За десятилетия изучения кофе авторы крупных наблюдательных исследований не раз находили связь между его употреблением и меньшим риском сердечно-сосудистых, метаболических и нейродегенеративных болезней. Но обычно научные работы раскрывали статистические связи, а не причинно-следственные зависимости.
Биохимические механизмы тоже оставались почти неизученными из-за огромного разнообразия веществ в составе. В свежезаваренный кофе входит более 1000 химических соединений, включая кофеин, хлорогеновую, кофейную и феруловую кислоты, а также дитерпены — кафестол и кахвеол.
На этот раз исследователи проверили конкретную молекулярную мишень — рецептор NR4A1. Он регулирует активность генов и участвует в ответе клеток на стресс, воспаление, повреждение тканей и рост некоторых опухолевых клеток. Авторы разобрали, могут ли соединения из кофе связываться с этим рецептором и менять его работу. Результаты опубликовали в журнале Nutrients.
Биохимики изучили отдельные вещества, которые входят в состав кофе: кофейную, хлорогеновую, феруловую и п-кумаровую кислоты, кофеин, хинную кислоту, а также дитерпены кахвеол и кафестол. Сначала приготовили водные экстракты разных образцов кофе, включая образцы из Гондураса, Мексики, Гватемалы, Сальвадора и Колумбии. Их проверили на связывание с лиганд-связывающим доменом NR4A1.
Флуоресцентный анализ, поверхностный плазмонный резонанс и молекулярное моделирование позволили оценить факт связывания, силу взаимодействия и положение молекул в структуре рецептора. Несколько компонентов кофе связались с NR4A1, включая четыре кислоты, кахвеол и кафестол.
Чтобы проверить механизм, ученые провели эксперимент на клетках рабдомиосаркомы Rh30, которые реагируют на изменения активности NR4A1. Экстракты кофе снижали их жизнеспособность и рост.
Ученые подавили NR4A1 с помощью рибонуклеиновой кислоты интерференции. После этого кофе и его отдельные компоненты слабее тормозили рост клеток. Это показало, что эффект опосредован частично именно рецептором NR4A1. Исследователи также увидели, что в клетках Rh30 снизилась активность генов и белков, которые от него зависят.
Кофеин вел себя иначе. Он связывался с NR4A1, но в функциональных тестах действовал слабо и непостоянно. Поэтому авторы статьи связали основную активность изученного пути не с кофеином, а с полифенолами и дитерпенами.
Исследователи также проверили кофейную, феруловую и хлорогеновую кислоты на мышиных макрофагах RAW264.7 как на модели воспалительного ответа. Соединения снижали сигнал, связанный с действием липополисахарида, запускающего воспалительную реакцию. Это согласовалось с ролью NR4A1 в клеточном ответе на воспалительный стресс.
Молекулярное моделирование уточнило, как разные соединения могли занимать участки рецептора. Полифенолы соединялись с одним участком лиганд-связывающего домена NR4A1, а кахвеол и кафестол — с другим. Так ученые объяснили, почему несколько веществ могли влиять на одну и ту же молекулярную мишень.
Заваренный кофе и его основные полифенольные и полигидроксильные компоненты работали как лиганды NR4A1. В клетках Rh30 они действовали как обратные агонисты: снижали активность рецептор-зависимых процессов, связанных с ростом опухолевых клеток. В модели воспаления полифенолы также меняли клеточный ответ в направлении, которое исследователи связали с защитной ролью NR4A1.
Все это вместе раскрыло один из молекулярных механизмов, связывающих кофе и здоровье, но пока лишь в лабораторных условиях. Полифенолы и дитерпены кофе получили конкретную биологическую мишень — рецептор NR4A1.