1969 byla poprvé navržena látka, která se hromadí v mitochondriích – trifenylfosfonium (TPP, nabitý trifenylfosfin ), sloučenina s nízkou molekulovou hmotností sestávající z kladně nabitého atomu fosforu obklopeného třemi hydrofobními fenyly [5] . V roce 1970 byla předložena myšlenka použít TPP k cílenému dodávání sloučenin do mitochondriální matrice [6] . V roce 1974 pojmenoval TPP a jeho deriváty slavný americký biochemik D. Green [7] ionty Skulachev .
V roce 1999 byla publikována první práce o cíleném dodávání antioxidantu do mitochondrií - alfa-tokoferolu , napojeného uhlovodíkovým řetězcem na TPP. Sloučenina byla pojmenována MitoVitE [8] .
První široce známý antioxidant zaměřený na mitochondrie byl později syntetizovaný MitoQ . Jeho antioxidační složka je reprezentována ubichinonem , který je spojen přes 10-uhlíkový alifatický řetězec s TPP [9] .
Na počátku 21. století začala skupina ruského akademika V.P. Skulačova s vývojem SkQ, antioxidantu zaměřeného na mitochondrie podobného MitoQ, ale s nahrazením ubichinonu plastochinonem . Plastochinon je analogem ubichinonu z rostlinných chloroplastů, přičemž je aktivnější [10] .
Účinnost sloučenin SkQ se ukázala být stokrát vyšší než u předchozích analogů. Bylo syntetizováno a testováno několik Sk-sloučenin s modifikovanou lipofilní nebo antioxidační skupinou, s různou délkou alifatického linkeru. Všechny tyto sloučeniny mají zkrácené názvy odvozené od Skulachevova příjmení (Sk), písmeno pro ubichinon (Q) a modifikaci (písmeno a/nebo číselný znak, např. R1 pro derivát rhodaminu a plastochinon ). Největší množství dat bylo získáno pro SkQ1 a SkQR1 [11] [12] .
Od roku 2005 probíhá testování a byl prokázán antioxidační účinek SkQ in vitro [13] [14] .
Později byly vlastnosti SkQ testovány in vitro na fibroblastech a in vivo na různých organismech: myších [15] , ovocných muškách, kvasinkách a mnoha dalších [16] . SkQ chrání buňky před smrtí při oxidativním stresu a je také účinný při léčbě onemocnění souvisejících s věkem u zvířat [17] [18] .
Od roku 2008 začal vývoj léků na bázi SkQ. V roce 2012 bylo v Rusku schváleno použití očních kapek Vizomitin na bázi SkQ1 k léčbě syndromu suchého oka a počátečního stadia katarakty [19] . Rovněž bylo zahájeno testování účinnosti SkQ-léků proti dalším nemocem, a to jak v Rusku, tak v USA [20] [21] .
V roce 2016 byla provedena klinická studie fáze 1 perorálního léku na bázi SkQ1 [22] .
V roce 2017 bylo zjištěno, že SkQ má silný antibakteriální účinek a je schopen inhibovat aktivitu enzymů multirezistence u bakterií [23] [24] .
Od roku 2019 projekt Skulachev vyvíjí mitochondriální antioxidanty v několika směrech: syntéza a testování nových sloučenin SkQ, testování účinků na různé modelové systémy a u různých onemocnění [25] .
Sloučenina SkQ se skládá ze tří částí: antioxidantu, C-alifatického linkeru a lipofilního kationtu.
Seznam některých SkQ a příbuzných sloučenin:
| 1 SkQ | lat. 10-(6'-Plastochinonyl)decyltrifenylfosfonium |
| SkQR1 | lat. 10-(6'-Plastochinonyl)decylrhodamin-19 |
| 2 SkQ | lat. 10-(6'-plastochinonyl)decylkarnitin |
| 2 mil. SkQ | lat. 10-(6'-plastochinonyl)decylmethylkarnitin |
| 3 SkQ | lat. 10-(6'-methylplastochinonyl)decyltrifenylfosfonium |
| 4 SkQ | lat. 10-(6'-plastochinonyl)decyltributylamonium |
| 5 SkQ | lat. 5-(6'-plastochinonyl)amyltrifenylfosfonium |
| SkQBerb | lat. 13-[9-(6-plastochinonyl)nonyloxykarbonyl-methyl]berberin |
| SkQPalm | lat. 13-[9-(6-plastochinonyl)nonyloxykarbonyl-methyl]palmatin |
| C12TPP | lat. dodecyltrifenylfosfonium |
| MitoQ | lat. 10-(6-ubichinoyl)decyltrifenylfosfonium |
Lipofilní kation určuje účinnost pronikání membrány do mitochondriální matrix. Nejlepší vlastnosti vykazují sloučeniny SkQ s trifenylfosfoniovým iontem (TPP): MitoQ, SkQ1 a další.
Sloučeniny s rhodaminem 19, jako je SkQR1, nejsou horší než oni. Rhodamin má fluorescenční vlastnosti, proto se jeho deriváty používají k vizualizaci mitochondrií [26] .
Deriváty SkQ s methylkarnitinem (SkQ2M), s tributylamoniem (SkQ4) jako lipofilními kationty mají slabou penetrační schopnost [27] .
Zajímavé je, že byly testovány i kationty se známými léčivými vlastnostmi, berberin a palmatin. Jejich deriváty se SkQ (SkQBerb a SkQPalm) se svými vlastnostmi příliš neliší od SkQ1 a SkQR1 [28] .
Sloučeniny SkQ využívají dekamethylenový linker (alifatický řetězec s 10 atomy uhlíku). Zmenšení délky řetězce vede ke zhoršení penetrační schopnosti iontu. To bylo prokázáno u SkQ5, sloučeniny s pentamethylenovým linkerem [27] .
Počítačové metody (molekulární dynamika v membráně) ukázaly, že délka linkeru 10 je optimální pro projevení antioxidačních vlastností SkQ1. Chinonový zbytek se nachází přesně kolem atomů C9 nebo C13 membránových mastných kyselin, které musí být redukovány (podrobnosti viz Mechanismus účinku ) [29] .
Sloučeniny bez antioxidační skupiny se používají ke kontrole účinku SkQ. Například se jedná o C12 -TPP a C12R1 . Pronikají do mitochondrií, ale neinhibují oxidaci. Je zajímavé, že tyto sloučeniny částečně prokazují pozitivní účinky SkQ. To je způsobeno jevem mírného rozpojení mitochondriální membrány (podrobnosti viz Mechanismus účinku ).
Sloučeniny s tokoferolem a ubichinonem se z historických důvodů nazývají MitoVitE a MitoQ, i když formálně je lze klasifikovat jako sloučeniny SkQ. MitoQ se tradičně používá pro srovnání s SkQ.
Antioxidační aktivita je nejvyšší u sloučenin s thymochinonem (SkQT1 a SkQTK1). Thymochinon je derivát plastochinonu, ale s jedním methylovým substituentem na aromatickém kruhu. Další v řadě antioxidační aktivity jsou sloučeniny s plastochinonem (SkQ1 a SkQR1), se dvěma methylovými substituenty. Ještě méně aktivní je SkQ3 se třemi methylovými substituenty. SkQB bez methylových substituentů vykazuje nejslabší vlastnosti.
Obecně lze řadu antioxidační aktivity prezentovat následovně: SkQB < MitoQ < DMMQ ≈ SkQ3 < SkQ1 < SkTQ [30] .
Pozitivní účinek působení SkQ se vysvětluje jeho charakteristickými vlastnostmi:
Látky SkQ jsou díky své lipofilitě schopny pronikat do lipidové dvojvrstvy . Pohyb nastává podél elektrického potenciálu v důsledku přítomnosti kladného náboje. Mitochondrie buňky jsou jediným intracelulárním kompartmentem s negativním nábojem. SkQ v nich proto účinně proniká a hromadí se.
Akumulační faktor lze odhadnout z Nernstovy rovnice . K tomu je třeba vzít v úvahu, že potenciál plazmatické membrány buňky je asi 60 mV (cytoplazma má záporný náboj) a potenciál mitochondriální membrány je asi 180 mV (matrix má záporný náboj). nabít). V důsledku toho je elektrický gradient SkQ mezi extracelulárním médiem a mitochondriální matricí 104 .
Je třeba také vzít v úvahu, že SkQ má vysoký distribuční koeficient mezi lipidem a vodou, řádově 104 . Při zohlednění bude celkový koncentrační gradient SkQ 10 8 [26] .
Oxidace organických látek buňky pomocí ROS je řetězový proces. Řetězové reakce přeměn se provádějí za účasti aktivních volných radikálů - peroxidu (RO 2 * ), alkoxy (RO * ), alkylu (R * ) a samotných ROS (superoxidový anion, singletový kyslík).
Jedním z hlavních cílů ROS je kardiolipin , polynenasycený fosfolipid vnitřní mitochondriální membrány, který je zvláště citlivý na peroxidaci. Po ataku C 11 atomu kyseliny linolové kardiolipinu vzniká peroxylový radikál, který je stabilizován v polohách C 9 a C 13 díky sousedním dvojným vazbám.
SkQ1 je umístěn v mitochondriální membráně tak, že plastochinonový zbytek je umístěn přesně v blízkosti kardiolipinu C 9 nebo C 13 (v závislosti na konformaci SkQ). Může tedy rychle a účinně uhasit peroxylový radikál kardiolipinu [29] .
Další důležitou vlastností SkQ je obnovitelnost. Po neutralizaci ROS přechází plastochinonový zbytek do oxidované formy. Dále je rychle obnoven komplexem III dýchacího řetězce . SkQ tedy díky fungování dýchacího řetězce existuje především v redukované, aktivní formě.
V některých případech (například v experimentech na délce života Drosophila nebo na rostlinných modelech) by sloučenina C12 -TPP (bez plastochinonového zbytku) mohla úspěšně nahradit SkQ1 [29] .
Tento jev se vysvětluje skutečností, že jakákoli hydrofobní sloučenina s delokalizovaným kladným nábojem je schopna přenášet anionty mastných kyselin z jedné strany membrány na druhou, čímž se snižuje transmembránový potenciál [31] . Tento jev se nazývá rozpojení dýchání a syntézy ATP na mitochondriální membráně. V buňce je tato funkce normálně vykonávána odpojováním proteinů (nebo UCP, včetně termogeninu z adipocytů hnědého tuku) a ATP/ADP antiporterem.
Slabé odpojení membrány vede k mnohonásobnému poklesu množství ROS produkovaného mitochondriemi [32] .
Sloučeniny SkQ ve vysokých koncentracích (mikromoly a více) vykazují vlastnosti prooxidantu – vyvolávají tvorbu ROS .
Výhodou SkQ1 je, že rozdíl v koncentracích mezi pro- a antioxidační aktivitou je 1000násobný. Experimenty na mitochondriích ukázaly, že SkQ1 začíná vykazovat antioxidační vlastnosti již při koncentracích 1 nmol a prooxidační vlastnosti při koncentracích kolem 1 µmol. Pro srovnání, takové "okno uplatnění" u MitoQ je 2-5x. Projev antioxidační aktivity MitoQ začíná až při koncentracích 0,3 μmol, přičemž tato látka začíná vykazovat prooxidační účinek již od koncentrace 0,6–1 μmol [26] .
V několika experimentálních modelech (včetně experimentů na laboratorních zvířatech) vykazovaly SkQ1 a SkQR1 výrazný protizánětlivý účinek [33] .
SkQ1 a C 12 -TPP jsou substráty pro transportéry ABC. Hlavní funkcí těchto přenašečů je ochrana buňky před xenobiotiky . Lipofilní kationty soutěží s ostatními substráty těchto nosičů a oslabují tak ochranu buňky před vnějšími vlivy [34] .
SkQ dokáže oddálit rozvoj některých známek stárnutí a prodloužit životnost celé řady zvířat. V závislosti na typu molekuly SkQ může látka snížit časnou úmrtnost, zvýšit průměrnou délku života a prodloužit maximální věk pokusných zvířat) [27] . V různých experimentech SkQ také zpomalil rozvoj několika věkem podmíněných patologií – známek stárnutí [35] [36] .
Bylo prokázáno, že SkQ urychluje hojení ran [37] [38] a také léčí onemocnění související s věkem, jako je osteoporóza , šedý zákal , retinopatie atd. [16]
Koncem roku 2008 byly zahájeny přípravy na oficiální registraci léků SkQ jako léků schválených pro použití v Rusku. .
Účinnost očních kapek na bázi Vizomitinu SkQ1 proti „syndromu suchého oka“ byla potvrzena také v následujících dvojitě zaslepených, placebem kontrolovaných studiích: (a) mezinárodní multicentrická studie v Rusku a na Ukrajině [39] , studie fáze II v USA [40] . V roce 2019 měla být ve Spojených státech dokončena klinická studie fáze III pro stejnou indikaci [41] . Proběhla také úspěšná klinická studie katarakty související s věkem [42] .
V Rusku v roce 2019 probíhají klinické studie vylepšených verzí očních kapek s SkQ1 - léku Vizomitin Forte (jak je indikován u věkem podmíněné makulární degenerace) [43] a Visomitin Ultra (první fáze klinického hodnocení) [44] .
SkQ1 se nachází v kosmetických přípravcích jako Mitovitan Active, Mitovitan a Exomitin [45] [46] .
Lék "Vizomitin" na bázi SkQ1 se používá ve veterinární praxi k léčbě očních onemocnění. Zejména byla prokázána účinnost při léčbě retinopatie u psů, koček a koní [47] .
Experimenty ukázaly neočekávaný účinek SkQ na rostliny. Látka stimulovala diferenciaci (při ošetření kalusů) a klíčení semen (patent US 8 557 733), zvýšila výnos různých plodin [48] .