Модуляция сиртуинов: многообещающая стратегия лечения нейрокогнитивных нарушений, связанных с ВИЧ. Часть 2

Интересно, что Кампестрини и др. [23] обнаружили, что уровни мРНК Bcl-2 повышались через 72 часа после обработки Tat линии клеток Т-лимфоцитов человека (Jurkat). Тем не менее, они использовали кладу C ВИЧTat, которая имеет изменение R57S по сравнению с кладой B и препятствует поглощению Tat клетками [50].

Лимфоциты — одни из важных иммунных клеток в организме человека, отвечающие за борьбу с вторжением различных вирусов и бактерий. Человеческая память – это способность человеческого мозга запоминать и воспроизводить информацию. Эти двое не связаны между собой? Существует определенная связь между лимфоцитами и памятью.

Исследования показали, что когда мы переживаем определенные события или подвергаемся воздействию определенных раздражителей, иммунная система инициирует ряд реакций, включая активность лимфоцитов. В этом процессе лимфоциты вырабатывают вещества, называемые цитокинами, которые могут влиять на деятельность нервной системы. Это означает, что активность лимфоцитов может способствовать установлению связи между нейронами в организме человека и улучшать хранение и воспроизведение воспоминаний.

Кроме того, Т-лимфоциты в лимфоцитах также могут непосредственно участвовать в иммунной защите головного мозга, предотвращая проникновение патогенов и возникновение воспалительных реакций. Этот защитный эффект имеет большое значение для здоровья человеческого мозга и сохранения памяти. После многократного воздействия одного и того же возбудителя Т-лимфоциты постепенно формируют воспоминания, так что при следующей встрече с возбудителем организм человека может быстрее отреагировать на иммунную систему, тем самым снижая вероятность заражения.

Следовательно, защита здоровья лимфоцитов и поддержание нормальной функции иммунной системы позволяют хорошо поддерживать иммунную защиту организма, поддерживать физическое здоровье и, что более важно, улучшать память. Здоровое питание, достаточное количество сна, физические упражнения и поддержание хорошего настроения — все это способы улучшить лимфоциты и память. Обязательно сохраняйте позитивный настрой и поддерживайте свое тело, мозг и иммунную систему в хорошем состоянии. Видно, что нам необходимо улучшить память, а Цистанхе может значительно улучшить память, поскольку Цистанхе обладает антиоксидантным, противовоспалительным и омолаживающим действием, что может помочь уменьшить окислительные и воспалительные реакции в мозге, тем самым защищая здоровье организма. нервная система. Кроме того, Цистанхе также может способствовать росту и восстановлению нервных клеток, тем самым улучшая связь и функцию нейронных сетей. Эти эффекты могут помочь улучшить память, способность к обучению и скорость мышления, а также предотвратить возникновение когнитивной дисфункции и нейродегенеративных заболеваний.

Нажмите, чтобы узнать, как улучшить работу мозга

Кроме того, в нескольких отчетах высказывались предположения о различиях в клеточных эффектах между кладами B и C, причем последний из них менее нейротоксичен [72]. Таким образом, предполагается частичное повреждение митохондрий или неполный MOMP, при котором неповрежденные митохондрии демонстрируют высокие уровни BCL-2 [54], но для подтверждения этой гипотезы необходимы дальнейшие исследования.

И наоборот, стресс ER наблюдается во внутреннем апоптотическом пути, который переходит в UPR [23]. ЭР широко известен своими функциями транспортировки, сворачивания и созревания белков.

Стресс ER возникает, когда стимул вызывает изменение функционального белкового процесса, что приводит к развертыванию или неправильному свертыванию белков. Чтобы противодействовать сбоям, ER запускает UPR, где активируются сигнальные каскады для реконфигурации восходящей продукции белков, транслокации белков в ER и аутофагии для восстановления протеостаза или индукции апоптоза, если гомеостаз ER не достигается.

Пути, участвующие в UPR, проводятся мембранными белками ЭР PERK, IRE1a и ATF6a. PERK фосфорилирует субъединицу фактора инициации трансляции 2 эукариот (eIF2), поэтому синтез белка и приток развернутого белка могут быть уменьшены.

eIF2 индуцирует трансляцию мРНК ATF4, которая стимулирует экспрессию генов белков, необходимых для окислительно-восстановительного баланса; аутофагия; и апоптоз, такой как CCAAT/белок, гомологичный энхансер-связывающему белку (CHOP), остановка роста и белок, индуцирующий повреждение ДНК (GADD34).

CHOP регулирует GADD34, который в то же время модулирует рецептор смерти 5 (DR5), который рекрутирует каспазу 8 для опосредованной расщеплением активации BID, одного из проапоптотических белков митохондриального пути, обсуждавшегося выше [73].

Другой сигнальный путь регулируется диссоциацией IRE1 от GRP78 и активацией его РНКазной активности. Затем IRE1 нацеливается на мРНК X-box-связывающего белка 1 (XBP1), удаляя 26-нуклеотидный интрон, который обеспечивает экспрессию активированной формы XBP1.

Этот белок является активатором других генов, связанных со сворачиванием, секрецией и устранением неправильно свернутых белков. Кроме того, IRE1 может подвергаться процессу, называемому регулируемым IRE1-зависимым распадом (RIDD), при котором мРНК разрушаются, включая DR5, антиапоптотический механизм. Однако условия длительного стресса снижают эффективность RIDD, вызывая гибель клеток.

Наконец, каскад ATF6 начинается с его транспорта в аппарат Гольджи и расщепления с высвобождением фрагмента, называемого ATFp50, который транслоцируется в ядро ​​и индуцирует экспрессию генов аналогично XBP1, но с той разницей, что ATFp50 также модулирует биогенез аппарата Гольджи [73].

В этом контексте сообщалось, что Tat-индуцированный стресс ER приводит к активации развернутого белкового ответа (UPR), определяемой увеличением экспрессии генов IRE1, PERK и ATF6, и в то же время наблюдались признаки митохондриальной дисфункции, опосредованной потерей мембранного потенциала митохондрий и активации каспазы 12 и каспазы 3 [23].

Кроме того, в человеческом мозге эффекты воздействия Tat на микрососудистые эндотелиальные клетки включают повышение уровней белков IRE1, PERK, ATF6 и Bip/GRP78, что приводит к увеличению ROS [70].

Клетки страдают от увеличения притока Ca2+ за счет взаимодействия Tat с рецептором N-метил-даспартата (NMDAR) [63]. Тем не менее, стратегии по блокированию этого рецептора не смогли смягчить HAND [74], что указывает на то, что Tat использует другие пути для нарушения гомеостаза Ca2+. Ca2+ хранится в ЭР в нормальных условиях, и его высвобождение модулируется различными стимулами.

Недавно появились данные, что и ЭР, и митохондрии соединяются между собой через комплекс, известный как митохондриально-ассоциированные мембраны ЭР, где происходят клеточные процессы, включая транспорт Ca2+ и индукцию гибели клеток во время длительного клеточного стресса [75].

Передача сигналов Ca2+ является наиболее известным взаимодействием между этими двумя органеллами при помощи рецепторов IP3 [76]. Связь ЭР-митохондрии, по-видимому, представляет собой петлю обратной связи.

Повышенные уровни цитозольного Ca2+ из-за высвобождения, опосредованного стрессом ER, провоцируют нарушение потенциала митохондриальной мембраны, вызывая увеличение продукции АФК. Стресс ЭР может быть вызван нарушением процесса созревания белка, вызванным высокими уровнями мтАФК.

Кроме того, поглощение митохондриями Ca2+ индуцирует открытие переходной поры проницаемости (mPTP) и высвобождение цитохрома c, который приводит к активации каспаз [75], что означает, что передача сигналов Ca2+ между ЭР и митохондриями регулирует клеточное дыхание. Следовательно, увеличение цитоплазматической концентрации Ca2+ может привести к гибели клеток.

Наблюдения за нейронами гиппокампа эмбриональных крыс, подвергшимися воздействию Tat, показали увеличение цитозольного поглощения Ca2+ и митохондрий, что вызывает деполяризацию мембраны и гибель клеток [64].

Tat-индуцированное внутриклеточное увеличение Ca2++ характеризуется начальной переходной стадией, опосредованной IP3-, и вторым пролонгированным периодом, опосредованным NMDARsin нейронами головного мозга плода человека [77] и транзиторным рецепторным потенциалом канонического канала в нейронах Nacc крысы [77] и транзиторным рецепторным потенциалом канонического канала в нейронах Nacc крысы [77]. 74], что приводит к гибели клеток.

Эти результаты подтверждают, что Tat влияет на связь митохондрии-ER посредством нарушения регуляции гомеостаза Ca2+ и дисбаланса про- и антиапоптотических белков, что приводит к митохондриальной дисфункции, которая, в свою очередь, провоцирует апоптоз.

Как упоминалось ранее, клинические испытания были проведены для борьбы с Tat-опосредованной дисрегуляцией Ca2+ с использованием антагонистов NMDAR, но без существенных результатов, замедляющих прогрессирование HAND [74]. Причиной этих результатов может быть тот факт, что нарушение регуляции кальция является лишь одним из Tat-опосредованных эффектов, вызванных множеством восходящих событий.

Следовательно, стратегия может заключаться в том, чтобы справиться с событием, при котором большинство нарушенных путей сходятся и являются ключом к нейродегенерации, например, митохондриальной дисфункции, а также бороться с молекулами-регуляторами, такими как сиртуины.

5. Сиртуины

Сиртуины 1–7 являются частью семейства белков гистон-деацетилаз класса III. Все SIRTs являются NAD+-зависимыми ферментами и участвуют в различных клеточных событиях, таких как экспрессия генов, репарация ДНК и старение [78].

Они представляют разнообразие функций и клеточного распределения из-за структурных различий на N- и C-концах. Консервативное каталитическое ядро ​​SIRT имеет два субдомена: Россман-фолд и цинк-связывающий домен.

Субстраты и НАД+ связываются с активной щелью между двумя субдоменами. Взаимодействие между каталитическим ядром, субстратом и НАД+ вызывает конформационные изменения, которые приводят к закрытию активной щели [79].

Хорошо изученной каталитической активностью является деацетилирование лизина, но несколько экспериментов пришли к выводу, что SIRT5 может также устранять сукцинильные и малонильные группы и что SIRT4 представляет собой АДФ-рибозилтрансферазу [80]. SIRT1 и SIRT2 обнаруживаются в ядре и цитоплазме, тогда как SIRT3 преимущественно локализуется в митохондриях. . Действительно, это помогает ограничить их субстраты, поскольку SIRT не показали предпочтений в последовательности белка.

Однако остаток ацетиллизина должен находиться внутри петли или -спирали, чтобы быть доступным для реакции деацетилирования [80]. Несмотря на очевидную субстратную неспецифичность SIRT, было обнаружено, что только SIRT1, SIRT2 и SIRT3 могут деацетилировать Tat [31], что доказывает прямое взаимодействие, которое может привести к изменениям в функции этих SIRT по отношению к другим субстратам.

Поэтому в этом обзоре мы уделяем внимание только трем вышеупомянутым молекулам, а пути, регулируемые SIRTs, показаны на рисунке 2.

5.1. Сиртуины при нейродегенеративных заболеваниях

Сиртуины 1–7 экспрессируются в мозге в разной степени. SIRT1 и SIRT2 наиболее часто встречаются в этой ткани, но SIRT1 высоко экспрессируется в нейронах, тогда как SIRT2 широко экспрессируется в олигодендроцитах.

Сиртуины 3–5 — это вторая группа, обнаруживаемая в мозге, а наименее распространенными являются SIRT6-7. SIRT1 преимущественно локализован в ядре, а SIRT2 распространен в цитоплазме, тогда как SIRT3 преимущественно присутствует в митохондриях, но некоторые изоформы присутствуют в цитоплазме и ядре [81]. Экспрессия SIRT различается в зависимости от областей мозга, возраста и патологических состояний и связана с нейродегенеративными расстройствами, такими как БП и БА.

Патогенез БП характеризуется агрегацией альфа-синуклеина, уровень которой может снижаться на моделях БП в мозге мышей из-за сверхэкспрессии SIRT1 [82]. Однако ингибирование SIRT2 снижает альфа-синуклеинтоксичность в клетках нейроглиомы человека [83].

С другой стороны, экспрессия SIRT1, SIRT3 и SIRT6 снижается в мозге пациентов с БА [84]. Более того, концентрации белков SIRT1 [85] и SIRT3 [86] снижаются в коре головного мозга людей с AD. Нарушение регуляции как SIRT1, так и SIRT3 связано с когнитивными способностями [85,87].

5.2. СИРТ1

SIRT1 участвует в нескольких клеточных процессах, включая клеточный метаболизм, репарацию ДНК, митохондриальный биогенез, апоптоз [88,89], систему циркадного времени [90], подавление генов посредством взаимодействия с ДНК-метилтрансферазой 1 [91], образование гетерохроматина [92], клеточную активность. прогрессирование цикла [93] и реакция на окислительный стресс [94].

Благодаря взаимодействию с многочисленными молекулами SIRT1 привлек внимание к своей роли во многих заболеваниях, включая рак [95], диабет 2 типа [96] и нейродегенеративные расстройства [97,98].

5.2.1. SIRT1 при стрессе скорой помощи и UPR

Недавно результаты показали, что SIRT1 играет важную роль в регуляции апоптотического пути митохондрий стресса ER [27,99,100]. В первичных хондроцитах фармакологическое и генетическое ингибирование SIRT1 приводит к увеличению фосфорилированного PERK и последующим белкам, таким как eIF-2 и CHOP [27]. Аналогичным образом, в сердечных клетках истощение SIRT1 увеличивает уровни фосфорилированных белков eIF-2, ATF4, GADD34 и CHOP [99].

Однако в обоих исследованиях сверхэкспрессия или активация этого сиртуина приводит к прекращению гибели клеток. Кроме того, наблюдалось увеличение ацетилированных форм как PERK [27], так и eIF-2 [99]. Тем не менее, Гош и др. [100] сообщили, что даже без стрессового стимула ER истощение SIRT1 участвует в активации ветви PERK UPR путем регулирования уровней фосфорилированного eIF-2 ; кроме того, они обнаружили доказательства физического взаимодействия между SIRT1, CHOP и GADD34 [100], что позже было подтверждено данными, показывающими образование индуцированного анарсенитом комплекса Sirt1/GADD34/PP1/eIF-2 и ядерную транслокацию SIRT1 в цитоплазму, что приводит к GADD34-опосредованному дефосфорилированию/деацетилированию eIF-2 и дефосфорилированию SIRT1 [101]. В совокупности эта информация указывает на то, что SIRT1 может действовать как регулятор апоптоза; следовательно, комплекс GADD34/PP1 является репрессором eIF-2, что приводит к восстановлению функции ER после устранения клеточного стресса [73].

Более того, было высказано предположение, что роль SIRT1 в клеточной пролиферации опосредована его расположением [102], которое также зависит от типа клеток [103]. Однако необходимо ускользнуть от механизмов, которые типы клеток используют против различных типов стрессоров, и от компенсаторных реакций, которые активируются.

5.2.2. SIRT1 и митохондриальная дисфункция

Дисфункция митохондрий возникает в результате нарушения их метаболических и энергетических функций, а также нарушения регуляции процессов контроля их качества, включая деление-слияние органелл, митохондриальный биогенез и митофагию.

Динамика между слиянием и делением важна для адаптации клеток и распределения органелл при нескольких условиях, таких как митофагия и биогенез митохондрий [104]. SIRT1 регулирует митохондриальный биогенез посредством нескольких реакций деацетилирования.

Серин/треонин-протеинкиназа STK11 (LKB1) активируется SIRT1, что приводит к фосфорилированию AMP-активируемой протеинкиназы (AMPK). Впоследствии FOXO3 фосфорилируется и деацетилируется с помощью SIRT1, чтобы стимулировать транскрипцию PGC1, которая индуцирует транскрипцию ядерных факторов транскрипции (Nrf1-2) ​​и фактора транскрипции A (TFAM), который связан с репликацией и транскрипцией мтДНК [28].

Парадоксально, но SIRT1 связан с митофагией, но детальные механизмы все еще определяются. Некоторые исследования показали, что активаторы, такие как ресвератрол (RV) и SRT1720, индуцируют митофагию путем индукции транскрипции PINK1 посредством ацетилирования, опосредованного FOXO3 SIRT1- [105,106].

Кроме того, SIRT1 необходим для фрагментации митохондрий, воздействуя на цитоскелет в контексте нарушения регуляции Ca2+ [107]. Эти данные подтверждают тот факт, что SIRT1 является ключевым модулятором митохондриальной дисфункции.

5.2.3. SIRT1 и Тат

При ВИЧ-инфекции SIRT1 необходим для деацетилирования Tat Lys50, поскольку образование комплекса Tat-транс-действующий чувствительный элемент (TAR) происходит только в его неацетилированной форме, но для продолжения транскрипции необходимо ацетилирование Tat.

После завершения процесса те же молекулы Tat могут быть повторно использованы посредством SIRT1-деацетилирования, чтобы инициировать другой комплекс TAR [31,108]. Интересно, что взаимодействие SIRT1-Tat не зависит от состояния ацетилирования Tat [31], что позволяет предположить, что Tat-индуцированное ингибирование SIRT1 имеет место, когда рециркуляция Tat больше не требуется [108].

Однако есть некоторые вопросы относительно механизмов ингибирования, поскольку неясно, имеют ли место аллостерические механизмы и существует ли зависимость ингибирования от концентрации.

Однако примечательно, что Tat-индуцированное ингибирование SIRT1 приводит к гиперактивации Т-клеток [30]. Будучи центральным игроком в нескольких клеточных процессах, Tat-опосредованное ингибирование SIRT1 может быть вовлечено в нарушение регуляции клеток, что, в свою очередь, вызывает потерю нейронов. Следовательно, следует рассматривать активацию этого сиртуина для решения проблемы РУКИ.

5.3. СИРТ2

Хотя концентрации SIRT2 выше в цитозоле, во время клеточного цикла G2/M-перехода они перемещаются в ядро, где регулируют метилирование H4K20 путем деацетилирования гистона H4K16, который играет ключевую роль в компактизации хромосом [109].

Парадоксально, но имеются доказательства нарушения клеточной пролиферации и остановки клеточного цикла в клетках рака легких со сверхэкспрессией SIRT2 [110]. В цитоплазме SIRT2 взаимодействует с -тубулином, который является частью цитоскелета. Уровни ацетилирования коррелируют со стабильностью микротрубочек, а в сверхэкспрессированных SIRT2- зернистых клетках мозжечка мышей с медленной валлеровской дегенерацией наблюдалось нарушение гиперацетилирования и устойчивость к аксональной дегенерации [111].

Однако было обнаружено, что мыши SIRT2-/- вызывают повреждение аксонов, сопровождающееся низким уровнем глутатиона, снижением АТФ, снижением концентрации мтДНК и приводит к более высокой экспрессии SIRT1 по сравнению с диким типом [112], что означает нарушение гомеостаза митохондрий.

В соответствии с этими результатами, Liu et al. [113]. наблюдали, что в клетках стриатума SIRT2-/- мышей несколько митохондриальных белков имеют более высокие уровни ацетилирования, чем WT, включая те, которые участвуют в производстве энергии. Возможность того, что SIRT2 действует в митохондриях, была также подтверждена в той же группе, поскольку SIRT2 может локализоваться в митохондриях мозга мышей Wt и эмбриональных фибробластах мышей [113].

Кроме того, исследование коры головного мозга мышей SIRT2-/- показало, что истощение этого сиртуина вызывает изменение размера митохондрий, повышение уровня ацетилированного PGC1 и снижение экспрессии генов, связанных со слиянием митохондрий Mfn1, Mnf2 и Opa1 [113]. И наоборот, в условиях стресса клетки HepG2SIRT2-Wt снижали уровень DRP1; в то время как SIRT2-каталитически инактивированные клетки этого не сделали [114].

В контексте окислительного стресса сверхэкспрессия SIRT2 повышает жизнеспособность клеток и индуцирует FOXO3a-опосредованную экспрессию SOD2 в клетках нейробластомы [115]. С другой стороны, SIRT2-/- MF показали увеличение количества ROS и ключевых белков-регуляторов митофагии, PINK1 и паркина, а также LC3B, создателя нарушения клиренса поврежденных митохондрий [113].

Нейропротекторные эффекты SIRT2 различаются, что может быть следствием нескольких компенсаторных реакций, которые клетка принимает на разные стимулы. Тем не менее, роль SIRT2 в митохондриальном гомеостазе заметна.

Тот факт, что Tat физически взаимодействует с этим сиртуином и что маркером Tat-индуцированной нейротоксичности является митохондриальная дисфункция, может привести нас к гипотезе о возможной модуляции таким же образом, как и SIRT1. Следовательно, необходимы будущие исследования, чтобы расшифровать связь между SIRT2 и Tat.

For more information:1950477648nn@gmail.com