Sirtuins-modulatie: een veelbelovende strategie voor HIV-geassocieerde neurocognitieve stoornissen, deel 2

Interessant is dat Campestrini et al. [23] ontdekte dat mRNA van Bcl-2-niveaus werd opgereguleerd na 72 uur met Tat behandelde menselijke T-lymfocytcellijn (Jurkat). Niettemin gebruikten ze HIVTat clade C, die een verandering R57S heeft vergeleken met clade B en de celopname van Tat verstoort [50].

Lymfocyten zijn een van de belangrijke immuuncellen in het menselijk lichaam, verantwoordelijk voor het bestrijden van de invasie van verschillende virussen en bacteriën. Het menselijk geheugen is het vermogen van het menselijk brein om informatie te onthouden en op te roepen. Hebben de twee niets met elkaar te maken? Er bestaat een bepaald verband tussen lymfocyten en geheugen.

Studies hebben aangetoond dat wanneer we bepaalde gebeurtenissen meemaken of worden blootgesteld aan bepaalde stimuli, het immuunsysteem een ​​reeks reacties zal initiëren, waaronder de activiteit van lymfocyten. Tijdens dit proces produceren lymfocyten stoffen die cytokines worden genoemd en die de activiteit van het zenuwstelsel kunnen beïnvloeden. Dit betekent dat de activiteit van lymfocyten de verbinding tussen neuronen in het menselijk lichaam kan bevorderen en de opslag en herinnering van geheugen kan verbeteren.

Bovendien kunnen T-lymfocyten in lymfocyten ook rechtstreeks deelnemen aan de immuunafweer van de hersenen om te voorkomen dat ziekteverwekkers binnendringen en ontstekingsreacties veroorzaken. Dit beschermende effect is van groot belang voor de gezondheid van het menselijk brein en het behoud van het geheugen. Na herhaalde blootstelling aan dezelfde ziekteverwekker zullen T-lymfocyten geleidelijk herinneringen vormen, zodat het menselijk lichaam de volgende keer dat de ziekteverwekker wordt aangetroffen sneller kan reageren op het immuunsysteem, waardoor de kans op infectie wordt verkleind.

Daarom kan het beschermen van de gezondheid van lymfocyten en het handhaven van de normale functie van het immuunsysteem de immuunafweer van het lichaam in stand houden, de lichamelijke gezondheid behouden en, nog belangrijker, het geheugen verbeteren. Gezond eten, voldoende slapen, meer bewegen en een goed humeur behouden zijn allemaal manieren om de lymfocyten en het geheugen te verbeteren. Zorg ervoor dat u een positieve houding aanneemt en uw lichaam, hersenen en immuunsysteem in goede conditie houdt. Het is duidelijk dat we het geheugen moeten verbeteren, en Cistanche kan het geheugen aanzienlijk verbeteren omdat Cistanche antioxiderende, ontstekingsremmende en anti-verouderingseffecten heeft, die kunnen helpen oxidatie- en ontstekingsreacties in de hersenen te verminderen, waardoor de gezondheid van de hersenen wordt beschermd. zenuwstelsel. Bovendien kan Cistanche ook de groei en het herstel van zenuwcellen bevorderen, waardoor de connectiviteit en functie van neurale netwerken wordt verbeterd. Deze effecten kunnen het geheugen, het leervermogen en de denksnelheid helpen verbeteren, en kunnen ook het optreden van cognitieve stoornissen en neurodegeneratieve ziekten voorkomen.

Klik op manieren kennen om de hersenfunctie te verbeteren

Bovendien suggereerden verschillende rapporten verschillen in celeffecten tussen clade B en C, waarbij de laatste minder neurotoxisch was [72]. Daarom wordt er gesuggereerd dat er sprake is van gedeeltelijke beschadiging van de mitochondriën, of van een onvolledige MOMP waarbij de onbeschadigde mitochondriën hoge niveaus van BCL-2 [54] vertonen, maar verder onderzoek is nodig om deze hypothese te bevestigen.

Omgekeerd wordt ER-stress waargenomen in de intrinsieke apoptotische route, die resulteert in een UPR [23]. Het ER staat grotendeels bekend om zijn functies van eiwitverkeer, vouwing en rijping.

ER-stress ontstaat wanneer een stimulus een verandering in het functionele eiwitproces veroorzaakt, wat leidt tot ongevouwen of verkeerd gevouwen eiwitten. Om storingen tegen te gaan, activeert ER de UPR waarbij signaalcascades worden geactiveerd om de stroomopwaartse eiwitproductie, eiwittranslocatie naar ER en autofagie te herconfigureren, om de proteostase te herstellen of apoptose te induceren als de ER-homeostase niet wordt bereikt.

De routes die betrokken zijn bij UPR worden geleid door de membraan-ER-eiwitten PERK, IRE1a en ATF6a. PERK fosforyleert de eukaryotische translatie-initiatiefactor 2-subeenheid (eIF2), zodat de eiwitsynthese en de ongevouwen eiwitinstroom kunnen worden verminderd.

eIF2 induceert translatie van ATF4-mRNA, dat genexpressie stimuleert van eiwitten die nodig zijn voor de reductie-oxidatiebalans; autofagie; en apoptose zoals CCAAT/enhancer-bindend eiwit homoloog eiwit (CHOP), groeistop en DNA-schade-induceerbaar eiwit (GADD34).

CHOP reguleert GADD34, dat tegelijkertijd doodsreceptor 5 (DR5) moduleert, die caspase 8 recruteert voor splitsingsgemedieerde activering van BID, een van de pro-apoptotische eiwitten in de hierboven besproken mitochondriale route [73].

Een andere signaalroute wordt gereguleerd door de IRE1-dissociatie van GRP78 en de activering van de RNase-activiteit. Vervolgens richt IRE1 zich op het mRNA van het X-box-bindende eiwit 1 (XBP1), waarbij een 26-nucleotide-intron wordt verwijderd dat de expressie van de geactiveerde vorm van XBP1 mogelijk maakt.

Dit eiwit is een opregulatie van andere genen die verband houden met de vouwing, uitscheiding en eliminatie van verkeerd gevouwen eiwitten. Bovendien kan IRE1 een proces ondergaan dat gereguleerd IRE1-afhankelijk verval (RIDD) wordt genoemd, waarbij mRNA's worden afgebroken, waaronder de DR5, een anti-apoptotisch mechanisme. Omstandigheden van langdurige stress verminderen echter de effectiviteit van RIDD, waardoor celdood ontstaat.

Ten slotte begint de ATF6-cascade met zijn transport naar het Golgi-apparaat en splitsing om een ​​fragment vrij te geven dat ATFp50 heet, dat zich naar de kern verplaatst en genexpressie induceert op een vergelijkbare manier als XBP1, maar met het verschil dat ATFp50 ook de biogenese van het Golgi-apparaat moduleert [73].

In deze context is gerapporteerd dat door Tat geïnduceerde ER-stress leidt tot activatie van de ontvouwde eiwitrespons (UPR), geïdentificeerd door de toename van de genexpressie van IRE1, PERK en ATF6, en tegelijkertijd werden tekenen waargenomen van mitochondriale dysfunctie gemedieerd door het verlies van het mitochondriale membraanpotentieel en caspase 12- en caspase 3-activering [23].

Bovendien omvatten de effecten van blootstelling aan microvasculaire endotheelcellen in het menselijk brein verhoogde eiwitniveaus van IRE1, PERK, ATF6 en Bip/GRP78, wat resulteerde in een toename van de ROS [70].

Cellen hebben last van een toename van de Ca2+-instroom door Tat-interactie met de N-methyl-Daspartaat-receptor (NMDAR) [63]. Niettemin zijn strategieën om deze receptor te blokkeren er niet in geslaagd HAND te verzachten [74], wat erop wijst dat Tat andere wegen gebruikt om de Ca2+-homeostase te verstoren. Ca2+ wordt onder normale omstandigheden in ER opgeslagen en de afgifte ervan wordt gemoduleerd door verschillende stimuli.

Recentelijk heeft bewijs aangetoond dat zowel ER als mitochondria met elkaar verbonden zijn via een complex dat bekend staat als mitochondria-geassocieerde ER-membranen, waar cellulaire processen plaatsvinden, waaronder Ca2+-transport en inductie tot celdood tijdens langdurige cellulaire stress [75].

Ca2+-signalering is de meest erkende interactie tussen deze twee organellen, met behulp van IP3-receptoren [76]. De communicatie tussen ER en mitochondriën lijkt een feedbackloop te zijn.

Verhoogde cytosolische Ca2+-niveaus als gevolg van door ER-stress gemedieerde afgifte veroorzaken een verstoring van het mitochondriale membraanpotentieel, waardoor een toename van de ROS-productie ontstaat. ER-stress kan worden veroorzaakt door een verstoord eiwitrijpingsproces dat wordt veroorzaakt door hoge niveaus van mtROS.

Bovendien induceert de opname van Ca2+ in de mitochondriën de opening van de permeabiliteitsovergangsporie (mPTP) en de afgifte van cytochroom c, wat de activering van caspasen aanstuurt [75], wat aangeeft dat Ca2+-signalering tussen ER en mitochondriën de cellulaire ademhaling reguleert. Daarom zou een toename van de cytoplasmatische Ca2+-concentratie kunnen resulteren in het afsterven van cellen.

Waarnemingen bij aan Tat blootgestelde embryonale hippocampale neuronen van ratten lieten een toename zien in de cytosolische Ca2+ en mitochondriale opname, die membraandepolarisatie en celdood veroorzaken [64].

Door Tat geïnduceerde intracellulaire Ca2++ toename wordt gekenmerkt door een initiële IP-gemedieerde fase van voorbijgaande aard en een tweede verlengde periode gemedieerd door NMDARs in foetale menselijke hersenneuronen [77] en de tijdelijke receptor potentiële canonieke channelin Nacc-neuronen van de rat [ 74] dat tot celdood leidt.

Deze bevindingen bevestigen dat Tat de communicatie tussen mitochondria en ER beïnvloedt door de ontregeling van Ca2+ homeostase en onbalans van pro- en anti-apoptotische eiwitten, wat leidt tot mitochondriale disfunctie, die op zijn beurt apoptose veroorzaakt.

Zoals eerder vermeld zijn er klinische onderzoeken uitgevoerd om Tat-gemedieerde Ca2+-ontregeling aan te pakken met behulp van NMDAR-antagonisten, zonder significante resultaten die de progressie van HAND inhiberen [74]. De reden achter deze resultaten zou het feit kunnen zijn dat calciumontregeling slechts één van de door Tat gemedieerde effecten is, die wordt veroorzaakt door meerdere stroomopwaartse gebeurtenissen.

Daarom zou een strategie kunnen zijn om een ​​gebeurtenis aan te pakken waarbij de meeste van de verstoorde routes samenkomen en van cruciaal belang zijn voor neurodegeneratie, zoals mitochondriale disfunctie, en om de regulerende moleculen ervan, zoals sirtuins, aan te pakken.

5. Sirtuinen

Sirtuin1–7 maken deel uit van een familie van eiwitten klasse III histondeacetylasen. Alle SIRT's zijn NAD+-afhankelijke enzymen en nemen deel aan een verscheidenheid aan cellulaire gebeurtenissen, zoals genexpressie, DNA-reparatie en veroudering [78].

Ze vertonen een diversiteit aan functies en cellulaire distributie vanwege structurele verschillen in N- en C-terminaal. De geconserveerde katalytische kern van SIRT's heeft twee subdomeinen: Rossmann-fold en een zinkbindend domein.

Substraten en NAD+ binden zich aan de actieve kloof tussen de twee subdomeinen. De interactie tussen de katalytische kern, het substraat en NAD+ induceert een conformationele verandering die leidt tot actieve sluiting van de kloof [79].

De goed gekarakteriseerde katalytische activiteit is lysinedeacetylering, maar verschillende experimenten concludeerden dat SIRT5 ook succinyl- en malonylgroepen kan elimineren en dat SIRT4 een ADP-ribosyltransferase is [80]. SIRT1 en SIRT2 worden aangetroffen in de kern en het cytoplasma, terwijl SIRT3 zich voornamelijk in de mitochondriën bevindt. . Dit helpt inderdaad om hun substraten te beperken, aangezien SIRT's geen voorkeur vertoonden wat betreft de eiwitsequentie.

Het acetyllysineresidu moet zich echter binnen een lus- of -helice bevinden om toegankelijk te zijn voor deacetyleringsreactie [80]. Ondanks de schijnbare substraat-non-specificiteit van SIRTs, werd onthuld dat alleen SIRT1, SIRT2 en SIRT3 Tat kunnen deacetyleren [31], wat een directe interactie bewijst die zou kunnen leiden tot veranderingen in de werking van deze SIRTs ten opzichte van andere substraten.

Daarom besteden we in dit overzicht alleen aandacht aan de bovengenoemde drie moleculen, en de SIRTs-gereguleerde routes worden getoond in Figuur 2.

5.1. Sirtuins bij neurodegeneratieve ziekten

Sirtuins 1–7 worden in verschillende mate in de hersenen tot expressie gebracht. SIRT1 en SIRT2 komen het meest voor in dit weefsel, maar SIRT1 komt in hoge mate tot expressie in neuronen, terwijl SIRT2 overvloedig aanwezig is in oligodendrocyten.

De sirtuins 3–5 is de tweede groep die in de hersenen wordt aangetroffen, en de minst voorkomende zijn de SIRT6-7. SIRT1 bevindt zich voornamelijk in de kern, en SIRT2 wordt gedistribueerd in het cytoplasma, terwijl SIRT3 bij voorkeur overvloedig aanwezig is in de mitochondriën, maar sommige isovormen bevinden zich in het cytoplasma en de kern [81]. SIRTexpressie verschilt afhankelijk van hersengebieden, leeftijd en pathologische aandoeningen en is in verband gebracht met neurodegeneratieve aandoeningen zoals PD en AD.

Pathogenese van Parkinson wordt gekenmerkt door aggregatie van -synucleïne, die kan worden verminderd in PD-modellen van muizenhersenen als gevolg van overexpressie van SIRT1 [82]. Remming van SIRT2 vermindert echter de synucleïnetoxiciteit in menselijke neuroglioomcellen [83].

Aan de andere kant is de expressie van SIRT1, SIRT3 en SIRT6 verminderd in de hersenen van patiënten met AD [84]. Bovendien zijn de eiwitconcentraties SIRT1 [85] en SIRT3 [86] verlaagd in de hersenschors van personen met AD. Zowel ontregeling van SIRT1 als SIRT3 is in verband gebracht met cognitieve prestaties [85,87].

5.2. SIRT1

SIRT1 neemt deel aan verschillende cellulaire processen, waaronder celmetabolisme, DNA-reparatie, mitochondriale biogenese, apoptose [88,89], circadiaans timingsysteem [90], genuitschakeling door de interactie met DNA-methyltransferase 1 [91], heterochromatinevorming [92], celdeling. cyclusprogressie [93] en oxidatieve stressreactie [94].

Vanwege de interacties met talloze moleculen heeft SIRT1 de aandacht gevestigd op zijn rol bij veel ziekten, waaronder kanker [95], diabetes type 2 [96] en neurodegeneratieve aandoeningen [97,98].

5.2.1. SIRT1 in ER-stress en UPR

Onlangs hebben bevindingen aangetoond dat SIRT1 een intrinsieke rol speelt bij de regulering van de apoptotische route in de ER-stress-mitochondria [27,99,100]. In primaire chondrocyten leidt farmacologische en genetische remming van SIRT1 tot gefosforyleerde PERK-verhoging en stroomafwaartse eiwitten zoals eIF-2 en CHOP [27]. Op dezelfde manier verhoogt de uitputting van SIRT1 in hartcellen de eiwitniveaus van gefosforyleerde eIF-2, ATF4, GADD34 en CHOP [99].

Overexpressie of activering van deze sirtuin veroorzaakt echter in beide onderzoeken de opheffing van de celdood. Bovendien werd een toename van geacetyleerde vormen van zowel PERK [27] als eIF-2 [99] waargenomen. Niettemin beweren Ghosh et al. [100] rapporteerden dat zelfs zonder ER-stressstimulus de uitputting van SIRT1 betrokken is bij de activering van de PERK UPR-tak door de niveaus van gefosforyleerde eIF te reguleren-2; bovendien vonden ze bewijs van fysieke interactie tussen SIRT1, CHOP en GADD34 [100], dat later werd bevestigd door bewijsmateriaal dat de vorming aantoonde van door anarseniet geïnduceerd Sirt1/GADD34/PP1/eIF-2 complex en nucleair SIRT1-translocatie naarocytoplasma, wat leidt tot GADD34-gemedieerde defosforylering/deacetylering van eIF-2 en defosforylering van SIRT1 [101]. Gezamenlijk geeft deze informatie aan dat SIRT1 kan fungeren als een regulator van apoptose; daarom is het complexe GADD34/PP1 een repressor van eIF-2 , wat leidt tot het herstel van de ER-functie wanneer de cellulaire stress is opgelost [73].

Bovendien is gesuggereerd dat de rol van SIRT1 bij celproliferatie wordt gemedieerd door de locatie ervan [102], die ook afhankelijk is van het celtype [103]. Het is echter nodig om de mechanismen te omzeilen die celtypen gebruiken tegen verschillende soorten stressoren en de compenserende reacties die worden geactiveerd.

5.2.2. SIRT1 en mitochondriale disfunctie

Het disfunctioneren van mitochondriën komt voort uit de verstoring van hun metabolische en energetische functies, evenals ontregeling van hun kwaliteitscontrolegebeurtenissen, waaronder organellesplijtingsfusie, mitochondriale biogenese en mitofagie.

De dynamiek tussen fusie en splijting is essentieel voor celaanpassing en organeldistributie onder verschillende omstandigheden, zoals mitofagie en biogenese van mitochondria [104]. SIRT1 reguleert de mitochondrialebiogenese via verschillende deacetyleringsreacties.

Het serine/threonine-eiwitkinaseSTK11 (LKB1) wordt geactiveerd door SIRT1, wat leidt tot de fosforylering van AMP-geactiveerd proteïnekinase (AMPK). Vervolgens wordt FOXO3 gefosforyleerd en gedeacetyleerd door SIRT1 om de transcriptie van PGC1 te bevorderen, wat de transcriptie van nucleaire transcriptiefactoren (Nrf1-2) ​​en de transcriptiefactor A (TFAM) induceert, die gerelateerd is aan mtDNA-replicatie en transcriptie [28].

Paradoxaal genoeg is SIRT1 in verband gebracht met mitofagie, maar de gedetailleerde mechanismen worden nog steeds bepaald. Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat activatoren zoals resveratrol (RV) en SRT1720 mitofagie induceren door transcriptionele inductie van PINK1 via FOXO3 SIRT1-gemedieerde acetylering [105,106].

Bovendien is SIRT1 vereist voor mitochondriale fragmentatie door in te werken op het cytoskelet in de context van Ca2+ontregeling [107]. Deze bevindingen ondersteunen het feit dat SIRT1 een belangrijke modulator is in mitochondriale disfunctie.

5.2.3. SIRT1 en Tat

Bij HIV-infectie is SIRT1 vereist voor Tat Lys50-deacetylering, aangezien vorming van het Tat-trans-actingresponsive element (TAR)-complex alleen plaatsvindt in de niet-geacetyleerde vorm, maar Tat-acetylering is vereist om door te gaan met de transcriptie.

Zodra het proces is voltooid, kunnen dezelfde Tat-moleculen worden gerecycled via SIRT1-deacetylering om een ​​ander TAR-complex te initiëren [31,108]. Interessant is dat de SIRT1-Tat-interactie onafhankelijk is van de Tat-acetyleringstoestand [31], wat suggereert dat Tat-geïnduceerde SIRT1-remming plaatsvindt wanneer Tat-recycling niet langer nodig is [108].

Er zijn echter enkele vragen over de remmingsmechanismen, omdat het onduidelijk is of er allosterische mechanismen plaatsvinden en of er sprake is van concentratieafhankelijkheid van de remming.

Het is echter opmerkelijk dat door Tat geïnduceerde SIRT1-remming leidt tot hyperactivatie van T-cellen [30]. Als centrale speler in verschillende cellulaire processen zou Tat-gemedieerde SIRT1-remming betrokken kunnen zijn bij celontregeling die op zijn beurt neuronaal verlies veroorzaakt. Daarom moet de activering van deze sirtuin worden overwogen om HAND aan te pakken.

5.3. SIRT2

Hoewel de SIRT2-concentraties hoger zijn in het cytosol, worden ze tijdens de G2/M-transitie van de celcyclus getransloceerd naar de kern, waar ze de H4K20-methylering reguleren door deacetylering van histon H4K16, wat essentieel is bij de chromosoomverdichting [109].

Paradoxaal genoeg zijn er aanwijzingen voor verstoring van de celproliferatie en stilstand van de celcyclus bij overexpressie van SIRT2-longkankercellen [110]. In het cytoplasma interageert SIRT2 met -tubuline, dat deel uitmaakt van het cytoskelet. Acetyleringsniveaus correleren met de stabiliteit van microtubuli, en in SIRT2-tot overexpressie gebrachte cerebellaire korrelcellen van langzame Walleriaanse degeneratiemuizen werd verstoring van hyperacetylering en resistentie tegen axonale degeneratie waargenomen [111].

Er werd echter gevonden dat SIRT2-/- muizen axonale schade veroorzaken, gepaard gaand met lage glutathionniveaus, verlaagde ATP, verminderde mtDNA-concentratie, en resulteerde in hoge expressie van SIRT1 vergeleken met wildtype [112], wat duidt op verstoring van de homeostase van de mitochondriën.

In lijn met deze resultaten concluderen Liu et al. [113]. observeerde dat in striatum SIRT2-/- muizencellen verschillende mitochondriale eiwitten hogere acetyleringsniveaus hebben dan WT, inclusief de eiwitten die betrokken zijn bij de energieproductie. De mogelijkheid dat SIRT2 in de mitochondriën werkt, werd ook in dezelfde groep bevestigd, aangezien SIRT2 gelokaliseerd kon worden in de mitochondriën van de hersenen van Wt-muizen en embryonale fibroblasten van muizen [113].

Bovendien onthulde de cortex van SIRT2-/- muizen dat uitputting van deze sirtuin verandering in de grootte van de mitochondriën veroorzaakt, verhoogde niveaus van geacetyleerd PGC1 en de downregulatie van de expressie van mitochondriale fusie-gerelateerde genen Mfn1, Mnf2 en Opa1 [113]. Omgekeerd verlaagden HepG2SIRT2-Wt-cellen onder stressomstandigheden de DRP1; Ondertussen deden SIRT2-katalytisch geïnactiveerde cellen dat niet [114].

In de context van oxidatieve stress verhoogt SIRT2-overexpressie de levensvatbaarheid van de cellen en induceert FOXO3a-gemedieerde SOD2-expressie in neuroblastoomcellen [115]. Aan de andere kant vertoonden SIRT2-/- MF's een toename in ROS- en mitofagie-sleutelregulatoreiwitten, PINK1 en parkine, evenals LC3B, een maker voor aantasting van beschadigde mitochondriale ontruiming [113].

De discrepanties in de neuroprotectieve effecten van SIRT2, die het gevolg kunnen zijn van de verschillende compenserende reacties die de cel onder verschillende stimuli ondergaat. Niettemin is de rol van SIRT2 in de mitochondriale homeostase opmerkelijk.

Het feit dat Tat fysiek interageert met deze sirtuin en dat mitochondriale disfunctie een marker is voor door Tat geïnduceerde neurotoxiciteit, kan ons ertoe brengen een mogelijke modulatie op dezelfde manier te veronderstellen als SIRT1. Daarom zijn toekomstig onderzoek nodig om de relatie tussen SIRT2 en Tat te ontcijferen.

For more information:1950477648nn@gmail.com