Modulácia sirtuínov: Sľubná stratégia pre neurokognitívne poruchy spojené s HIV, 2. časť

Je zaujímavé, že Campestrini a kol. [23] zistili, že hladiny mRNA Bcl{1}} boli upregulované po 72 hodinách bunkovej línie ľudských T lymfocytov ošetrených Tat (Jurkat). Napriek tomu použili HIVTat klad C, ktorý má zmenu R57S v porovnaní s kladom B a interferuje s bunkovým vychytávaním Tat [50].

Lymfocyty sú jednou z dôležitých imunitných buniek v ľudskom tele, ktoré sú zodpovedné za boj proti invázii rôznych vírusov a baktérií. Ľudská pamäť je schopnosť ľudského mozgu zapamätať si a vybaviť si informácie. Sú tieto dve veci nesúvisiace? Existuje určité spojenie medzi lymfocytmi a pamäťou.

Štúdie ukázali, že keď zažívame určité udalosti alebo sme vystavení určitým stimulom, imunitný systém spustí sériu reakcií, vrátane aktivity lymfocytov. V tomto procese lymfocyty produkujú látky nazývané cytokíny, ktoré môžu ovplyvňovať činnosť nervového systému. To znamená, že aktivita lymfocytov môže podporiť spojenie medzi neurónmi v ľudskom tele a zlepšiť ukladanie a vybavovanie pamäte.

Okrem toho sa T lymfocyty v lymfocytoch môžu tiež priamo podieľať na imunitnej obrane mozgu, aby zabránili invázii patogénov a spôsobovali zápalové reakcie. Tento ochranný účinok má veľký význam pre zdravie ľudského mozgu a udržanie pamäti. Po opakovanom vystavení tomu istému patogénu si T lymfocyty postupne vytvoria spomienky, takže pri ďalšom stretnutí s patogénom môže ľudské telo rýchlejšie reagovať na imunitný systém, čím sa zníži pravdepodobnosť infekcie.

Preto ochrana zdravia lymfocytov a udržanie normálnej funkcie imunitného systému môže dobre udržiavať imunitnú obranu tela, udržiavať fyzické zdravie a čo je dôležitejšie, zlepšiť pamäť. Zdravé stravovanie, dostatok spánku, posilňovanie cvičenia a udržiavanie si šťastnej nálady sú spôsoby, ako zlepšiť lymfocyty a pamäť. Nezabudnite si zachovať pozitívny prístup a udržujte svoje telo, mozog a imunitný systém v dobrom stave. Je vidieť, že potrebujeme zlepšiť pamäť a Cistanche môže výrazne zlepšiť pamäť, pretože Cistanche má antioxidačné, protizápalové účinky a účinky proti starnutiu, čo môže pomôcť znížiť oxidačné a zápalové reakcie v mozgu, čím chráni zdravie mozgu. nervový systém. Okrem toho môže Cistanche tiež podporovať rast a opravu nervových buniek, čím zvyšuje konektivitu a funkciu neurónových sietí. Tieto účinky môžu pomôcť zlepšiť pamäť, schopnosť učenia a rýchlosť myslenia a môžu tiež zabrániť výskytu kognitívnej dysfunkcie a neurodegeneratívnych ochorení.

Kliknite na vedieť spôsoby, ako zlepšiť funkciu mozgu

Okrem toho niekoľko správ naznačilo rozdiely v účinkoch na bunky medzi kladom B a C, pričom posledný z nich je menej neurotoxický [72]. Preto sa navrhuje čiastočné mitochondriálne poškodenie alebo neúplné MOMP, kde nepoškodené mitochondrie vykazujú vysoké hladiny BCL-2 [54], ale na potvrdenie tejto hypotézy sú potrebné ďalšie štúdie.

Naopak, ER stres sa pozoruje vo vnútornej apoptotickej dráhe, ktorá sa odvodzuje do UPR [23]. ER je do značnej miery známy svojimi funkciami prenosu proteínov, skladania a dozrievania.

Stres ER sa získa, keď stimul spôsobí zmenu vo funkčnom proteínovom procese, čo vedie k rozvinutým alebo nesprávne poskladaným proteínom. Aby sa zabránilo poruche, ER spúšťa UPR, kde sa aktivujú signálne kaskády, aby sa rekonfigurovala upstream produkcia proteínov, translokácia proteínov do ER a autofágia, aby sa obnovila proteostáza alebo indukciaapoptóza, ak sa nedosiahne homeostáza ER.

Dráhy zapojené do UPR sú vedené membránovými ER proteínmi PERK, IRE1a a ATF6a. PERK fosforyluje podjednotku eukaryotického translačného iniciačného faktora 2 (eIF2), takže syntéza proteínov a rozvinutý tok proteínov môžu byť znížené.

eIF2 indukuje transláciu ATF4 mRNA, ktorá stimuluje génovú expresiu proteínov potrebných pre redukčno-oxidačnú rovnováhu; autofágia; a apoptóza, ako je homológny proteín viažuci proteín CCAAT/enhancer (CHOP), zastavenie rastu a proteín indukovateľný poškodením DNA (GADD34).

CHOP reguluje GADD34, ktorý súčasne moduluje receptor smrti 5 (DR5), ktorý získava kaspázu 8 na aktiváciu BID sprostredkovanú štiepením, jedného z proapoptotických proteínov v mitochondriálnej dráhe diskutovanej vyššie [73].

Ďalšou signálnou dráhou je dráha regulovaná disociáciou IRE1 z GRP78 a jej aktiváciou RNázovej aktivity. Potom IRE1 cieli na mRNA proteínu 1 viažuceho X-box (XBP1), pričom odstraňuje 26-nukleotidový intrón, ktorý umožňuje expresiu aktivovanej formy XBP1.

Tento proteín je upreguláciou iných génov súvisiacich so skladaním, sekréciou a elimináciou chybne poskladaných proteínov. Okrem toho môže IRE1 podstúpiť proces nazývaný regulovaný IRE1-závislý rozpad (RIDD), pri ktorom sú mRNA degradované, vrátane DR5, antiapoptotického mechanizmu. Podmienky dlhodobého stresu však znižujú účinnosť RIDD a spôsobujú smrť buniek.

Nakoniec ATF6 kaskáda začína transportom do Golgiho aparátu a štiepením, aby sa uvoľnil fragment označený ATFp50, ktorý sa translokuje do jadra a indukuje génovú expresiu podobným spôsobom ako XBP1, ale s tým rozdielom, že ATFp50 tiež moduluje biogenézu Golgiho aparátu [73].

V tejto súvislosti sa uvádza, že stres ER vyvolaný Tat vedie k aktivácii rozvinutej proteínovej odpovede (UPR) identifikovanej zvýšením génovej expresie IRE1, PERK a ATF6 a súčasne boli pozorované znaky mitochondriálnej dysfunkcie sprostredkovanej stratou. mitochondriálneho membránového potenciálu a aktivácie kaspázy 12 a kaspázy 3 [23].

Okrem toho v ľudskom mozgu účinky expozície Tat na mikrovaskulárne endotelové bunky zahŕňajú zvýšené hladiny proteínov IRE1, PERK, ATF6 a Bip/GRP78, čo viedlo k zvýšeniu ROS [70].

Bunky trpia zvýšeným prílevom Ca{0}} prostredníctvom interakcie Tat s N-metyl-daspartátovým receptorom (NMDAR) [63]. Napriek tomu stratégie na blokovanie tohto receptora zlyhali pri zmiernení HAND [74], čo naznačuje, že Tat používa iné cesty na narušenie homeostázy Ca2+. Ca2+ je za normálnych podmienok uložený v ER a jeho uvoľňovanie je modulované rôznymi stimulmi.

Nedávno dôkazy naznačili, že ER a mitochondrie sú prepojené cez komplex známy ako mitochondriálne asociované ER membrány, kde prebiehajú bunkové procesy vrátane transportu Ca2+ a indukcie bunkovej smrti počas dlhodobého bunkového stresu [75].

Signalizácia Ca2+ je najznámejšou interakciou medzi týmito dvoma organelami s pomocou receptorov IP3 [76]. Komunikácia ER-mitochondrie sa zdá byť slučkou spätnej väzby.

Zvýšené hladiny cytosolického Ca2+ v dôsledku uvoľňovania sprostredkovaného stresom ER vyvolávajú narušenie potenciálu mitochondriálnej membrány, čo spôsobuje zvýšenie produkcie ROS. Stres ER môže byť vyvolaný narušeným procesom dozrievania proteínov vyvolaným vysokými hladinami mtROS.

Mitochondriálne vychytávanie Ca{0}} navyše indukuje otvorenie pórov prechodu permeability (mPTP) a uvoľnenie cytochrómu c, ktorý riadi aktiváciu kaspáz [75], čo znamená, že signalizácia Ca{2}} medzi ER a mitochondriami reguluje bunkové dýchanie. Preto by zvýšenie koncentrácie cytoplazmatického Ca2+ mohlo viesť k zániku buniek.

Pozorovania v embryonálnych potkaních hipokampálnych neurónoch exponovaných Tat ukázali nárast cytosolického Ca2+ a mitochondriálneho vychytávania, ktoré spôsobujú depolarizáciu membrány a bunkovú smrť [64].

Zvýšenie intracelulárneho Ca2++ indukovaného Tat je charakterizované počiatočným prechodným štádiom sprostredkovaným IP3-a druhým predĺženým obdobím sprostredkovaným NMDARsin fetálnymi ľudskými mozgovými neurónmi [77] a kanonickými Nacc neurónmi potkanieho kanála s potenciálom prechodného receptora [ 74], čo vedie k bunkovej smrti.

Tieto zistenia potvrdzujú, že Tat ovplyvňuje komunikáciu mitochondria-ER prostredníctvom dysregulácie homeostázy Ca2+ a nerovnováhy pro a antiapoptotických proteínov, čo vedie k mitochondriálnej dysfunkcii, ktorá následne vyvoláva apoptózu.

Ako už bolo spomenuté, uskutočnili sa klinické štúdie na riešenie dysregulácie Ca2+ sprostredkovanej Tat pomocou antagonistov NMDAR bez významných výsledkov, ktoré by zmiernili progresiu HAND [74]. Dôvodom týchto výsledkov môže byť skutočnosť, že dysregulácia vápnika je len jedným z účinkov sprostredkovaných Tat, ktorý je spôsobený viacerými protismernými udalosťami.

Stratégiou by preto mohlo byť riešenie udalosti, pri ktorej sa väčšina narušených dráh zbieha a sú kľúčové pre neurodegeneráciu, ako je mitochondriálna dysfunkcia, a riešiť jej regulačné molekuly, ako sú sirtuíny.

5. Sirtuíny

Sirtuín 1–7 je súčasťou rodiny proteínov triedy III histón deacetyláz. Všetky SIRT sú enzýmy závislé od NAD{2}}a podieľajú sa na rôznych bunkových dejoch, ako je genová expresia, oprava DNA a starnutie [78].

Predstavujú rozmanitosť funkcií a bunkovú distribúciu kvôli štrukturálnym rozdielom na N- a C-konci. Konzervované katalytické jadro SIRT má dve subdomény: Rossmannovu doménu a doménu viažucu zinok.

Substráty a NAD+ sa viažu na aktívnu štrbinu medzi týmito dvoma subdoménami. Interakcia medzi katalytickým jadrom, substrátom a NAD+ indukuje konformačnú zmenu, ktorá vedie k uzavretiu aktívneho rázštepu [79].

Dobre charakterizovanou katalytickou aktivitou je deacetylácia lyzínu, ale niekoľko experimentov dospelo k záveru, že SIRT5 môže eliminovať aj sukcinylovú a malonylovú skupinu a že SIRT4 je ADP-ribozyltransferáza [80]. SIRT1 a SIRT2 sa nachádzajú v jadre a cytoplazme, zatiaľ čo SIRT3 sa nachádza hlavne v mitochondriách . V skutočnosti to pomáha obmedziť ich substráty, pretože SIRT nevykazovali žiadnu preferenciu v proteínovej sekvencii.

Avšak acetyllyzínový zvyšok musí byť v slučke alebo helixoch, aby bol prístupný pre deacetylačnú reakciu [80]. Napriek zjavnej substrátovej nešpecifickosti SIRT sa zistilo, že iba SIRT1, SIRT2 a SIRT3 môžu deacetylovať Tat [31], čo dokazuje priamu interakciu, ktorá by mohla viesť k zmenám vo funkcii týchto SIRT voči iným substrátom.

Preto v tomto prehľade venujeme pozornosť iba vyššie uvedeným trom molekulám a dráhy regulované SIRT sú znázornené na obrázku 2.

5.1. Sirtuíny pri neurodegeneratívnych ochoreniach

Sirtuíny 1–7 sú exprimované v mozgu v rôznych stupňoch. SIRT1 a SIRT2 sú v tomto tkanive najčastejšie, ale SIRT1 je vysoko exprimovaný v neurónoch, zatiaľ čo SIRT2 je hojný v oligodendrocytoch.

Druhou skupinou, ktorá sa nachádza v mozgu, sú sirtuíny 3–5 a najmenej časté sú SIRT6-7. SIRT1 je prevažne lokalizovaný v jadre a SIRT2 je distribuovaný v cytoplazme, zatiaľ čo SIRT3 je prednostne bohatý na mitochondrie, ale niektoré izoformy sú v cytoplazme a jadre [81]. Expresia SIRT sa líši v závislosti od oblastí mozgu, veku a patologických stavov a súvisí s neurodegeneratívnymi poruchami, ako sú PD a AD.

Patogenéza PD je charakterizovaná agregáciou -synukleínu, ktorá môže byť znížená v modeloch PD mozgu myší v dôsledku nadmernej expresie SIRT1 [82]. Inhibícia SIRT2 však zmierňuje synukleintoxicitu v ľudských neurogliómových bunkách [83].

Na druhej strane, expresia SIRT1, SIRT3 a SIRT6 je v mozgu pacientov s AD znížená [84]. Okrem toho sú koncentrácie proteínov SIRT1 [85] a SIRT3 [86] znížené v mozgovej kôre jedincov s AD. Dysregulácia SIRT1 aj SIRT3 súvisí s kognitívnou výkonnosťou [85,87].

5.2. SIRT1

SIRT1 sa podieľa na niekoľkých bunkových procesoch, vrátane bunkového metabolizmu, opravy DNA, mitochondriálnej biogenézy, apoptózy [88,89], cirkadiánneho časovacieho systému [90], umlčania génu prostredníctvom interakcie s DNA metyltransferázou 1 [91], tvorby heterochromatínu [92], bunky progresia cyklu [93] a odpoveď na oxidačný stres [94].

Vďaka interakciám s mnohými molekulami SIRT1 upriamil pozornosť na svoju úlohu pri mnohých ochoreniach, vrátane rakoviny [95], diabetu 2. typu [96] a neurodegeneratívnych porúch [97,98].

5.2.1. SIRT1 v ER strese a UPR

Nedávno zistenia odhalili, že SIRT1 hrá vnútornú úlohu v regulácii apoptotickej dráhy mitochondrií stresu ER [27,99,100]. V primárnych chondrocytoch vedie farmakologická a genetická inhibícia SIRT1 k zvýšeniu fosforylovaného PERK a následných proteínov, ako sú eIF-2 a CHOP [27]. Podobne v srdcových bunkách deplécia SIRT1 zvyšuje hladiny proteínov fosforylovaných eIF-2, ATF4, GADD34 a CHOP [99].

Avšak nadmerná expresia alebo aktivácia tohto sirtuínu spôsobuje v oboch štúdiách zrušenie bunkovej smrti. Okrem toho sa pozoroval nárast acetylovaných foriem PERK [27] aj eIF-2 [99]. Napriek tomu Ghosh a spol. [100] uviedli, že aj bez stresového stimulu ER sa deplécia SIRT1 podieľa na aktivácii vetvy PERK UPR reguláciou hladín fosforylovaného eIF-2; okrem toho našli dôkazy o fyzikálnej interakcii medzi SIRT1,CHOP a GADD34 [100], ktorá bola neskôr potvrdená dôkazmi preukazujúcimi tvorbu komplexu Sirt1/GADD34/PP1/eIF-2 indukovaného anarzenitom a jadrovú translokačnú tocytoplazmu SIRT1, čo vedie k GADD34-sprostredkovanej defosforylácii/deacetylácii eIF-2 a defosforylácii SIRT1 [101]. Súhrnne tieto informácie naznačujú, že SIRT1 môže pôsobiť ako regulátor apoptózy; komplex GADD34/PP1 je teda represorom ofeIF-2, čo vedie k obnoveniu funkcie ER po vyriešení bunkového stresu [73].

Okrem toho sa predpokladá, že úloha SIRT1 v bunkovej proliferácii je sprostredkovaná jeho umiestnením [102], ktoré tiež závisí od typu bunky [103]. Je však potrebné vyhnúť sa mechanizmom, ktoré bunkové typy používajú proti rôznym typom stresorov a kompenzačných reakcií, ktoré sa aktivujú.

5.2.2. SIRT1 a mitochondriálna dysfunkcia

Dysfunkcia mitochondrií sa objavuje v dôsledku narušenia ich metabolických a energetických funkcií, ako aj dysregulácie v ich udalostiach kontroly kvality, vrátane fúzie štiepenia organel, mitochondriálnej biogenézy a mitofágie.

Dynamika medzi fúziou a štiepením je nevyhnutná pre adaptáciu buniek a distribúciu organel za niekoľkých podmienok, ako je mitofágia a biogenéza mitochondrií [104]. SIRT1 reguluje mitochondriálnu biogenézu prostredníctvom niekoľkých deacetylačných reakcií.

Serín/treonín-proteín kinázaSTK11 (LKB1) je aktivovaná SIRT1, čo vedie k fosforylácii AMP-aktivovanej proteínkinázy (AMPK). Následne je FOXO3 fosforylovaný a deacetylovaný SIRT1, aby sa podporila transkripcia PGC1, čo indukuje transkripciu jadrových transkripčných faktorov (Nrf1-2) ​​a transkripčného faktora A (TFAM), ktorý súvisí s replikáciou a transkripciou mtDNA [28].

Paradoxne, SIRT1 súvisí s mitofágiou, ale podrobné mechanizmy sa stále určujú. Niektoré štúdie odhalili, že aktivátory ako resveratrol (RV) a SRT1720 indukujú mitofágiu transkripčnou indukciou PINK1 prostredníctvom FOXO3 SIRT1-sprostredkovanej acetylácie [105,106].

Okrem toho je SIRT1 potrebný na mitochondriálnu fragmentáciu pôsobením na cytoskelet v kontexte Ca2+dysregulácie [107]. Tieto zistenia podporujú skutočnosť, že SIRT1 je kľúčovým modulátorom inmitochondriálnej dysfunkcie.

5.2.3. SIRT1 a Tat

Pri infekcii HIV je SIRT1 potrebný na deacetyláciu Tat Lys50, pretože tvorba komplexu Tat-trans-responsive element (TAR) prebieha iba v jeho neacetylovanej forme, ale na pokračovanie transkripcie je potrebná acetylácia Tat.

Po dokončení procesu sa rovnaké molekuly Tat môžu recyklovať prostredníctvom deacetylácie SIRT1-, aby sa inicioval ďalší komplex TAR [31,108]. Je zaujímavé, že interakcia SIRT1-Tat je nezávislá od acetylačného stavu Tat [31], čo naznačuje, že k inhibícii SIRT1 indukovanej Tat dochádza, keď už nie je potrebná recyklácia Tat [108].

Existuje však niekoľko otázok o mechanizmoch inhibície, pretože nie je jasné, či prebiehajú alosterické mechanizmy a či existuje závislosť od koncentrácie od inhibície.

Je však pozoruhodné, že inhibícia SIRT1 indukovaná Tat vedie k hyperaktivácii T buniek [30]. Ako ústredný hráč v niekoľkých bunkových procesoch môže byť inhibícia SIRT1 sprostredkovaná Tat zapojená do bunkovej dysregulácie, ktorá zase spôsobuje stratu neurónov. Preto by sa aktivácia tohto sirtuínu mala považovať za riešenie HAND.

5.3. SIRT2

Hoci sú koncentrácie SIRT2 vyššie v cytosóle, počas G2/Mtransition bunkového cyklu sú translokované do jadra, kde regulujú metyláciu H4K20 deacetyláciou histónu H4K16, ktorý je kľúčový pri zhutňovaní chromozómov [109].

Paradoxne existujú dôkazy o prerušení bunkovej proliferácie a zastavení bunkového cyklu pri nadmernej expresii buniek rakoviny pľúc SIRT2 [110]. V cytoplazme SIRT2 interaguje s -tubulínom, ktorý je súčasťou cytoskeletu. Hladiny acetylácie korelujú so stabilitou mikrotubulov a u SIRT2- nadmerne exprimovaných cerebelárnych granulárnych buniek myší s pomalou Wallerovou degeneráciou sa pozorovalo narušenie hyperacetylácie a rezistencia voči axonálnej degenerácii [111].

Zistilo sa však, že myši SIRT2-/- spôsobujú axonálne poškodenie sprevádzané nízkymi hladinami glutatiónu, zníženým ATP, zníženou koncentráciou mtDNA a výsledkom je vysoká expresia SIRT1 v porovnaní s divokým typom [112], čo znamená narušenie homeostázy mitochondrií.

V súlade s týmito výsledkami Liu a kol. [113]. pozorovali, že v bunkách striatum SIRT2-/- myší má niekoľko mitochondriálnych proteínov vyššie hladiny acetylácie ako WT, vrátane tých, ktoré sa podieľajú na produkcii energie. Možnosť, že SIRT2 pôsobí v mitochondriách, bola tiež potvrdená v tej istej skupine, pretože SIRT2 mohol byť lokalizovaný v mitochondriách mozgu Wt myší a myších embryonálnych fibroblastoch [113].

Kôra myší SIRT2-/- navyše odhalila, že deplécia tohto sirtuínu spôsobuje zmenu veľkosti mitochondrií, zvýšené hladiny acetylovaného PGC1 a downreguláciu expresie génov súvisiacich s mitochondriálnou fúziou Mfn1, Mnf2 a Opa1 [113]. Naopak, v stresových podmienkach bunky HepG2SIRT2-Wt znížili DRP1; medzitým SIRT2-katalyticky inaktivované bunky nie [114].

V kontexte oxidačného stresu nadmerná expresia SIRT2 zvyšuje životaschopnosť buniek a indukuje expresiu SOD2 sprostredkovanú FOXO3a v bunkách neuroblastómu [115]. Na druhej strane, SIRT2-/- MF vykazovali zvýšenie ROS a proteínov kľúčového regulátora mitofágie, PINK1 a parkínu, ako aj LC3B, pôvodcu poškodenia poškodeného mitochondriaclearance [113].

Neuroprotektívne účinky SIRT2, ktoré môžu byť dôsledkom niekoľkých kompenzačných reakcií, ktoré bunka prijíma pri rôznych stimuloch. Napriek tomu je úloha SIRT2 v mitochondriálnej homeostáze pozoruhodná.

Skutočnosť, že Tat fyzicky interaguje s týmto sirtuínom a že markerom neurotoxicity vyvolanej Tat je mitochondriálna dysfunkcia, nás môže viesť k hypotéze možnej modulácie rovnakým spôsobom ako SIRT1. Preto sú budúce výskumy potrebné na dešifrovanie vzťahu medzi SIRT2 a Tat.

For more information:1950477648nn@gmail.com