Sirtuins Modulation: En lovende strategi for HIV-associerede neurokognitive svækkelser, del 2

Interessant nok er Campestrini et al. [23] fandt, at mRNA af Bcl-2-niveauer blev opreguleret efter 72 timer Tat-behandlet human T-lymfocytcellelinje (Jurkat). Ikke desto mindre brugte de HIVTat clade C, som har en ændring R57S sammenlignet med clade B og interfererer med celleoptagelsen af ​​Tat [50].

Lymfocytter er en af ​​de vigtige immunceller i menneskekroppen, ansvarlige for at bekæmpe invasionen af ​​forskellige vira og bakterier. Menneskelig hukommelse er den menneskelige hjernes evne til at huske og genkalde information. Er de to uafhængige? Der er en vis sammenhæng mellem lymfocytter og hukommelse.

Undersøgelser har vist, at når vi oplever bestemte hændelser eller udsættes for bestemte stimuli, vil immunsystemet igangsætte en række reaktioner, herunder lymfocytternes aktivitet. I denne proces producerer lymfocytter stoffer kaldet cytokiner, som kan påvirke nervesystemets aktivitet. Dette betyder, at lymfocytternes aktivitet kan fremme forbindelsen mellem neuroner i den menneskelige krop og forbedre lagring og genkaldelse af hukommelse.

Derudover kan T-lymfocytter i lymfocytter også direkte deltage i hjernens immunforsvar for at forhindre patogener i at invadere og forårsage inflammatoriske reaktioner. Denne beskyttende effekt er af stor betydning for den menneskelige hjernes sundhed og opretholdelsen af ​​hukommelsen. Efter gentagen eksponering for samme patogen vil T-lymfocytter gradvist danne minder, så næste gang patogenet stødes på, kan menneskekroppen reagere hurtigere på immunsystemet og derved mindske sandsynligheden for infektion.

Derfor kan beskyttelse af lymfocytters sundhed og opretholdelse af immunsystemets normale funktion godt opretholde kroppens immunforsvar, opretholde fysisk sundhed og endnu vigtigere, forbedre hukommelsen. At spise sundt, få nok søvn, styrke motion og holde et godt humør er alle måder at forbedre lymfocytter og hukommelse på. Sørg for at bevare en positiv holdning og hold din krop, hjerne og immunsystem i god stand. Det kan ses, at vi er nødt til at forbedre hukommelsen, og Cistanche kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche har antioxidant-, anti-inflammatoriske og anti-aldringseffekter, som kan hjælpe med at reducere oxidation og inflammatoriske reaktioner i hjernen og derved beskytte sundheden i hjernen. nervesystemet. Derudover kan Cistanche også fremme vækst og reparation af nerveceller og derved forbedre forbindelsen og funktionen af ​​neurale netværk. Disse effekter kan hjælpe med at forbedre hukommelsen, indlæringsevnen og tænkehastigheden og kan også forhindre forekomsten af ​​kognitiv dysfunktion og neurodegenerative sygdomme.

Klik på kender måder at forbedre hjernens funktion

Derudover antydede flere rapporter forskelle i celleeffekter mellem klade B og C, hvor den sidste var mindre neurotoksisk [72]. Derfor foreslås delvis mitokondrieskade eller en ufuldstændig MOMP, hvor de ubeskadigede mitokondrier viser høje niveauer af BCL -2 [54], men yderligere undersøgelser er nødvendige for at bekræfte denne hypotese.

Omvendt observeres ER-stress i den iboende apoptotiske vej, som stammer fra en UPR [23]. ER er i vid udstrækning kendt for sine funktioner med proteintrafik, foldning og modning.

ER-stress erhverves, når en stimulus forårsager en ændring i den funktionelle proteinproces, hvilket fører til udfoldede eller fejlfoldede proteiner. For at modvirke funktionsfejl udløser ER UPR, hvor signaleringskaskader aktiveres for at rekonfigurere opstrøms proteinproduktion, proteintranslokation til ER og autofagi for at genoprette proteostase eller inducere apoptose, hvis ER-homeostase ikke nås.

Banerne involveret i UPR udføres af membran-ER-proteinerne PERK, IRE1a og ATF6a. PERK phosphorylerer eukaryot translation initieringsfaktor 2 subunit- (eIF2), så proteinsyntese og udfoldet proteintilstrømning kan reduceres.

eIF2 inducerer translation af ATF4 mRNA, som stimulerer genekspression af proteiner, der kræves for reduktion-oxidationsbalance; autofagi; og apoptose, såsom CCAAT/enhancer-bindende protein homologt protein (CHOP), vækststop og DNA-skade-inducerbart protein (GADD34).

CHOP regulerer GADD34, som på samme tid modulerer dødsreceptor 5 (DR5), som rekrutterer caspase 8 til spaltningsmedieret aktivering af BID, et af de pro-apoptotiske proteiner i mitokondriel pathway diskuteret ovenfor [73].

En anden signalvej er den, der reguleres af IRE1-dissociationen fra GRP78 og dens RNase-aktivitetsaktivering. Derefter målretter IRE1 mRNA'et fra det X-box-bindende protein 1 (XBP1), og fjerner en 26--nukleotidintron, der muliggør ekspression af den aktiverede form af XBP1.

Dette protein er en opregulering af andre gener relateret til foldning, sekretion og eliminering af fejlfoldede proteiner. Derudover kan IRE1 gennemgå en proces kaldet reguleret IRE1-afhængigt henfald (RIDD), hvor mRNA'er nedbrydes, inklusive DR5, en anti-apoptotisk mekanisme. Tilstande med langvarig stress reducerer imidlertid RIDD-effektiviteten, hvilket forårsager celledød.

Til sidst begynder ATF6-kaskaden med dens transport til Golgi-apparatet og spaltning for at frigive et fragment benævnt ATFp50, som translokerer til kernen og inducerer genekspression på samme måde som XBP1, men med den forskel, at ATFp50 også modulerer Golgi-apparatets biogenese [73].

I denne sammenhæng er det blevet rapporteret, at Tat-induceret ER-stress fører til aktivering af udfoldet proteinrespons (UPR) identificeret ved genekspressionsforøgelsen af ​​IRE1, PERK og ATF6, og samtidig blev signaturer observeret af mitokondriel dysfunktion medieret af tabet af mitokondrielt membranpotentiale og caspase 12 og caspase 3 aktivering [23].

I den menneskelige hjerne inkluderer mikrovaskulære endotelceller Tat-eksponeringseffekter desuden øgede proteinniveauer af IRE1, PERK, ATF6 og Bip/GRP78, hvilket resulterede i ROSincrease [70].

Celler lider af Ca2+-tilstrømning gennem Tat-interaktion med N-methyl-Daspartat-receptor (NMDAR) [63]. Ikke desto mindre har strategier til at blokere denne receptor ikke formået at afbøde HAND [74], hvilket indikerer, at Tat bruger andre veje til at forstyrre Ca2+homeostase. Ca2+ lagres i ER under normale forhold, og dets frigivelse moduleres af forskellige stimuli.

For nylig har beviser indikeret, at både ER og mitokondrier forbindes gennem et kompleks kendt som mitokondrierassocierede ER-membraner, hvor cellulære processer forekommer, herunder Ca2+-transport og induktion til celledød under langvarig cellulær stress [75].

Ca2+-signalering er den mest anerkendte interaktion mellem disse to organeller ved hjælp af IP3-receptorer [76]. ER-mitokondrier-kommunikationen ser ud til at være en feedback-loop.

Forøgede cytosoliske Ca2+-niveauer på grund af ER-stress-medieret frigivelse fremkalder forstyrrelser i mitokondriemembranpotentialet, hvilket forårsager en stigning i ROS-produktion. ER-stress kan induceres af en svækket proteinmodningsproces udløst af høje niveauer af mtROS.

Endvidere inducerer mitokondriel Ca2+-optagelse åbningen af ​​permeabilitetsovergangspore (mPTP) og frigivelse af cytochrom c, som driver aktivering af caspaser [75], hvilket betyder, at Ca2+-signalering mellem ER og mitokondrier regulerer cellulær respiration. Derfor kan en stigning i cytoplasmatisk Ca2+-koncentration resultere i celledød.

Observationer i Tat-eksponerede embryonale rotte hippocampale neuroner viste en stigning i cytosolisk Ca2+ og mitokondriel optagelse, som forårsager membrandepolarisering og celledød [64].

Tat-induceret intracellulær Ca2++ stigning er karakteriseret ved et initialtransitory stadium IP3-medieret og en anden forlænget periode medieret af NMDARsin føtale humane hjerneneuroner [77] og de transiente receptorpotentiale kanoniske kanoniske kanaler i rotte Nacc neuroner [ 74], der fører til celledød.

Disse resultater bekræfter, at Tat påvirker mitochondria-ER-kommunikation gennem dysregulering af Ca2+-homeostase og ubalance af pro- og anti-apoptotiske proteiner, hvilket fører til mitokondriel dysfunktion, som igen fremkalder apoptose.

Som nævnt før er kliniske forsøg blevet udført for at tackle Tat-medieret Ca2+ dysregulering ved hjælp af NMDAR-antagonister uden signifikante resultater, der hæmmer progressionen af ​​HAND [74]. Årsagen bag disse resultater kan være det faktum, at calcium dysregulering kun er en af ​​de Tat-medierede effekter, som er forårsaget af multipleupstream begivenheder.

Derfor kunne en strategi være at tackle en begivenhed, hvor de fleste af de forstyrrede veje konvergerer og er nøglen til neurodegeneration, såsom mitokondriel dysfunktion, og at tackle dets regulatormolekyler såsom sirtuiner.

5. Sirtuins

Sirtuin1-7 er en del af en familie af proteiner klasse III histoner deacetylaser. Alle SIRTser NAD+-afhængige enzymer og deltager i en række cellulære begivenheder såsom genekspression, DNA-reparation og aldring [78].

De præsenterer en mangfoldighed af funktioner og cellulær fordeling på grund af strukturelle forskelle i N- og C-terminal. Den konserverede katalytiske kerne af SIRT'er har to underdomæner: Rossmann-fold og et zinkbindende domæne.

Substrater og NAD+ binder til den aktive kløft mellem de to underdomæner. Interaktionen mellem katalytisk kerne, substrat og NAD+ inducerer en konformationel ændring, der fører til aktiv spaltelukning [79].

Den velkarakteriserede katalytiske aktivitet er lysindeacetylering, men flere eksperimenter konkluderede, at SIRT5 også kan eliminere succinyl- og malonylgrupper, og at SIRT4 er en ADP-ribosyltransferase [80]. SIRT1 og SIRT2 findes i kernen og cytoplasmaet, mens SIRT3 hovedsageligt er lokaliseret i mitokondrier. . Dette hjælper faktisk med at begrænse deres substrater, da SIRT'er ikke viste nogen præference i proteinsekvens.

Imidlertid skal acetyllysinrest være inden for en loopor-helix for at være tilgængelig for deacetyleringsreaktion [80]. På trods af den tilsyneladende substraton-specificitet af SIRT'er blev det afsløret, at kun SIRT1, SIRT2 og SIRT3 kan deacetylere Tat [31], hvilket beviser en direkte interaktion, der kunne føre til ændringer i disse SIRT'ers funktion mod andre substrater.

Derfor er vi i denne gennemgang kun opmærksomme på de ovennævnte tre molekyler, og de SIRTs-regulerede veje er vist i figur 2.

5.1. Sirtuins i neurodegenerative sygdomme

Sirtuins 1-7 udtrykkes i hjernen i forskellige grader. SIRT1 og SIRT2 er de hyppigste i dette væv, men SIRT1 er stærkt udtrykt i neuroner, mens SIRT2 er rigeligt i oligodendrocytter.

Sirtuinerne 3-5 er den anden gruppe, der findes i hjernen, og de mindst almindelige er SIRT6-7. SIRT1 er overvejende placeret ved kernen, og SIRT2 er fordelt i cytoplasmaet, mens SIRT3 fortrinsvis er abundantin mitokondrier, men med nogle isoformer i cytoplasmaet og kernen [81]. SIRTekspression adskiller sig afhængigt af hjerneområder, alder og patologiske tilstande og har været relateret til neurodegenerative lidelser såsom PD og AD.

PD-patogenese er karakteriseret ved aggregering af -synuclein, som kan reduceres i musehjerne-PD-modeller på grund af SIRT1-overekspression [82]. Hæmning af SIRT2 mindsker imidlertid -synukleintoksicitet i humane neurogliomceller [83].

På den anden side er SIRT1, SIRT3 og SIRT6 udtryk reduceret i hjernen hos patienter med AD [84]. Desuden er SIRT1 [85] og SIRT3 [86] proteinkoncentrationer reduceret i hjernebarken hos personer med AD. Både SIRT1 og SIRT3 dysregulering har været relateret til kognition ydeevne [85,87].

5.2. SIRT1

SIRT1 deltager i adskillige cellulære processer, herunder cellemetabolisme, DNA-reparation, mitokondriel biogenese, apoptose [88,89], døgnrytmesystem [90], gendæmpning gennem interaktionen med DNA-methyltransferase 1 [91], heterochromatindannelse [92], celle cyklusprogression [93] og oxidativ stressrespons [94].

På grund af interaktionerne med talrige molekyler har SIRT1 trukket opmærksomheden for sin rolle i mange sygdomme, herunder kræft [95], type 2 diabetes [96] og neurodegenerative lidelser [97,98].

5.2.1. SIRT1 i ER Stress og UPR

For nylig har resultater afsløret, at SIRT1 spiller en iboende rolle i ER-stress mitokondrier apoptotisk vejregulering [27,99,100]. I primære chondrocytter fører farmakologisk og genetisk hæmning af SIRT1 til phosphoryleret PERK-stigning og nedstrømsproteiner såsom eIF-2 og CHOP [27]. Tilsvarende i hjerteceller øger udtømning af SIRT1 proteinniveauer af phosphoryleret eIF-2, ATF4, GADD34 og CHOP [99].

Imidlertid forårsager overekspression eller aktivering af denne sirtuin ophævelse af celledød i begge undersøgelser. Derudover blev der observeret en stigning i acetylerede former af både PERK [27] og eIF-2 [99]. Ikke desto mindre har Ghosh et al. [100] rapporterede, at selv uden ER-stressstimulus er SIRT1-udtømning involveret i PERK UPR-grenaktivering ved at regulere niveauer af phosphoryleret eIF-2; desuden fandt de bevis på fysisk interaktion mellem SIRT1, CHOP og GADD34 [100], som senere blev bekræftet af beviser, der viste dannelse af anarsenit-induceret Sirt1/GADD34/PP1/eIF-2 kompleks og nukleær SIRT1 translokationstocytoplasma, hvilket fører til GADD34-medieret dephosphorylering/deacetylering af eIF-2 og dephosphorylering af SIRT1 [101]. Samlet indikerer disse oplysninger, at SIRT1 kan fungere som en regulator af apoptose; derfor er det komplekse GADD34/PP1 en repressor af eIF-2, hvilket fører til genoprettelse af ER-funktionen, når cellulær stress er blevet løst [73].

Desuden er det blevet foreslået, at SIRT1's rolle i celleproliferation medieres af dens placering [102], som også er afhængig af celletypen [103]. Det er imidlertid nødvendigt at undgå de mekanismer, som celletyper bruger mod forskellige typer stressorer og de kompensatoriske reaktioner, der aktiveres.

5.2.2. SIRT1 og mitokondriel dysfunktion

Mitokondrier dysfunktion opstår fra forstyrrelser i deres metaboliske og energiske funktioner, såvel som dysregulering i deres kvalitetskontrolhændelser, herunder organellefission-fusion, mitokondriel biogenese og mitofagi.

Dynamikken mellem fusion og fission er afgørende for celletilpasning og organelfordeling under flere forhold, såsom mitofagi og mitokondrierbiogenese [104]. SIRT1 regulerer mitochondrialbiogenese gennem flere deacetyleringsreaktioner.

Serin/threonin-proteinkinaseSTK11(LKB1) aktiveres af SIRT1, hvilket fører til phosphorylering af AMP-aktiveret proteinkinase (AMPK). Efterfølgende phosphoryleres og deacetyleres FOXO3 af SIRT1 for at fremme transkription af PGC1, som inducerer transkription af nukleare transkriptionsfaktorer (Nrf1-2) ​​og transkriptionsfaktor A (TFAM), som er relateret til mtDNA-replikation og transkription [28].

Paradoksalt nok har SIRT1 været relateret til mitofagi, men de detaljerede mekanismer bliver stadig bestemt. Nogle undersøgelser har afsløret, at aktivatorer såsom resveratrol (RV) og SRT1720 inducerer mitofagi ved transkriptionel induktion af PINK1gennem FOXO3 SIRT1-medieret acetylering [105,106].

Derudover er SIRT1 påkrævet til mitokondriel fragmentering ved at virke på cytoskelettet i forbindelse med Ca2+dysregulering [107]. Disse resultater underbygger det faktum, at SIRT1 er en nøglemodulator inmitokondriel dysfunktion.

5.2.3. SIRT1 og Tat

Ved HIV-infektion er SIRT1 påkrævet for Tat Lys50-deacetylering, da dannelse af Tat-trans-acting-responsive element (TAR) kompleks kun finder sted i dens ikke-acetylerede form, men Tat-acetylering er påkrævet for at fortsætte med transkriptionen.

Når processen er afsluttet, kan de samme Tat-molekyler genbruges gennem SIRT1-deacetylering for at initiere endnu et TAR-kompleks [31.108]. Interessant nok er SIRT1-Tat-interaktionen uafhængig af Tat-acetyleringstilstanden [31], hvilket tyder på, at Tat-induceret SIRT1-hæmning finder sted, når Tat-genanvendelse ikke længere er nødvendig [108].

Der er dog nogle spørgsmål om hæmningsmekanismerne, fordi det er uklart, om der finder allosteriske mekanismer sted, og om der er en koncentrationsafhængighed af hæmningen.

Det er dog bemærkelsesværdigt, at Tat-induceret SIRT1-hæmning fører til hyperaktivering af T-celler [30]. Som en central aktør i flere cellulære processer kan Tat-medieret SIRT1-hæmning være involveret i celledysregulering, der igen forårsager neuronalt tab. Derfor bør aktiveringen af ​​denne sirtuin overvejes for at tackle HAND.

5.3. SIRT2

Selvom SIRT2-koncentrationer er højere i cytosolen, translokeres de under cellecyklussen G2/Mtransition til kernen, hvor de regulerer H4K20-methylering ved deacetylering af histon H4K16, som er nøglen til kromosomkomprimering [109].

Paradoksalt nok er der tegn på celleproliferationsforstyrrelse og cellecyklusstandsning i overudtrykkende SIRT2-lungecancerceller [110]. I cytoplasmaet interagerer SIRT2 med -tubulin, som er en del af cytoskelettet. Acetyleringsniveauer korrelerer med mikrotubulus stabilitet, og i SIRT2-overudtrykte cerebellare granulaceller fra mus med langsom Wallerian degeneration blev der observeret forstyrrelse af hyperacetylering og resistens mod aksonal degeneration [111].

Det blev imidlertid fundet, at SIRT2-/- mus forårsager aksonal skade ledsaget af lave glutathionniveauer, reduceret ATP, reduceret mtDNA-koncentration og resulterede i høj ekspression af SIRT1 sammenlignet med vildtype [112], hvilket betyder forstyrrelse af mitokondrier-homeostase.

I overensstemmelse med disse resultater har Liu et al. [113]. observerede, at i striatum SIRT2-/- museceller har flere mitokondrieproteiner højere acetyleringsniveauer end WT, inklusive dem, der er involveret i energiproduktion. Muligheden for, at SIRT2 virker i mitokondrierne blev også bekræftet i den samme gruppe, da SIRT2 kunne lokaliseres i mitokondrierne af Wt musehjerner og murine embryonale fibroblaster [113].

Ydermere afslørede SIRT2-/- mus cortex, at udtømning af denne sirtuin forårsager mitokondriel størrelsesændring, øgede niveauer af acetyleret PGC1 og nedregulering af ekspression af mitokondrielle fusionsrelaterede gener Mfn1, Mnf2 og Opa1 [113]. Omvendt, under stressforhold, nedsatte HepG2SIRT2-Wt-celler DRP1; i mellemtiden gjorde SIRT2-katalytisk inaktiverede celler ikke [114].

I forbindelse med oxidativt stress øger SIRT2-overekspression cellelevedygtighed og inducerer FOXO3a-medieret SOD2-ekspression i neuroblastomceller [115]. På den anden side viste SIRT2-/- MF'er en stigning i ROS og mitofagi-nøgleregulatorproteiner,PINK1 og parkin, samt LC3B, en producent til svækkelse af beskadiget mitokondriaclearance [113].

De neurobeskyttende virkningsforskelle af SIRT2, som kan være konsekvensen af ​​de adskillige kompensatoriske reaktioner, som cellen tager under forskellige stimuli. Ikke desto mindre er SIRT2's rolle i mitokondriel homeostase bemærkelsesværdig.

Det faktum, at Tat fysisk interagerer med denne sirtuin, og at en markør for Tat-induceret neurotoksicitet er mitokondriel dysfunktion, kan få os til at antage en mulig modulation på samme måde som SIRT1. Derfor er fremtidige undersøgelser nødvendige for at dechifrere forholdet mellem SIRT2 og Tat.

For more information:1950477648nn@gmail.com