| Sirtuins |
|---|
Sirtuins ( engelsk sirtuins eller Silent Information Regulator 2 proteins , SIR2 ) er en familie af evolutionært konserverede NAD -afhængige proteiner med deacetylase eller ADP-ribosyl transferase aktivitet. Familiens navn er givet til ære for en af repræsentanterne - gærproteinet SIR2. Sirtuiner findes i mange levende organismer, fra bakterier til pattedyr , og er involveret i reguleringen af vigtige cellulære processer og metaboliske veje.
Sirtuiner udgør den tredje klasse af histon-deacetylaser , der kræver NAD + som en cofaktor for, at reaktionen kan forløbe , hvilket er en fundamental forskel fra klasse I og II histon-deacetylaser.
Proteinacetylering regulerer mange cellulære processer, såsom protein-protein-interaktioner , genekspression . Den reversible reaktion af acetylering/deacetylering af proteiner ved lysinrester udføres af to enzymer med modsatte aktiviteter - histonacetyltransferaser og histondeacetylaser, som på trods af deres navne modificerer både histoner og andre proteiner .
Histon-deacetylaser er opdelt i tre klasser baseret på homologi med gærtranskriptionelle repressorer. Klasse I og II histon deacetylaser har betydelige ligheder med hinanden og er homologer af henholdsvis gærdeacetylaserne Rpd3p og Hda1p. Den tredje klasse af histondeacetylaser, som udgør sirtuinerne, er homolog med gærtranskriptionsrepressoren Sir2 , men har ingen homologi med de to første klasser af deacetylaser.
Sirtuiner findes i alle organismer, fra bakterier til eukaryoter , og deres sekvenser er ret konserverede. Sirtuin-familien er opdelt i fem klasser (I-IV og U); der er også splittelse inden for visse klasser. U-klasse sirtuiner findes kun i gram-positive bakterier . Fem sirtuiner er kodet i gærgenomet , syv i det humane genom , repræsentanter for klasse I-IV [1] . SIRT1,2,6,7 af pattedyr er placeret i kernen , SIRT1,2 - i cytoplasmaet , SIRT3,4,5 - i mitokondrier , hvor de deacetylerer ikke-histonproteiner i processen med regulering af forskellige metaboliske processer. Der er også forskelle i ekspressionsniveauet af sirtuiner i forskellige væv [2] .
Ved udførelse af et forsøg med gærceller blev det observeret, at øget ekspression af proteinet kodet af Sir2-genet øger antallet af gærdelinger [3] . I løbet af yderligere forskning blev det vist, at proteinet kodet af Sir2-genet fra gær ikke kun regulerer genekspression ved hjælp af epigenetiske mekanismer (det vil sige ved at ændre graden af kromatinkondensation ), men også er direkte involveret i reparation af DNA- skader . Der er også opnået beviser for, at lignende processer forekommer i pattedyrsceller. Pattedyrsproteinet SIRT1 ligner ekspressionsproduktet af Sir2-genet fra gær. Enzymer med lignende funktioner i forskellige organismer (gær og mus) tyder på, at sirtuiner er involveret i en gammel mekanisme for cellulær aldring . Kernen i denne mekanisme er det gradvise tab af sirtuinernes evne til at klare begge deres hovedfunktioner. Den første er, at sirtuiner, ved at deacetylere histoner ved lysinrester, bidrager til kondenseringen af kromatin og nedlukningen af de gener, hvis produkter ikke i øjeblikket er nødvendige for cellen eller endda kan være skadelige. Den anden er, at sirtuiner er involveret i at reparere DNA-skader. Når de dukker op, flytter sirtuinerne fra deres oprindelige placeringer til steder, hvor deres hjælp til at reparere DNA er nødvendig. Sådanne bevægelser øger sandsynligheden for, at gener, hvis ekspression tidligere var undertrykt af sirtuiner, aktiveres igen. Undersøgelsen viste, at hos unge dyr klarer sirtuiner begge funktioner med succes. Men med alderen ophobes der mere skade i cellen, hovedsageligt forbundet med en stigning i antallet af frie radikaler , på grund af hvilket sirtuinerne hovedsageligt skifter til DNA-reparation. Som et resultat begynder celler at lide under aktiveringen af unødvendige gener, hvilket fører til aldring [4] .
Sirtuiner fremmer celleoverlevelse på flere måder:
NF-KB er en universel transkriptionsfaktor, der styrer ekspressionen af gener, der er ansvarlige for cellulær aldring og immunrespons . SIRT6, bundet til RELA -underenheden af NF-KB, nærmer sig promotorerne af gener, hvis ekspression er reguleret af NF-KB, og der deacetylerer histon H3 ved den niende lysinrest . Histondeacetylering fremmer kromatinkondensation og dæmper derfor virkningen af NF-KB. I celler med et lavt niveau af SIRT6 fører hyperacetylering af H3-histon til, at RELA -underenheden binder stærkere til promotoren , NF-KB øger genekspression fra denne promotor, hvilket fører til celleældning og apoptose [6] . Således hæmmer SIRT6, ved at dæmpe virkningen af NF-KB, således cellulær senescens.
NF-KB interagerer også med SIRT1, som deacetylerer RELA-underenheden af NF-KB ved Lys 310, og derved dæmper NF-KB-signalkaskaden. Amyloider i cellerne hos mennesker, der lider af Alzheimers sygdom, øger acetyleringen af RELA-underenheden i hjernemikroglia og aktiverer derved NF-KB. SIRT1, på den anden side, deacetylerer NF-KB og beskytter dermed neuroner [7] .
Sirtuiner er involveret i energimetabolisme : ved hjælp af mediatorer såsom AMPK (AMP-aktiveret proteinkinase ) og leverkinaser B1 , SIRT1 og SIRT3 regulerer forholdet mellem AMP / ATP i cellen; SIRT1 er også meget følsom over for forholdet mellem oxiderede og reducerede former af NAD , hvilket er vigtigt for at skabe en protongradient, som igen bruges i den oxidative fosforyleringsreaktion under ATP -syntese [5] .
SIRT3 har også vist sig at aktivere centrale regulatorer af tricarboxylsyrecyklussen , såsom glutamatdehydrogenase og isocitratdehydrogenase. SIRT5 deacetylerer cytokrom c involveret i oxygenmetabolisme [8] .
Sirtuiner har også en effekt på glukosemetabolismen . Når koncentrationen af glucose i cellen er høj nok, er PGC-1α, en transskriptionel coaktivator og regulator af gener involveret i energimetabolisme, i en inaktiv, acetyleret tilstand. Som reaktion på et fald i glucosekoncentrationen deacetylerer SIRT1 PGC-1α. Dens aktivering aktiverer processen med glukoneogenese og hæmmer glykolyse [9] . SIRT1 kan også virke på PGC-1α gennem AMPK , FOXO1 , STAT3 [9] [10] [11] .
Sirtuiner spiller også en vigtig rolle i lipidmetabolisme og dannelsen af fedtceller [5] .
Nikotinamid , som et af reaktionsprodukterne katalyseret af sirtuiner, binder sig til enzymet og hæmmer det [12] . Dette tyder på, at kemikalier, der ville konkurrere med nikotinamid om binding til enzymet, kunne øge sirtuin-aktiviteten. Søgningen efter forbindelser, der specifikt vil binde til nikotinamidbindingsstedet, kunne hjælpe i behandlingen af cancer , kardiovaskulære , neurodegenerative og infektionssygdomme [13] . Det giver også mening at søge efter sirtuin-aktivatorer, som formodentlig kan øge den forventede levetid. Den bedst kendte aktivator er resveratrol . Aktiv udvikling af forbindelser, der strukturelt ligner resveratrol, men med større aktivitet [14] . Resveratrol-analoger er blevet udviklet, såsom SRT1720 , SRT1460 , SRT2183 og SRT2104 , som ifølge nogle forskere kan øge den gennemsnitlige (men ikke maksimale) levetid og beskytte mod en række aldersrelaterede sygdomme [15] . Polymorfe varianter i SIRT1-genet er forbundet med effekten af vægttab og metaboliske karakteristika hos børn [16] .
Kosmetik og genetik: hvad har de til fælles? Brugen af sirtuiner