Modulacija sirtuina: strategija koja obećava za neurokognitivna oštećenja povezana s HIV-om, 2. dio

Zanimljivo, Campestrini i sur. [23] otkrili su da su razine mRNA Bcl-2 bile regulirane na gore nakon 72 h stanične linije ljudskih T limfocita tretirane Tatom (Jurkat). Unatoč tome, koristili su HIVTat klasu C, koji ima promjenu R57S u usporedbi s kladom B i ometa unos Tat-a u stanicu [50].

Limfociti su jedne od važnih imunoloških stanica u ljudskom tijelu, odgovorne za borbu protiv invazije raznih virusa i bakterija. Ljudsko pamćenje je sposobnost ljudskog mozga da pamti i priziva informacije. Jesu li to dvoje nepovezani? Postoji određena veza između limfocita i pamćenja.

Studije su pokazale da kada doživimo određene događaje ili smo izloženi određenim podražajima, imunološki sustav pokreće niz reakcija, uključujući i aktivnost limfocita. U tom procesu limfociti proizvode tvari koje se nazivaju citokini, a koje mogu utjecati na aktivnost živčanog sustava. To znači da aktivnost limfocita može promicati vezu između neurona u ljudskom tijelu i poboljšati pohranjivanje i prisjećanje pamćenja.

Osim toga, limfociti T u limfocitima također mogu izravno sudjelovati u imunološkoj obrani mozga kako bi spriječili patogene da napadnu i izazovu upalne reakcije. Ovaj zaštitni učinak od velike je važnosti za zdravlje ljudskog mozga i održavanje pamćenja. Nakon opetovanog izlaganja istom patogenu, limfociti T će postupno formirati sjećanja, tako da sljedeći put kada se susretne s patogenom, ljudsko tijelo može brže odgovoriti imunološkom sustavu, čime se smanjuje vjerojatnost infekcije.

Stoga se zaštitom zdravlja limfocita i održavanjem normalne funkcije imunološkog sustava može dobro održati imunološka obrana organizma, održati fizičko zdravlje i, što je još važnije, poboljšati pamćenje. Zdrava prehrana, dovoljno sna, pojačana tjelovježba i održavanje sretnog raspoloženja načini su za poboljšanje limfocita i pamćenja. Svakako zadržite pozitivan stav i održavajte svoje tijelo, mozak i imunološki sustav u dobrom stanju. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche može značajno poboljšati pamćenje jer Cistanche ima antioksidativno, protuupalno i anti-age djelovanje, što može pomoći u smanjenju oksidacije i upalnih reakcija u mozgu, čime štiti zdravlje živčani sustav. Osim toga, Cistanche također može pospješiti rast i popravak živčanih stanica, čime se poboljšava povezanost i funkcija neuronskih mreža. Ovi učinci mogu poboljšati pamćenje, sposobnost učenja i brzinu razmišljanja, a također mogu spriječiti pojavu kognitivne disfunkcije i neurodegenerativnih bolesti.

Kliknite znati načine poboljšanja funkcije mozga

Osim toga, nekoliko izvješća ukazuje na razlike u učincima stanica između kladusa B i C, pri čemu je posljednji bio manje neurotoksičan [72]. Stoga se predlaže djelomično oštećenje mitohondrija ili nepotpuni MOMP gdje neoštećeni mitohondriji pokazuju visoke razine BCL-2 [54], no potrebna su daljnja istraživanja kako bi se potvrdila ova hipoteza.

Suprotno tome, ER stres se opaža u intrinzičnom apoptotičkom putu, koji se izvodi u UPR [23]. ER je uvelike poznat po svojim funkcijama prometa proteina, savijanja i sazrijevanja.

ER stres se stječe kada podražaj uzrokuje promjenu u funkcionalnom proteinskom procesu, što dovodi do nesamotanih ili pogrešno savijenih proteina. Kako bi se spriječio kvar, ER pokreće UPR gdje se signalne kaskade aktiviraju za rekonfiguraciju uzvodne proizvodnje proteina, translokacije proteina u ER i autofagije, kako bi se obnovila proteostaza ili inducirala apoptoza ako homeostaza ER nije dostignuta.

Putevi uključeni u UPR provode membranski ER proteini PERK, IRE1a i ATF6a. PERK fosforilira podjedinicu faktora 2 inicijacije eukariotske translacije (eIF2) tako da se sinteza proteina i nesmotani dotok proteina mogu smanjiti.

eIF2 inducira translaciju ATF4 mRNA, koja stimulira gensku ekspresiju proteina potrebnih za redukcijsko-oksidacijsku ravnotežu; autofagija; i apoptozu kao što je homologni protein CCAAT/protein koji veže pojačivač (CHOP), zaustavljanje rasta i protein inducibilan oštećenjem DNA (GADD34).

CHOP regulira GADD34, koji u isto vrijeme modulira receptor smrti 5 (DR5), koji regrutira kaspazu 8 za aktivaciju BID-a posredovanu cijepanjem, jednog od pro-apoptotskih proteina u mitohondrijalnom putu o kojem se govori gore [73].

Drugi signalni put je onaj reguliran disocijacijom IRE1 od GRP78 i njegovom aktivacijom RNaze. Zatim, IRE1 cilja mRNA X-box-vezujućeg proteina 1 (XBP1), uklanjajući 26-nukleotidni intron koji omogućuje ekspresiju aktiviranog oblika XBP1.

Ovaj protein je pojačana regulacija drugih gena povezanih sa savijanjem, izlučivanjem i eliminacijom pogrešno savijenih proteina. Osim toga, IRE1 može proći kroz proces koji se naziva regulirano IRE1-ovisan raspad (RIDD), gdje se mRNA razgrađuju, uključujući DR5, anti-apoptotski mehanizam. Međutim, uvjeti dugotrajnog stresa smanjuju učinkovitost RIDD-a, uzrokujući smrt stanica.

Na kraju, kaskada ATF6 počinje svojim transportom do Golgijevog aparata i cijepanjem kako bi se oslobodio fragment nazvan ATFp50, koji se prenosi u jezgru i inducira ekspresiju gena na sličan način kao XBP1, ali s tom razlikom da ATFp50 također modulira biogenezu Golgijevog aparata [73].

U tom kontekstu, objavljeno je da Tat-inducirani ER stres dovodi do aktivacije nezamotanog proteinskog odgovora (UPR) identificiranog povećanjem ekspresije gena IRE1, PERK i ATF6, a u isto vrijeme, primijećeni su potpisi mitohondrijske disfunkcije posredovane gubitkom potencijala mitohondrijske membrane i aktivacije kaspaze 12 i kaspaze 3 [23].

Dodatno, u ljudskom mozgu, učinci izloženosti Tat mikrovaskularnim endotelnim stanicama uključuju povećane razine proteina IRE1, PERK, ATF6 i Bip/GRP78, što je rezultiralo povećanjem ROS-a [70].

Stanice pate od povećanja priljeva Ca2+ kroz Tat interakciju s N-metil-daspartat receptorom (NMDAR) [63]. Usprkos tome, strategije za blokiranje ovog receptora nisu uspjele ublažiti HAND [74], što ukazuje da Tat koristi druge putove za poremećaj Ca2+homeostaze. Ca2+ se u normalnim uvjetima skladišti u ER-u, a njegovo oslobađanje je modulirano različitim podražajima.

Nedavno su dokazi pokazali da se i ER i mitohondriji međusobno povezuju kroz kompleks poznat kao ER membrane povezane s mitohondrijima, gdje se odvijaju stanični procesi, uključujući transport Ca2+ i indukciju stanične smrti tijekom dugotrajnog staničnog stresa [75].

Ca2+ signalizacija je najpriznatija interakcija između ove dvije organele, uz pomoć IP3 receptora [76]. Čini se da je komunikacija ER-mitohondrija povratna petlja.

Povećane razine Ca2+ u citosolu zbog otpuštanja posredovanog ER stresom izazivaju poremećaj potencijala mitohondrijske membrane, uzrokujući povećanje proizvodnje ROS-a. ER stres može biti izazvan poremećenim procesom sazrijevanja proteina potaknutim visokim razinama mtROS.

Nadalje, mitohondrijski unos Ca2+ inducira otvaranje prijelazne pore propusnosti (mPTP) i oslobađanje citokroma c, koji pokreće aktivaciju kaspaza [75], što znači da Ca2+ signalizacija između ER i mitohondrija regulira staničnu respiraciju. Stoga bi povećanje koncentracije Ca2+ u citoplazmi moglo rezultirati propadanjem stanice.

Promatranja hipokampalnih neurona embrionalnih štakora izloženih Tat-u pokazala su porast u citosolnom unosu Ca2+ i mitohondrijima, što uzrokuje depolarizaciju membrane i smrt stanice [64].

Tat-inducirano unutarstanično povećanje Ca2++ karakterizirano je početnim prijelaznim stadijem posredovanim IP3-i drugim produljenim razdobljem posredovanim NMDAR-ima u fetalnim neuronima ljudskog mozga [77] i kanonskim kanalom prijelaznog receptorskog potencijala u Nacc neuronima štakora [ 74] koji dovodi do stanične smrti.

Ovi nalazi potvrđuju da Tat utječe na komunikaciju mitohondrija i ER putem disregulacije homeostaze Ca2+ i neravnoteže pro i antiapoptotskih proteina, što dovodi do mitohondrijske disfunkcije, koja zauzvrat izaziva apoptozu.

Kao što je prije spomenuto, provedena su klinička ispitivanja za rješavanje disregulacije Ca2+ posredovane Tatom pomoću NMDAR antagonista bez značajnih rezultata koji bi umanjili progresiju HAND-a [74]. Razlog iza ovih rezultata mogla bi biti činjenica da je disregulacija kalcija samo jedan od učinaka posredovanih Tat-om, koji je uzrokovan višestrukim događajima uzvodno.

Stoga bi strategija mogla biti uhvatiti se u koštac s događajem u kojem se većina poremećenih putova spaja i ključni su za neurodegeneraciju, kao što je mitohondrijska disfunkcija, te uhvatiti se u koštac s njegovim regulatornim molekulama kao što su sirtuini.

5. Sirtuini

Sirtuin1–7 dio je obitelji proteina klase III histonskih deacetilaza. Svi SIRT su enzimi ovisni o NAD+-i sudjeluju u nizu staničnih događaja kao što su ekspresija gena, popravak DNK i starenje [78].

Oni predstavljaju raznolikost funkcija i staničnu distribuciju zbog strukturnih razlika u N- i C-terminalu. Konzervirana katalitička jezgra SIRT-ova ima dvije poddomene: Rossmannovo naboranje i domenu vezanja cinka.

Supstrati i NAD+ vežu se za aktivnu pukotinu između dviju poddomena. Interakcija između katalitičke jezgre, supstrata i NAD+ izaziva konformacijsku promjenu koja dovodi do aktivnog zatvaranja pukotine [79].

Dobro karakterizirana katalitička aktivnost je deacetilacija lizina, ali nekoliko je eksperimenata zaključilo da SIRT5 također može eliminirati sukcinilne i malonilne skupine i da je SIRT4 ADP-riboziltransferaza [80]. SIRT1 i SIRT2 nalaze se u jezgri i citoplazmi, dok je SIRT3 uglavnom smješten u mitohondrijima . Doista, ovo pomaže u ograničavanju njihovih supstrata budući da SIRT-ovi nisu pokazali prednost u sekvenci proteina.

Međutim, ostatak acetilizina mora biti unutar heliksa petlje da bi bio dostupan reakciji deacetilacije [80]. Unatoč očitoj specifičnosti SIRT-a za supstrate, otkriveno je da samo SIRT1, SIRT2 i SIRT3 mogu deacetilirati Tat [31], što dokazuje izravnu interakciju koja bi mogla dovesti do promjena u funkciji ovih SIRT-ova prema drugim supstratima.

Stoga u ovom pregledu obraćamo pozornost samo na gore navedene tri molekule, a putovi regulirani SIRT-ovima prikazani su na slici 2.

5.1. Sirtuini u neurodegenerativnim bolestima

Sirtuini 1-7 izraženi su u mozgu u različitim stupnjevima. SIRT1 i SIRT2 su najčešći u ovom tkivu, ali SIRT1 je visoko izražen u neuronima, dok je SIRT2 u izobilju u oligodendrocitima.

Sirtuini 3–5 druga su skupina koja se nalazi u mozgu, a najmanje česti su SIRT6-7. SIRT1 je pretežno smješten u jezgri, a SIRT2 je raspoređen u citoplazmi, dok je SIRT3 prvenstveno obiluje mitohondrijima, ali s nekim izoformama u citoplazmi i jezgri [81]. Ekspresija SIRT razlikuje se ovisno o područjima mozga, dobi i patološkim stanjima te je povezana s neurodegenerativnim poremećajima kao što su PD i AD.

Patogeneza PD-a karakterizirana je agregacijom -sinukleina, koji se može smanjiti u modelima PD-a mišjeg mozga zbog prekomjerne ekspresije SIRT1 [82]. Međutim, inhibicija SIRT2 ublažava -sinuklintoksičnost u stanicama humanog neuroglioma [83].

S druge strane, ekspresija SIRT1, SIRT3 i SIRT6 smanjena je u mozgu pacijenata s AD [84]. Štoviše, koncentracije proteina SIRT1 [85] i SIRT3 [86] smanjene su u cerebralnom korteksu osoba s AD. Disregulacija i SIRT1 i SIRT3 povezana je s kognitivnim učinkom [85,87].

5.2. SIRT1

SIRT1 sudjeluje u nekoliko staničnih procesa, uključujući metabolizam stanice, popravak DNA, biogenezu mitohondrija, apoptozu [88,89], cirkadijalni vremenski sustav [90], utišavanje gena kroz interakciju s DNA metiltransferazom 1 [91], stvaranje heterokromatina [92], stanice progresija ciklusa [93] i odgovor na oksidativni stres [94].

Zbog interakcija s brojnim molekulama, SIRT1 je privukao pozornost svojom ulogom u mnogim bolestima, uključujući rak [95], dijabetes tipa 2 [96] i neurodegenerativne poremećaje [97,98].

5.2.1. SIRT1 u ER Stres i UPR

Nedavno su otkrića otkrila da SIRT1 igra intrinzičnu ulogu u regulaciji apoptotičkog puta mitohondrija stresa ER [27,99,100]. U primarnim hondrocitima, farmakološka i genetska inhibicija SIRT1 dovodi do povećanja fosforiliranog PERK i nizvodno proteina kao što su eIF-2 i CHOP [27]. Slično, u srčanim stanicama, smanjenje SIRT1 povećava razine proteina fosforiliranog eIF-2, ATF4, GADD34 i CHOP [99].

Međutim, prekomjerna ekspresija ili aktivacija ovog sirtuina uzrokuje ukidanje stanične smrti u obje studije. Dodatno, uočeno je povećanje acetiliranih oblika PERK [27] i eIF-2 [99]. Ipak, Ghosh et al. [100] izvijestili su da je čak i bez ER stresnog podražaja, deplecija SIRT1 uključena u aktivaciju grane PERK UPR reguliranjem razina fosforiliranog eIF-2; osim toga, pronašli su dokaz fizičke interakcije između SIRT1, CHOP i GADD34 [100] što je kasnije potvrđeno dokazima koji pokazuju stvaranje kompleksa Sirt1/GADD34/PP1/eIF-2 izazvanog anarsenitom i translokaciju nuklearnog SIRT1 u citoplazmu, što dovodi do GADD34-defosforilacije/deacetilacije eIF-2 i defosforilacije SIRT1 [101]. Zajedno, ove informacije pokazuju da SIRT1 može djelovati kao regulator apoptoze; prema tome, kompleks GADD34/PP1 je represor eIF-2, što dovodi do obnove funkcije ER kada je stanični stres riješen [73].

Štoviše, sugerirano je da je uloga SIRT1 u staničnoj proliferaciji posredovana njegovom lokacijom [102], koja također ovisi o tipu stanice [103]. Međutim, potrebno je izbjeći mehanizme koje vrste stanica koriste protiv različitih vrsta stresora i kompenzacijskih odgovora koji se aktiviraju.

5.2.2. SIRT1 i mitohondrijska disfunkcija

Disfunkcija mitohondrija proizlazi iz poremećaja u njihovim metaboličkim i energetskim funkcijama, kao i disregulacije u njihovim događajima kontrole kvalitete, uključujući fisiju-fuziju organela, mitohondrijsku biogenezu i mitofagiju.

Dinamika između fuzije i fisije ključna je za prilagodbu stanice i distribuciju organela pod nekoliko uvjeta, kao što su mitofagija i biogeneza mitohondrija [104]. SIRT1 regulira biogenezu mitohondrija kroz nekoliko reakcija deacetilacije.

SIRT1 aktivira serin/treonin-protein kinazu STK11 (LKB1), što dovodi do fosforilacije AMP-aktivirane protein kinaze (AMPK). Potom se FOXO3 fosforilira i deacetilira pomoću SIRT1 kako bi se pospješila transkripcija PGC1, koja inducira transkripciju nuklearnih transkripcijskih faktora (Nrf1-2) ​​i transkripcijskog faktora A (TFAM), koji je povezan s replikacijom i transkripcijom mtDNA [28].

Paradoksalno, SIRT1 je povezan s mitofagijom, ali se detaljni mehanizmi još utvrđuju. Neke su studije otkrile da aktivatori poput resveratrola (RV) i SRT1720 induciraju mitofagiju transkripcijskom indukcijom PINK1 kroz FOXO3 SIRT1-posredovanu acetilaciju [105,106].

Osim toga, SIRT1 je potreban za fragmentaciju mitohondrija djelovanjem na citoskelet u kontekstu disregulacije Ca2+ [107]. Ovi nalazi podupiru činjenicu da je SIRT1 ključni modulator mitohondrijske disfunkcije.

5.2.3. SIRT1 i Tat

U HIV infekciji, SIRT1 je potreban za deacetilaciju Tat Lys50 budući da se formiranje kompleksa Tat-trans-actingresponsive element (TAR) odvija samo u neacetiliranom obliku, ali acetilacija Tat-a je potrebna za nastavak transkripcije.

Nakon što je proces dovršen, iste molekule Tat mogu se reciklirati kroz SIRT1-deacetilaciju kako bi se pokrenuo drugi TAR kompleks [31,108]. Zanimljivo je da je interakcija SIRT1-Tat neovisna o stanju acetilacije Tat [31], što sugerira da se inhibicija SIRT1 izazvana Tat-om odvija kada recikliranje Tat-a više nije potrebno [108].

Međutim, postoje neka pitanja o mehanizmima inhibicije jer nije jasno odvijaju li se alosterički mehanizmi i postoji li koncentracijska ovisnost o inhibiciji.

Međutim, primjetno je da inhibicija SIRT1 izazvana Tatom dovodi do hiperaktivacije T stanica [30]. Kao središnji igrač u nekoliko staničnih procesa, inhibicija SIRT1 posredovana Tatom mogla bi biti uključena u staničnu disregulaciju koja zauzvrat uzrokuje gubitak neurona. Stoga bi se aktivacija ovog sirtuina trebala uzeti u obzir za rješavanje HAND-a.

5.3. SIRT2

Iako su koncentracije SIRT2 veće u citosolu, tijekom G2/M tranzicije staničnog ciklusa one se premještaju u jezgru, gdje reguliraju metilaciju H4K20 deacetilacijom histona H4K16, koji je ključan u zbijanju kromosoma [109].

Paradoksalno, postoje dokazi o poremećaju stanične proliferacije i zaustavljanju staničnog ciklusa u stanicama raka pluća s prekomjernom ekspresijom SIRT2 [110]. U citoplazmi, SIRT2 stupa u interakciju s -tubulinom, koji je dio citoskeleta. Razine acetilacije koreliraju sa stabilnošću mikrotubula, a kod SIRT2-pretjerano izraženih cerebelarnih zrnatih stanica miševa sa sporom Wallerijanskom degeneracijom, primijećen je poremećaj hiperacetilacije i otpornost na degeneraciju aksona [111].

Međutim, otkriveno je da miševi SIRT2-/- uzrokuju oštećenje aksona popraćeno niskim razinama glutationa, smanjenim ATP-om, smanjenom koncentracijom mtDNA i rezultiraju visokom ekspresijom SIRT1 u usporedbi s divljim tipom [112], što ukazuje na poremećaj homeostaze mitohondrija.

U skladu s ovim rezultatima, Liu et al. [113]. primijetili su da u stanicama striatuma miševa SIRT2-/- nekoliko mitohondrijskih proteina ima više razine acetilacije od WT, uključujući one koji su uključeni u proizvodnju energije. Mogućnost da SIRT2 djeluje u mitohondrijima također je potvrđena u istoj skupini budući da se SIRT2 mogao lokalizirati u mitohondrijima Wt miševa u mozgu i mišjim embrionalnim fibroblastima [113].

Nadalje, korteks miševa SIRT2-/- otkrio je da smanjenje ovog sirtuina uzrokuje promjenu veličine mitohondrija, povećane razine facetiliranog PGC1 i smanjenje ekspresije gena Mfn1, Mnf2 i Opa1 povezanih s mitohondrijskom fuzijom [113]. Nasuprot tome, u uvjetima stresa, stanice HepG2SIRT2-Wt smanjile su DRP1; u međuvremenu, SIRT2-katalitički inaktivirane stanice nisu [114].

U kontekstu oksidativnog stresa, prekomjerna ekspresija SIRT2 povećava vitalnost stanica i inducira ekspresiju SOD2 posredovanu FOXO3a u stanicama neuroblastoma [115]. S druge strane, SIRT2-/- MF su pokazali povećanje ROS-a i ključnih regulatornih proteina mitofagije, PINK1 i parkina, kao i LC3B, uzročnika oštećenja oštećenog čišćenja mitohondrija [113].

Odstupanja u neuroprotektivnim učincima SIRT2, što bi mogla biti posljedica nekoliko kompenzacijskih odgovora koje stanica poduzima pod različitim podražajima. Ipak, uloga SIRT2 u mitohondrijskoj homeostazi je značajna.

Činjenica da Tat fizički stupa u interakciju s ovim sirtuinom i da je mitohondrijska disfunkcija marker neurotoksičnosti izazvane Tatom može nas navesti na hipotezu o mogućoj modulaciji na isti način kao SIRT1. Stoga su buduća istraživanja neophodna kako bi se dešifrirala veza između SIRT2 i Tat.

For more information:1950477648nn@gmail.com