Sirtuins modulācija: daudzsološa stratēģija ar HIV saistītiem neirokognitīviem traucējumiem, 2. daļa

Interesanti, ka Campestrini et al. [23] atklāja, ka Bcl-2 līmeņa mRNS tika paaugstināts pēc 72 h ar Tat apstrādātas cilvēka T limfocītu šūnu līnijas (Jurkat). Neskatoties uz to, viņi izmantoja HIVTat C kladi, kuram ir izmaiņas R57S salīdzinājumā ar B klade un traucē Tat uzņemšanu šūnās [50].

Limfocīti ir viena no svarīgākajām imūnšūnām cilvēka organismā, kas atbild par cīņu pret dažādu vīrusu un baktēriju invāziju. Cilvēka atmiņa ir cilvēka smadzeņu spēja atcerēties un atsaukt informāciju. Vai abi nav saistīti? Pastāv noteikta saikne starp limfocītiem un atmiņu.

Pētījumi liecina, ka tad, kad mēs piedzīvojam noteiktus notikumus vai esam pakļauti noteiktiem stimuliem, imūnsistēma ierosinās virkni reakciju, tostarp limfocītu aktivitāti. Šajā procesā limfocīti ražo vielas, ko sauc par citokīniem, kas var ietekmēt nervu sistēmas darbību. Tas nozīmē, ka limfocītu aktivitāte var veicināt saikni starp neironiem cilvēka organismā un uzlabot atmiņas uzglabāšanu un atsaukšanu.

Turklāt T limfocīti limfocītos var arī tieši piedalīties smadzeņu imūnās aizsardzībā, lai novērstu patogēnu iebrukumu un iekaisuma reakciju izraisīšanu. Šim aizsargājošajam efektam ir liela nozīme cilvēka smadzeņu veselībai un atmiņas uzturēšanai. Pēc atkārtotas saskares ar vienu un to pašu patogēnu T limfocīti pamazām veido atmiņas, lai nākamajā reizē, kad patogēns tiek sastapts, cilvēka ķermenis var ātrāk reaģēt uz imūnsistēmu, tādējādi samazinot inficēšanās iespējamību.

Tāpēc, aizsargājot limfocītu veselību un uzturot normālu imūnsistēmas darbību, var labi uzturēt organisma imūno aizsardzību, uzturēt fizisko veselību un, vēl svarīgāk, uzlabot atmiņu. Veselīga ēšana, pietiekami daudz miega, fiziskās aktivitātes stiprināšana un priecīga garastāvokļa uzturēšana ir visi veidi, kā uzlabot limfocītu līmeni un atmiņu. Noteikti saglabājiet pozitīvu attieksmi un uzturiet savu ķermeni, smadzenes un imūnsistēmu labā stāvoklī. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche ir antioksidanta, pretiekaisuma un pretnovecošanās iedarbība, kas var palīdzēt samazināt oksidācijas un iekaisuma reakcijas smadzenēs, tādējādi aizsargājot cilvēka veselību. nervu sistēma. Turklāt Cistanche var arī veicināt nervu šūnu augšanu un atjaunošanos, tādējādi uzlabojot neironu tīklu savienojamību un darbību. Šie efekti var palīdzēt uzlabot atmiņu, mācīšanās spējas un domāšanas ātrumu, kā arī var novērst kognitīvo disfunkciju un neirodeģeneratīvo slimību rašanos.

Noklikšķiniet uz zināt veidus, kā uzlabot smadzeņu darbību

Turklāt vairāki ziņojumi liecina par atšķirībām šūnu iedarbībā starp B un C kladu, un pēdējā ir mazāk neirotoksiska [72]. Tāpēc ir ierosināts daļējs mitohondriju bojājums vai nepilnīgs MOMP, ja nebojātajos mitohondrijos ir augsts BCL-2 [54] līmenis, taču ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai apstiprinātu šo hipotēzi.

Un otrādi, ER stress tiek novērots iekšējā apoptotiskajā ceļā, kas rodas UPR [23]. ER lielā mērā ir pazīstama ar savām proteīnu satiksmes, locīšanas un nogatavināšanas funkcijām.

ER stress tiek iegūts, kad stimuls izraisa izmaiņas funkcionālā proteīna procesā, izraisot nesalocītu vai nepareizi salocītu proteīnu veidošanos. Lai novērstu darbības traucējumus, ER iedarbina UPR, kurā tiek aktivizētas signalizācijas kaskādes, lai pārkonfigurētu augšupējo proteīnu ražošanu, proteīnu translokāciju uz ER un autofagiju, lai atjaunotu proteostāzi vai izraisītu apoptozi, ja ER homeostāze netiek sasniegta.

UPR iesaistītos ceļus vada membrānas ER proteīni PERK, IRE1a un ATF6a. PERK fosforilē eikariotu translācijas iniciācijas faktora 2 apakšvienību (eIF2), tādējādi var samazināt proteīnu sintēzi un nesalocītu proteīnu pieplūdumu.

eIF2 inducē ATF4 mRNS translāciju, kas stimulē reducēšanas-oksidācijas līdzsvaram nepieciešamo proteīnu gēnu ekspresiju; autofagija; un apoptoze, piemēram, CCAAT/pastiprinātāju saistošais proteīns, homologs proteīns (CHOP), augšanas apstāšanās un DNS bojājumu inducējams proteīns (GADD34).

CHOP regulē GADD34, kas vienlaikus modulē nāves receptoru 5 (DR5), kas piesaista kaspāzi 8 BID šķelšanās izraisītai aktivācijai, kas ir viens no pro-apoptotiskajiem proteīniem mitohondriju ceļā, kas tika apspriests iepriekš [73].

Vēl viens signalizācijas ceļš ir tas, ko regulē IRE1 disociācija no GRP78 un tā RNāzes aktivitātes aktivizēšana. Pēc tam IRE1 ir vērsta uz X-box-bindingprotein 1 (XBP1) mRNS, noņemot 26-nukleotīda intronu, kas ļauj ekspresēt XBP1 aktivēto formu.

Šis proteīns ir citu gēnu regulējums, kas saistīts ar nepareizi salocītu proteīnu locīšanu, sekrēciju un likvidēšanu. Turklāt IRE1 var tikt pakļauts procesam, ko sauc par regulēto IRE{1}}atkarīgo samazināšanos (RIDD), kurā tiek noārdītas mRNS, tostarp DR5, anti-apoptotisks mehānisms. Tomēr ilgstoša stresa apstākļi samazina RIDD efektivitāti, izraisot šūnu nāvi.

Visbeidzot, ATF6 kaskāde sākas ar tā transportēšanu uz Golgi aparātu un šķelšanos, lai atbrīvotu fragmentu ar nosaukumu ATFp50, kas pārceļas uz kodolu un inducē gēnu ekspresiju līdzīgi kā XBP1, bet ar atšķirību, ka ATFp50 arī modulē Golgi aparāta bioģenēzi [73].

Šajā kontekstā ir ziņots, ka Tat izraisītais ER stress izraisa nesalocītu proteīna reakcijas (UPR) aktivāciju, ko identificē ar IRE1, PERK un ATF6 gēnu ekspresijas palielināšanos, un tajā pašā laikā tika novēroti mitohondriju disfunkcijas signāli, ko izraisa zudums. par mitohondriju membrānas potenciālu un kaspāzes 12 un kaspāzes 3 aktivāciju [23].

Turklāt cilvēka smadzenēs mikrovaskulāro endotēlija šūnu Tat iedarbības efekti ietver paaugstinātu IRE1, PERK, ATF6 un Bip/GRP78 proteīnu līmeni, kā rezultātā palielinājās ROS [70].

Šūnas cieš no Ca2+ pieplūduma, ko izraisa Tat mijiedarbība ar N-metil-Daspartāta receptoru (NMDAR) [63]. Tomēr stratēģijas, lai bloķētu šo receptoru, nav spējušas mazināt HAND [74], norādot, ka Tat izmanto citus ceļus, lai izjauktu Ca2+homeostāzi. Ca2+ normālos apstākļos tiek uzglabāts ER, un tā izdalīšanos modulē dažādi stimuli.

Nesen pierādījumi liecina, ka gan ER, gan mitohondriji ir savstarpēji saistīti, izmantojot kompleksu, kas pazīstams kā ar mitohondrijām saistītās ER membrānas, kur notiek šūnu procesi, tostarp Ca2+ transportēšana un šūnu nāves indukcija ilgstošas ​​šūnu stresa laikā [75].

Ca2+ signalizācija ir visizplatītākā mijiedarbība starp šīm divām organellām ar IP3 receptoru palīdzību [76]. Šķiet, ka ER-mitohondriju komunikācija ir atgriezeniskās saites cilpa.

Paaugstināts citozola Ca2+ līmenis ER stresa izraisītas atbrīvošanās dēļ izraisa mitohondriju membrānas potenciāla traucējumus, izraisot ROS ražošanas palielināšanos. ER stresu var izraisīt traucēts olbaltumvielu nobriešanas process, ko izraisa augsts mtROS līmenis.

Turklāt mitohondriju Ca2+ uzņemšana izraisa caurlaidības pārejas poru (mPTP) atvēršanos un citohroma c izdalīšanos, kas veicina kaspāžu aktivāciju [75], kas nozīmē, ka Ca2+ signalizācija starp ER un mitohondrijiem regulē šūnu elpošanu. Tāpēc citoplazmas Ca2+ koncentrācijas palielināšanās var izraisīt šūnu bojāeju.

Novērojumi ar Tat pakļautiem embriju žurku hipokampu neironiem liecināja par citosola Ca2+ un mitohondriju uzņemšanas pieaugumu, kas izraisa membrānas depolarizāciju un šūnu nāvi [64].

Tat izraisīto intracelulāro Ca2++ pieaugumu raksturo sākotnējā pārejošā stadija IP3- un otrs pagarināts periods, ko mediē NMDAR augļa cilvēka smadzeņu neironiem [77] un pārejoša receptoru potenciāla kanoniskajam kanonam žurkas Nacc neironiem [ 74], kas izraisa šūnu nāvi.

Šie atklājumi apstiprina, ka Tat ietekmē mitohondriju-ER komunikāciju, traucējot Ca2+ homeostāzes regulēšanu un pro- un anti-apoptotisko proteīnu nelīdzsvarotību, izraisot mitohondriju disfunkciju, kas savukārt izraisa apoptozi.

Kā minēts iepriekš, ir veikti klīniskie pētījumi, lai novērstu Tat izraisītu Ca2+ disregulāciju, izmantojot NMDAR antagonistus, bez būtiskiem rezultātiem, kas mazina HAND progresēšanu [74]. Šo rezultātu iemesls varētu būt fakts, ka kalcija disregulācija ir tikai viena no Tat izraisītajām sekām, ko izraisa vairāki augšupvērsti notikumi.

Tāpēc stratēģija varētu būt tāda notikuma risināšana, kurā lielākā daļa traucēto ceļu saplūst un ir galvenais neirodeģenerācijas cēlonis, piemēram, mitohondriju disfunkcija, un cīnīties ar tā regulējošām molekulām, piemēram, sirtuīniem.

5. Sirtuins

Sirtuin1–7 ir daļa no III klases proteīnu histonu dezacetilāžu ģimenes. Visi SIRT ir NAD+-atkarīgi enzīmi un piedalās dažādos šūnu notikumos, piemēram, gēnu ekspresijā, DNS labošanā un novecošanā [78].

Tie piedāvā dažādas funkcijas un šūnu sadalījumu N- un C-termināla strukturālo atšķirību dēļ. Konservētajam SIRT katalītiskajam kodolam ir divi apakšdomēni: Rossmann kroka un cinku saistošais domēns.

Substrāti un NAD+ saistās ar aktīvo plaisu starp diviem apakšdomēniem. Mijiedarbība starp katalītisko serdi, substrātu un NAD+ izraisa konformācijas izmaiņas, kas noved pie aktīvas spraugas aizvēršanās [79].

Labi raksturotā katalītiskā aktivitāte ir lizīna dezacetilēšana, taču vairākos eksperimentos secināts, ka SIRT5 var arī likvidēt sukcinil- un malonilgrupas un ka SIRT4 ir ADP-riboziltransferāze [80]. SIRT1 un SIRT2 atrodas kodolā un citoplazmā, savukārt SIRT3 galvenokārt atrodas mitohondrijās. . Patiešām, tas palīdz ierobežot to substrātus, jo SIRT nedeva priekšroku proteīnu secībai.

Tomēr acetilizīna atlikumam jāatrodas cilpas spirālēs, lai tas būtu pieejams deacetilēšanas reakcijai [80]. Neskatoties uz šķietamo SIRT substrāta specifiku, tika atklāts, ka tikai SIRT1, SIRT2 un SIRT3 var deacetilēt Tat [31], kas pierāda tiešu mijiedarbību, kas var izraisīt izmaiņas šo SIRT darbībā pret citiem substrātiem.

Tāpēc šajā pārskatā mēs pievēršam uzmanību tikai iepriekš minētajām trim molekulām, un SIRT regulētie ceļi ir parādīti 2.

5.1. Sirtuīni neirodeģeneratīvās slimībās

Sirtuīni 1–7 smadzenēs tiek izteikti dažādās pakāpēs. SIRT1 un SIRT2 ir visizplatītākie šajos audos, bet SIRT1 ir ļoti izteikts neironos, savukārt SIRT2 ir daudz oligodendrocītos.

Sirtuīni 3–5 ir otrā smadzenēs sastopamā grupa, un visretāk sastopamie ir SIRT6-7. SIRT1 pārsvarā atrodas kodolā, un SIRT2 ir izplatīts citoplazmā, savukārt SIRT3 galvenokārt ir bagātīgi mitohondriji, bet dažas izoformas atrodas citoplazmā un kodolā [81]. SIRT ekspresija atšķiras atkarībā no smadzeņu apgabaliem, vecuma un patoloģiskiem stāvokļiem, un tā ir saistīta ar neirodeģeneratīviem traucējumiem, piemēram, PD un AD.

PD patoģenēzi raksturo -sinukleīna agregācija, ko var samazināt peles smadzeņu PD modeļos SIRT1 pārmērīgas ekspresijas dēļ [82]. Tomēr SIRT2 inhibīcija mazina sinukleintoksicitāti cilvēka neirogliomas šūnās [83].

No otras puses, SIRT1, SIRT3 un SIRT6 ekspresija ir samazināta pacientu ar AD smadzenēs [84]. Turklāt SIRT1 [85] un SIRT3 [86] proteīnu koncentrācija ir samazināta smadzeņu garozā personām ar AD. Gan SIRT1, gan SIRT3 disregulācija ir saistīta ar izziņas veiktspēju [85,87].

5.2. SIRT1

SIRT1 piedalās vairākos šūnu procesos, tostarp šūnu metabolismā, DNS atjaunošanā, mitohondriju bioģenēzē, apoptozē [88,89], diennakts laika noteikšanas sistēmā [90], gēnu klusināšanā, mijiedarbojoties ar DNS metiltransferāzi 1 [91], heterohromatīna veidošanā [92], šūnā. cikla progresēšana [93] un oksidatīvā stresa reakcija [94].

Pateicoties mijiedarbībai ar daudzām molekulām, SIRT1 ir pievērsis uzmanību savai lomai daudzu slimību, tostarp vēža [95], 2. tipa cukura diabēta [96] un neirodeģeneratīvo traucējumu [97, 98], ārstēšanā.

5.2.1. SIRT1 ER Stress un UPR

Nesen atklājumi atklāja, ka SIRT1 ir būtiska loma ER stresa mitohondriju apoptotiskā ceļa regulēšanā [27, 99, 100]. Primārajos hondrocītos SIRT1 farmakoloģiska un ģenētiska inhibīcija izraisa fosforilētu PERK pieaugumu un pakārtoto proteīnu, piemēram, eIF-2 un CHOP [27]. Līdzīgi sirds šūnās SIRT1 izsīkums palielina fosforilētā eIF-2, ATF4, GADD34 un CHOP olbaltumvielu līmeni [99].

Tomēr šī sirtuīna pārmērīga ekspresija vai aktivizēšana izraisa šūnu nāves atcelšanu abos pētījumos. Turklāt tika novērots gan PERK [27], gan eIF-2 [99] acetilēto formu pieaugums. Neskatoties uz to, Ghosh et al. [100] ziņoja, ka pat bez ER stresa stimula SIRT1 izsīkums ir iesaistīts PERK UPR filiāles aktivācijā, regulējot fosforilētā eIF-2 līmeni; turklāt viņi atrada pierādījumus par fizisko mijiedarbību starp SIRT1, CHOP un GADD34 [100], ko vēlāk apstiprināja pierādījumi, kas liecina par anarsenīta izraisīta Sirt1/GADD34/PP1/eIF-2 kompleksa un kodola SIRT1 translokācijas tocitoplazmas veidošanos, kas noved pie GADD{15}}mediētas eIF-2 defosforilācijas/dezacetilēšanas un SIRT1 defosforilācijas [101]. Kopumā šī informācija norāda, ka SIRT1 var darboties kā apoptozes regulators; līdz ar to komplekss GADD34/PP1 ir eIF-2 represors, kas noved pie ER funkcijas atjaunošanas, kad šūnu stress ir atrisināts [73].

Turklāt ir ierosināts, ka SIRT1 lomu šūnu proliferācijā nosaka tā atrašanās vieta [102], kas ir atkarīga arī no šūnas tipa [103]. Tomēr tas ir nepieciešams, lai izvairītos no mehānismiem, ko šūnu tipi izmanto pret dažāda veida stresa faktoriem un aktivizētajām kompensējošām reakcijām.

5.2.2. SIRT1 un mitohondriju disfunkcija

Mitohondriju disfunkcija rodas no to vielmaiņas un enerģētisko funkciju traucējumiem, kā arī to kvalitātes kontroles notikumu disregulācijas, tostarp organoīdu saplūšanas, mitohondriju bioģenēzes un mitofagijas.

Dinamika starp saplūšanu un skaldīšanu ir būtiska šūnu adaptācijai un organellu sadalījumam vairākos apstākļos, piemēram, mitofagijā un mitohondriju bioģenēzē [104]. SIRT1 regulē mitohondriju bioģenēzi, izmantojot vairākas deacetilēšanas reakcijas.

Serīna/treonīna-proteīna kināzi STK11 (LKB1) aktivizē SIRT1, izraisot AMP aktivētās proteīna kināzes (AMPK) fosforilēšanos. Pēc tam SIRT1 fosforilē un deacetilē FOXO3, lai veicinātu PGC1 transkripciju, kas inducē kodola transkripcijas faktoru (Nrf{8}}) ​​un transkripcijas faktora A (TFAM) transkripciju, kas ir saistīts ar mtDNS replikāciju un transkripciju [28].

Paradoksāli, bet SIRT1 ir bijis saistīts ar mitofagiju, taču detalizētie mehānismi joprojām tiek noteikti. Daži pētījumi atklāja, ka tādi aktivatori kā resveratrols (RV) un SRT1720 inducē mitofagiju, transkripcijas indukējot PINK1, izmantojot FOXO3 SIRT1-mediētu acetilāciju [105,106].

Turklāt SIRT1 ir nepieciešams mitohondriju fragmentācijai, iedarbojoties uz citoskeletu Ca2+disregulācijas kontekstā [107]. Šie atklājumi apstiprina faktu, ka SIRT1 ir galvenais modulatora inmitohondriju disfunkcija.

5.2.3. SIRT1 un Tat

HIV infekcijas gadījumā SIRT1 ir nepieciešams Tat Lys50 deacetilēšanai, jo Tat-trans-aktingresponsive element (TAR) kompleksa veidošanās notiek tikai tā neacetilētā formā, bet Tat acetilēšana ir nepieciešama, lai turpinātu transkripciju.

Kad process ir pabeigts, tās pašas Tat molekulas var pārstrādāt, izmantojot SIRT{0}}deacetilēšanu, lai ierosinātu citu TAR kompleksu [31,108]. Interesanti, ka SIRT1-Tat mijiedarbība nav atkarīga no Tat acetilēšanas stāvokļa [31], kas liecina, ka Tat izraisīta SIRT1 inhibīcija notiek, kad Tat pārstrāde vairs nav nepieciešama [108].

Tomēr ir daži jautājumi par inhibīcijas mehānismiem, jo ​​nav skaidrs, vai notiek allosteriskie mehānismi un vai pastāv koncentrācijas atkarība no inhibīcijas.

Tomēr jāatzīmē, ka Tat izraisīta SIRT1 inhibīcija izraisa T šūnu hiperaktivāciju [30]. Kā centrālais spēlētājs vairākos šūnu procesos, Tat mediētā SIRT1 inhibīcija var būt iesaistīta šūnu disregulācijā, kas savukārt izraisa neironu zudumu. Tāpēc šī sirtuīna aktivizēšana ir jāapsver, lai cīnītos pret HAND.

5.3. SIRT2

Lai gan SIRT2 koncentrācija citozolā ir augstāka, šūnu cikla G2/M pārejas laikā tie tiek pārvietoti uz kodolu, kur regulē H4K20 metilēšanu, deacetilējot histonu H4K16, kas ir galvenais hromosomu blīvēšanā [109].

Paradoksāli, bet ir pierādījumi par šūnu proliferācijas traucējumiem un šūnu cikla apstāšanos pārmērīgi ekspresējošās SIRT2 plaušu vēža šūnās [110]. Citoplazmā SIRT2 mijiedarbojas ar -tubulīnu, kas ir daļa no citoskeleta. Acetilācijas līmeņi korelē ar mikrotubulu stabilitāti, un SIRT2-pārāk ekspresētās smadzenīšu granulu šūnās lēnas Valerijas deģenerācijas pelēm tika novēroti hiperacetilācijas traucējumi un rezistence pret aksonu deģenerāciju [111].

Tomēr tika atklāts, ka SIRT2-/- peles izraisa aksonu bojājumus, ko pavada zems glutationa līmenis, samazināts ATP, samazināts mtDNS koncentrāciju, un rezultātā, salīdzinot ar savvaļas tipu, ir augsta SIRT1 ekspresija [112], kas liecina par mitohondriju homeostāzes traucējumiem.

Saskaņā ar šiem rezultātiem Liu et al. [113]. novēroja, ka striatuma SIRT2-/- peļu šūnās vairākiem mitohondriju proteīniem ir augstāks acetilācijas līmenis nekā WT, tostarp tiem, kas iesaistīti enerģijas ražošanā. Iespēja, ka SIRT2 darbojas mitohondrijās, tika apstiprināta arī tajā pašā grupā, jo SIRT2 var būt lokalizēts Wt peļu smadzeņu un peļu embriju fibroblastu mitohondrijās [113].

Turklāt SIRT{0}}/- peles garozā atklāja, ka šī sirtuīna izsīkšana izraisa mitohondriju lieluma izmaiņas, paaugstinātu acetilētā PGC1 līmeni un ar mitohondriju saplūšanu saistīto gēnu Mfn1, Mnf2 un Opa1 ekspresijas pazemināšanos [113]. Un otrādi, stresa apstākļos HepG2SIRT2-Wt šūnas samazināja DRP1; tikmēr SIRT{11}}katalītiski inaktivētās šūnas to nedarīja [114].

Oksidatīvā stresa kontekstā SIRT2 pārmērīga ekspresija palielina šūnu dzīvotspēju un izraisa FOXO3a mediētu SOD2 ekspresiju neiroblastomas šūnās [115]. No otras puses, SIRT2-/- MF uzrādīja ROS un mitofagijas galveno regulatoru proteīnu PINK1 un parkin pieaugumu, kā arī LC3B, kas ir bojātas mitohondriju klīrensa traucējumu veidotājs [113].

SIRT2 neiroprotektīvās iedarbības atšķirības, kas varētu būt vairāku kompensācijas reakciju sekas, ko šūna uzņem dažādu stimulu ietekmē. Tomēr SIRT2 loma mitohondriju homeostāzē ir ievērojama.

Fakts, ka Tat fiziski mijiedarbojas ar šo sirtuīnu un ka Tat izraisītas neirotoksicitātes marķieris ir mitohondriju disfunkcija, var likt mums izvirzīt hipotēzi par iespējamu modulāciju tādā pašā veidā kā SIRT1. Tāpēc ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai atšifrētu saistību starp SIRT2 un Tat.

For more information:1950477648nn@gmail.com