| Sirtuiny |
|---|
Sirtuiny ( anglicky sirtuins nebo Silent Information Regulator 2 proteins , SIR2 ) jsou rodinou evolučně konzervovaných NAD -dependentních proteinů s deacetylázovou nebo ADP-ribosyltransferázovou aktivitou. Název čeledi je uveden na počest jednoho ze zástupců – kvasinkového proteinu SIR2. Sirtuiny se nacházejí v mnoha živých organismech, od bakterií po savce , a podílejí se na regulaci důležitých buněčných procesů a metabolických drah.
Sirtuiny tvoří třetí třídu histondeacetyláz , vyžadující NAD + jako kofaktor pro průběh reakce , což je zásadní rozdíl od histondeacetyláz třídy I a II.
Acetylace proteinů reguluje mnoho buněčných procesů, jako jsou interakce protein-protein , genová exprese . Reverzibilní reakci acetylace/deacetylace proteinů na lysinových zbytcích provádějí dva enzymy s opačnými aktivitami – histonacetyltransferázy a histondeacetylázy, které navzdory svému názvu modifikují jak histony , tak i jiné proteiny .
Histonové deacetylázy jsou rozděleny do tří tříd na základě homologie s kvasinkovými transkripčními represory. Histon deacetylázy třídy I a II mají navzájem významné podobnosti a jsou homology kvasinkových deacetyláz Rpd3p a Hdalp, v daném pořadí. Třetí třída histonových deacetyláz, které tvoří sirtuiny, je homologní s kvasinkovým transkripčním represorem Sir2, ale nemá žádnou homologii s prvními dvěma třídami deacetyláz.
Sirtuiny se nacházejí ve všech organismech, od bakterií po eukaryota , a jejich sekvence jsou poměrně konzervované. Rodina sirtuinů je rozdělena do pěti tříd (I-IV a U); existuje také rozdělení v rámci určitých tříd. Sirtuiny třídy U se nacházejí pouze u grampozitivních bakterií . Pět sirtuinů je zakódováno v genomu kvasinek , sedm v lidském genomu , zástupci tříd I-IV [1] . SIRT1,2,6,7 savců se nachází v jádře , SIRT1,2 - v cytoplazmě , SIRT3,4,5 - v mitochondriích , kde deacetylují nehistonové proteiny v procesu regulace různých metabolických procesů. Existují také rozdíly v úrovni exprese sirtuinů v různých tkáních [2] .
Při provádění experimentu s kvasinkovými buňkami bylo pozorováno, že zvýšená exprese proteinu kódovaného genem Sir2 zvyšuje počet dělení kvasinek [3] . V průběhu dalšího výzkumu se ukázalo, že protein kódovaný kvasinkovým genem Sir2 nejen reguluje genovou expresi pomocí epigenetických mechanismů (tedy změnou stupně kondenzace chromatinu ), ale přímo se podílí i na opravě poškození DNA . Byly také získány důkazy, že podobné procesy probíhají v savčích buňkách. Savčí protein SIRT1 je podobný expresnímu produktu kvasinkového genu Sir2. Enzymy s podobnými funkcemi v různých organismech (kvasinky a myši) naznačují, že sirtuiny jsou zapojeny do starověkého mechanismu buněčného stárnutí . Jádrem tohoto mechanismu je postupná ztráta schopnosti sirtuinů vyrovnat se s oběma svými hlavními funkcemi. První je, že sirtuiny deacetylací histonů na lysinových zbytcích přispívají ke kondenzaci chromatinu a vypínání těch genů, jejichž produkty buňka aktuálně nepotřebuje nebo mohou být dokonce škodlivé. Druhým je, že sirtuiny se podílejí na opravě poškození DNA. Když se objeví, sirtuinové se přesunou ze svých původních míst do míst, kde je potřeba jejich pomoci při opravě DNA. Takové pohyby zvyšují pravděpodobnost, že se znovu aktivují geny, jejichž exprese byla dříve potlačována sirtuiny. Studie ukázala, že u mladých zvířat se sirtuiny úspěšně vyrovnávají s oběma funkcemi. S přibývajícím věkem se však v buňce hromadí více poškození, spojené především s nárůstem počtu volných radikálů , díky čemuž sirtuiny přecházejí hlavně na opravu DNA. V důsledku toho začnou buňky trpět aktivací nepotřebných genů, což vede ke stárnutí [4] .
Sirtuiny podporují přežití buněk několika způsoby:
NF-κB je univerzální transkripční faktor , který řídí expresi genů odpovědných za buněčné stárnutí a imunitní odpověď . SIRT6, navázaný na RELA podjednotku NF-KB, se přibližuje k promotorům genů, jejichž exprese je regulována NF-KB, a deacetyluje histon H3 na devátém lysinovém zbytku . Deacetylace histonů podporuje kondenzaci chromatinu a tím zeslabuje působení NF-KB. V buňkách s nízkou hladinou SIRT6 vede hyperacetylace histonu H3 k tomu, že se podjednotka RELA silněji váže na promotor , NF-κB zesiluje genovou expresi z tohoto promotoru, což vede ke stárnutí buněk a apoptóze [6] . SIRT6 tedy zeslabením účinku NF-KB inhibuje stárnutí buněk.
NF-KB také interaguje se SIRT1, který deacetyluje RELA podjednotku NF-KB na Lys 310, čímž zeslabuje signální kaskádu NF-KB. Amyloidy v buňkách lidí trpících Alzheimerovou chorobou zvyšují acetylaci podjednotky RELA v mozkové mikroglii , čímž aktivují NF-κB. SIRT1 na druhé straně deacetyluje NF-κB, čímž chrání neurony [7] .
Sirtuiny se podílejí na energetickém metabolismu : pomocí mediátorů jako AMPK (AMP-aktivovaná proteinkináza ) a jaterních kináz B1 , SIRT1 a SIRT3 regulují poměr AMP / ATP v buňce; SIRT1 je také velmi citlivý na poměr oxidovaných a redukovaných forem NAD , což je důležité pro vytvoření protonového gradientu, který se zase využívá při oxidativní fosforylační reakci při syntéze ATP [5] .
Bylo také prokázáno, že SIRT3 aktivuje centrální regulátory cyklu trikarboxylových kyselin , jako je glutamátdehydrogenáza a isocitrátdehydrogenáza. SIRT5 deacetyluje cytochrom c zapojený do metabolismu kyslíku [8] .
Sirtuiny mají také vliv na metabolismus glukózy . Když je koncentrace glukózy v buňce dostatečně vysoká, PGC-1α, transkripční koaktivátor a regulátor genů zapojených do energetického metabolismu, je v neaktivním, acetylovaném stavu. V reakci na pokles koncentrace glukózy SIRT1 deacetyluje PGC-1α. Jeho aktivace aktivuje proces glukoneogeneze a inhibuje glykolýzu [9] . SIRT1 může také působit na PGC-1α prostřednictvím AMPK , FOXO1 , STAT3 [9] [10] [11] .
Sirtuiny také hrají důležitou roli v metabolismu lipidů a tvorbě tukových buněk [5] .
Nikotinamid se jako jeden z reakčních produktů katalyzovaných sirtuiny váže na enzym a inhibuje jej [12] . To naznačuje, že chemikálie, které by soutěžily s nikotinamidem o vazbu na enzym, by mohly zvýšit aktivitu sirtuinu. Hledání sloučenin, které by se specificky vázaly na vazebné místo nikotinamidu, by mohlo pomoci při léčbě rakoviny , kardiovaskulárních , neurodegenerativních a infekčních onemocnění [13] . Má také smysl hledat sirtuinové aktivátory, které by pravděpodobně mohly prodloužit délku života. Nejznámějším aktivátorem je resveratrol . Aktivní vývoj sloučenin strukturně podobných resveratrolu, ale s větší aktivitou [14] . Byly vyvinuty analogy resveratrolu, jako jsou SRT1720 , SRT1460 , SRT2183 a SRT2104 , které podle některých výzkumníků mohou prodloužit průměrnou (ale ne maximální) očekávanou délku života a chránit před řadou nemocí souvisejících s věkem [15] . Polymorfní varianty v genu SIRT1 jsou spojeny s efektem hubnutí a metabolických charakteristik u dětí [16] .
Kosmetika a genetika: co mají společného? Použití sirtuinů