Modulazione delle sirtuine: una strategia promettente per i disturbi neurocognitivi associati all'HIV Parte 2

È interessante notare che Campestrini et al. [23] hanno scoperto che i livelli di mRNA di Bcl-2 erano sovraregolati dopo 72 ore dalla linea cellulare di linfociti T umani trattati con Tat (Jurkat). Tuttavia, hanno utilizzato il clade C dell’HIVTat, che presenta una modifica R57S rispetto al clade B e interferisce con l’assorbimento cellulare di Tat [50].

I linfociti sono una delle cellule immunitarie più importanti del corpo umano, responsabili della lotta contro l’invasione di vari virus e batteri. La memoria umana è la capacità del cervello umano di ricordare e richiamare informazioni. I due non sono correlati? Esiste una certa connessione tra linfociti e memoria.

Gli studi hanno dimostrato che quando viviamo determinati eventi o siamo esposti a determinati stimoli, il sistema immunitario avvia una serie di reazioni, inclusa l'attività dei linfociti. In questo processo, i linfociti producono sostanze chiamate citochine, che possono influenzare l’attività del sistema nervoso. Ciò significa che l’attività dei linfociti può promuovere la connessione tra i neuroni nel corpo umano e migliorare l’immagazzinamento e il richiamo della memoria.

Inoltre, i linfociti T nei linfociti possono anche partecipare direttamente alla difesa immunitaria del cervello per impedire agli agenti patogeni di invadere e causare reazioni infiammatorie. Questo effetto protettivo è di grande importanza per la salute del cervello umano e il mantenimento della memoria. Dopo ripetute esposizioni allo stesso agente patogeno, i linfociti T formeranno gradualmente ricordi, in modo che la prossima volta che incontra l'agente patogeno, il corpo umano possa rispondere più rapidamente al sistema immunitario, riducendo così la probabilità di infezione.

Pertanto, proteggere la salute dei linfociti e mantenere la normale funzione del sistema immunitario può preservare la difesa immunitaria del corpo, preservare la salute fisica e, soprattutto, migliorare la memoria. Mangiare sano, dormire a sufficienza, rafforzare l’esercizio fisico e mantenere un umore felice sono tutti modi per migliorare i linfociti e la memoria. Assicurati di mantenere un atteggiamento positivo e di mantenere il tuo corpo, il tuo cervello e il tuo sistema immunitario in buone condizioni. Si può vedere che dobbiamo migliorare la memoria, e Cistanche può migliorare significativamente la memoria perché Cistanche ha effetti antiossidanti, antinfiammatori e antinvecchiamento, che possono aiutare a ridurre l’ossidazione e le reazioni infiammatorie nel cervello, proteggendo così la salute del cervello. sistema nervoso. Inoltre, Cistanche può anche promuovere la crescita e la riparazione delle cellule nervose, migliorando così la connettività e la funzione delle reti neurali. Questi effetti possono aiutare a migliorare la memoria, la capacità di apprendimento e la velocità di pensiero e possono anche prevenire il verificarsi di disfunzioni cognitive e malattie neurodegenerative.

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Inoltre, diversi rapporti hanno suggerito differenze negli effetti cellulari tra il clade B e C, essendo quest'ultimo meno neurotossico [72]. Pertanto, viene suggerito un danno mitocondriale parziale, o un MOMP incompleto in cui i mitocondri non danneggiati mostrano livelli elevati di BCL-2 [54], ma sono necessari ulteriori studi per confermare questa ipotesi.

Al contrario, lo stress ER è osservato nella via apoptotica intrinseca, che deriva in una UPR [23]. L'ER è ampiamente noto per le sue funzioni di traffico, ripiegamento e maturazione delle proteine.

Lo stress ER viene acquisito quando uno stimolo provoca un'alterazione nel processo proteico funzionale, portando a proteine ​​non ripiegate o mal ripiegate. Per contrastare il malfunzionamento, ER innesca l'UPR dove vengono attivate cascate di segnalazione per riconfigurare la produzione di proteine ​​a monte, la traslocazione delle proteine ​​nell'ER e l'autofagia, per ripristinare la proteostasi o indurre l'apoptosi se l'omeostasi dell'ER non viene raggiunta.

Le vie coinvolte nell'UPR sono condotte dalle proteine ​​ER di membrana PERK, IRE1a e ATF6a. PERK fosforila la subunità- del fattore 2 di inizio della traduzione eucariotica (eIF2) in modo che la sintesi proteica e l'afflusso proteico non ripiegato possano essere ridotti.

eIF2 induce la traduzione dell'mRNA ATF4, che stimola l'espressione genica delle proteine ​​necessarie per l'equilibrio riduzione-ossidazione; autofagia; e apoptosi come CCAAT/proteina omologa della proteina legante il potenziatore (CHOP), arresto della crescita e proteina inducibile dal danno del DNA (GADD34).

CHOP regola GADD34, che allo stesso tempo modula il recettore della morte 5 (DR5), che recluta la caspasi 8 per l'attivazione mediata dalla scissione di BID, una delle proteine ​​pro-apoptotiche nella via mitocondriale discussa sopra [73].

Un'altra via di segnalazione è quella regolata dalla dissociazione di IRE1 da GRP78 e dalla sua attivazione dell'attività RNasi. Quindi, IRE1 prende di mira l'mRNA della proteina legante X-box 1 (XBP1), rimuovendo un introne nucleotidico 26-che consente l'espressione della forma attivata di XBP1.

Questa proteina è una sovraregolazione di altri geni legati al ripiegamento, alla secrezione e all'eliminazione delle proteine ​​mal ripiegate. Inoltre, IRE1 può subire un processo chiamato decadimento dipendente IRE1-regolato (RIDD), in cui gli mRNA vengono degradati, incluso il DR5, un meccanismo anti-apoptotico. Tuttavia, condizioni di stress prolungato riducono l’efficacia del RIDD, provocando la morte cellulare.

Infine, la cascata ATF6 inizia con il suo trasporto all'apparato del Golgi e la scissione per rilasciare un frammento denominato ATFp50, che si trasloca nel nucleo e induce l'espressione genica in modo simile a XBP1 ma con la differenza che ATFp50 modula anche la biogenesi dell'apparato di Golgi [73].

In questo contesto, è stato riportato che lo stress ER indotto da Tat porta all'attivazione della risposta proteica spiegata (UPR) identificata dall'aumento dell'espressione genica di IRE1, PERK e ATF6 e, allo stesso tempo, sono state osservate tracce di disfunzione mitocondriale mediata dalla perdita del potenziale di membrana mitocondriale e dell’attivazione della caspasi 12 e della caspasi 3 [23].

Inoltre, nel cervello umano, gli effetti dell’esposizione alle cellule endoteliali microvascolari Tat includono un aumento dei livelli proteici di IRE1, PERK, ATF6 e Bip/GRP78, che hanno portato ad un aumento dei ROS [70].

Le cellule soffrono di un aumento dell'afflusso di Ca2+ attraverso l'interazione di Tat con il recettore N-metil-daspartato (NMDAR) [63]. Tuttavia, le strategie per bloccare questo recettore non sono riuscite a mitigare la HAND [74], indicando che Tat utilizza altri percorsi per interrompere l’omeostasi del Ca2+. Il Ca2+ è immagazzinato nel RE in condizioni normali e il suo rilascio è modulato da diversi stimoli.

Recentemente, prove hanno indicato che sia l'ER che i mitocondri si interconnettono attraverso un complesso noto come membrane ER associate ai mitocondri, dove si verificano processi cellulari, incluso il trasporto di Ca2+ e l'induzione alla morte cellulare durante lo stress cellulare a lungo termine [75].

La segnalazione Ca2+ è l'interazione più riconosciuta tra questi due organelli, con l'assistenza dei recettori IP3 [76]. La comunicazione ER-mitocondri sembra essere un circuito di feedback.

L'aumento dei livelli di Ca2+ citosolico dovuto al rilascio mediato dallo stress dell'ER provoca un'interruzione del potenziale della membrana mitocondriale, causando un aumento della produzione di ROS. Lo stress ER può essere indotto da un alterato processo di maturazione proteica innescato da alti livelli di mtROS.

Inoltre, l'assorbimento mitocondriale di Ca2+ induce l'apertura del poro di transizione di permeabilità (mPTP) e il rilascio di citocromo c, che guida l'attivazione delle caspasi [75], a significare che la segnalazione di Ca2+ tra ER e mitocondri regola la respirazione cellulare. Pertanto, un aumento della concentrazione citoplasmatica di Ca2+ potrebbe provocare la morte cellulare.

Le osservazioni sui neuroni ippocampali di ratto embrionale esposti a Tat hanno mostrato un incremento del Ca citosolico 2+ e dell'assorbimento mitocondriale, che causano la depolarizzazione della membrana e la morte cellulare [64].

L'aumento intracellulare di Ca2++ indotto da Tat è caratterizzato da uno stadio transitorio iniziale IP3- mediato e da un secondo periodo prolungato mediato da NMDARs nei neuroni del cervello umano fetale [77] e dal potenziale transitorio del recettore canonico della canalina nei neuroni Nacc di ratto [ 74] che porta alla morte cellulare.

Questi risultati confermano che Tat influisce sulla comunicazione mitocondri-ER attraverso la disregolazione dell'omeostasi del Ca2+ e lo squilibrio delle proteine ​​pro e anti-apoptotiche, portando alla disfunzione mitocondriale, che a sua volta provoca l'apoptosi.

Come accennato in precedenza, sono stati condotti studi clinici per affrontare la disregolazione del Ca2+ mediata da Tat utilizzando antagonisti NMDAR senza risultati significativi nel mitigare la progressione della HAND [74]. La ragione di questi risultati potrebbe essere il fatto che la disregolazione del calcio è solo uno degli effetti mediati da Tat, che è causato da molteplici eventi a monte.

Pertanto, una strategia potrebbe essere quella di affrontare un evento in cui la maggior parte dei percorsi interrotti convergono e sono fondamentali per la neurodegenerazione, come la disfunzione mitocondriale, e di affrontare le sue molecole regolatrici come le sirtuine.

5. Sirtuine

Le sirtuine 1–7 fanno parte di una famiglia di proteine ​​istoni deacetilasi di classe III. Tutti i SIRT sono enzimi NAD+-dipendenti e partecipano a una varietà di eventi cellulari come l'espressione genica, la riparazione del DNA e l'invecchiamento [78].

Presentano una diversità di funzioni e distribuzione cellulare a causa delle differenze strutturali nei terminali N e C. Il nucleo catalitico conservato dei SIRT ha due sottodomini: Rossmann-fold e un dominio di legame dello zinco.

Substrati e NAD+ si legano alla fessura attiva tra i due sottodomini. L'interazione tra nucleo catalitico, substrato e NAD+ induce un cambiamento conformazionale che porta alla chiusura attiva della fessura [79].

L'attività catalitica ben caratterizzata è la deacetilazione della lisina, ma diversi esperimenti hanno concluso che SIRT5 può anche eliminare i gruppi succinile e malonile e che SIRT4 è un'ADP-ribosiltransferasi [80]. SIRT1 e SIRT2 si trovano nel nucleo e nel citoplasma, mentre SIRT3 è localizzato principalmente nei mitocondri. . In effetti, questo aiuta a limitare i loro substrati poiché le SIRT non hanno mostrato alcuna preferenza nella sequenza proteica.

Tuttavia, il residuo di acetilsina deve trovarsi all'interno di un'ansa o di un'elica per essere accessibile alla reazione di deacetilazione [80]. Nonostante l'apparente non-specificità del substrato dei SIRT, è stato rivelato che solo SIRT1, SIRT2 e SIRT3 possono deacetilare Tat [31], il che dimostra un'interazione diretta che potrebbe portare a cambiamenti nella funzione di questi SIRT verso altri substrati.

Pertanto, in questa recensione, prestiamo attenzione solo alle tre molecole sopra menzionate e i percorsi regolati dai SIRT sono mostrati nella Figura 2.

5.1. Le sirtuine nelle malattie neurodegenerative

Le sirtuine 1–7 sono espresse nel cervello a diversi livelli. SIRT1 e SIRT2 sono i più frequenti in questo tessuto, ma SIRT1 è altamente espresso nei neuroni, mentre SIRT2 è abbondante negli oligodendrociti.

Le sirtuine 3–5 sono il secondo gruppo che si trova nel cervello e le meno comuni sono le SIRT6-7. SIRT1 è localizzato prevalentemente nel nucleo e SIRT2 è distribuito nel citoplasma, mentre SIRT3 è preferibilmente abbondante nei mitocondri ma con alcune isoforme presenti nel citoplasma e nel nucleo [81]. La pressione SIR differisce a seconda delle aree cerebrali, dell'età e delle condizioni patologiche ed è stata correlata a disturbi neurodegenerativi come la malattia di Parkinson e l'AD.

La patogenesi della PD è caratterizzata dall'aggregazione di -sinucleina, che può essere ridotta nei modelli di PD del cervello di topo a causa della sovraespressione di SIRT1 [82]. Tuttavia, l’inibizione di SIRT2 mitiga l’α-sinucleintossicità nelle cellule di neuroglioma umano [83].

D’altra parte, l’espressione di SIRT1, SIRT3 e SIRT6 è ridotta nel cervello dei pazienti con AD [84]. Inoltre, le concentrazioni di proteine ​​SIRT1 [85] e SIRT3 [86] sono ridotte nella corteccia cerebrale di individui con AD. Sia la disregolazione SIRT1 che SIRT3 sono state correlate alle prestazioni cognitive [85,87].

5.2. SIRT1

SIRT1 partecipa a diversi processi cellulari, tra cui il metabolismo cellulare, la riparazione del DNA, la biogenesi mitocondriale, l'apoptosi [88,89], il sistema di temporizzazione circadiano [90], il silenziamento genico attraverso l'interazione con la DNA metiltransferasi 1 [91], la formazione di eterocromatina [92], la progressione del ciclo [93] e risposta allo stress ossidativo [94].

A causa delle interazioni con numerose molecole, SIRT1 ha attirato l'attenzione per il suo ruolo in molte malattie, tra cui il cancro [95], il diabete di tipo 2 [96] e i disturbi neurodegenerativi [97,98].

5.2.1. SIRT1 nello stress ER e UPR

Recentemente, i risultati hanno rivelato che SIRT1 svolge un ruolo intrinseco nella regolazione della via apoptotica dei mitocondri da stress ER [27,99,100]. Nei condrociti primari, l'inibizione farmacologica e genetica di SIRT1 porta ad un aumento di PERK fosforilato e di proteine ​​a valle come eIF-2 e CHOP [27]. Allo stesso modo, nelle cellule cardiache, la deplezione di SIRT1 aumenta i livelli proteici di eIF-2 fosforilata, ATF4, GADD34 e CHOP [99].

Tuttavia, la sovraespressione o l'attivazione di questa sirtuina causa l'annullamento della morte cellulare in entrambi gli studi. Inoltre, è stato osservato un aumento delle forme acetilate sia di PERK [27] che di eIF-2 [99]. Tuttavia, Ghosh et al. [100] hanno riferito che anche senza stimolo di stress ER, l'esaurimento di SIRT1 è coinvolto nell'attivazione del ramo PERK UPR regolando i livelli di eIF-2 fosforilato; inoltre, hanno trovato prove di interazione fisica tra SIRT1, CHOP e GADD34 [100] che è stata successivamente confermata da prove che mostrano la formazione del complesso Sirt1/GADD34/PP1/eIF-2 indotto dall'anarsenite e la traslocazione nucleare SIRT1 nel citoplasma, che porta alla defosforilazione/deacetilazione mediata da GADD34-di eIF-2 e alla defosforilazione di SIRT1 [101]. Collettivamente, queste informazioni indicano che SIRT1 può agire come regolatore dell'apoptosi; quindi, il complesso GADD34/PP1 è un repressore dieIF-2, che porta al ripristino della funzione ER quando lo stress cellulare è stato risolto [73].

Inoltre, è stato suggerito che il ruolo di SIRT1 nella proliferazione cellulare sia mediato dalla sua posizione [102], che dipende anche dal tipo di cellula [103]. Tuttavia, è necessario eludere i meccanismi che i tipi cellulari utilizzano contro i diversi tipi di fattori di stress e le risposte compensative che vengono attivate.

5.2.2. SIRT1 e disfunzione mitocondriale

La disfunzione dei mitocondri emerge dall'interruzione delle loro funzioni metaboliche ed energetiche, nonché dalla disregolazione negli eventi di controllo della qualità, tra cui la fusione-fissione degli organelli, la biogenesi mitocondriale e la mitofagia.

Le dinamiche tra fusione e fissione sono essenziali per l'adattamento cellulare e la distribuzione degli organelli in diverse condizioni, come la mitofagia e la biogenesi dei mitocondri [104]. SIRT1 regola la biogenesi mitocondriale attraverso diverse reazioni di deacetilazione.

La serina/treonina-proteina chinasiSTK11(LKB1) viene attivata da SIRT1, portando alla fosforilazione della proteina chinasi attivata da AMP (AMPK). Successivamente, FOXO3 viene fosforilato e deacetilato da SIRT1 per promuovere la trascrizione di PGC1, che induce la trascrizione dei fattori di trascrizione nucleare (Nrf1-2) ​​e del fattore di trascrizione A (TFAM), che è correlato alla replicazione e alla trascrizione del mtDNA [28].

Paradossalmente, SIRT1 è stata collegata alla mitofagia, ma i meccanismi dettagliati sono ancora in fase di definizione. Alcuni studi hanno rivelato che attivatori come il resveratrolo (RV) e SRT1720 inducono la mitofagia mediante induzione trascrizionale di PINK1 attraverso FOXO3 SIRT1-mediata acetilazione [105,106].

Inoltre, SIRT1 è necessaria per la frammentazione mitocondriale agendo sul citoscheletro nel contesto della disregolazione del Ca2+ [107]. Questi risultati rafforzano il fatto che SIRT1 è un modulatore chiave nella disfunzione mitocondriale.

5.2.3. SIRT1 e Tat

Nell'infezione da HIV, SIRT1 è necessaria per la deacetilazione di Tat Lys50 poiché la formazione del complesso Tat-trans-actingresponsive element (TAR) avviene solo nella sua forma non acetilata, ma l'acetilazione di Tat è necessaria per procedere con la trascrizione.

Una volta completato il processo, le stesse molecole Tat possono essere riciclate attraverso la deacetilazione SIRT1- per avviare un altro complesso TAR [31,108]. È interessante notare che l'interazione SIRT1-Tat è indipendente dallo stato di acetilazione di Tat [31], il che suggerisce che l'inibizione di SIRT1 indotta da Tat avviene quando il riciclo di Tat non è più necessario [108].

Tuttavia, ci sono alcune domande sui meccanismi di inibizione perché non è chiaro se abbiano luogo meccanismi allosterici e se vi sia una dipendenza dalla concentrazione dall'inibizione.

Tuttavia, è degno di nota il fatto che l’inibizione di SIRT1 indotta da Tat porta all’iperattivazione delle cellule T [30]. Essendo un attore centrale in diversi processi cellulari, l'inibizione di SIRT1 mediata da Tat potrebbe essere coinvolta nella disregolazione cellulare che a sua volta causa la perdita neuronale. Pertanto, l'attivazione di questa sirtuina dovrebbe essere considerata per affrontare la MANO.

5.3. SIRT2

Sebbene le concentrazioni di SIRT2 siano più elevate nel citosol, durante la transizione G2/M del ciclo cellulare vengono traslocate nel nucleo, dove regolano la metilazione di H4K20 mediante deacetilazione dell'istone H4K16, che è fondamentale nella compattazione cromosomica [109].

Paradossalmente, vi è evidenza di interruzione della proliferazione cellulare e di arresto del ciclo cellulare nelle cellule di cancro polmonare che sovraesprimono SIRT2 [110]. Nel citoplasma, SIRT2 interagisce con la -tubulina, che fa parte del citoscheletro. I livelli di acetilazione sono correlati alla stabilità dei microtubuli e nelle cellule granulari cerebellari sovraespresse SIRT di topi con degenerazione walleriana lenta, è stata osservata l'interruzione dell'iperacetilazione e la resistenza alla degenerazione assonale [111].

Tuttavia, si è scoperto che i topi SIRT2-/- causano danni assonali accompagnati da bassi livelli di glutatione, riduzione di ATP, ridotta concentrazione di mtDNA e hanno provocato un'elevata espressione di SIRT1 rispetto al tipo selvaggio [112], indicando un'interruzione dell'omeostasi dei mitocondri.

In linea con questi risultati, Liu et al. [113]. hanno osservato che nelle cellule di topi SIRT2-/- dello striato, diverse proteine ​​mitocondriali hanno livelli di acetilazione più elevati rispetto a WT, comprese quelle coinvolte nella produzione di energia. La possibilità che SIRT2 agisca nei mitocondri è stata confermata anche nello stesso gruppo poiché SIRT2 potrebbe essere localizzato nei mitocondri del cervello di topi Wt e nei fibroblasti embrionali murini [113].

Inoltre, la corteccia dei topi SIRT2-/- ha rivelato che l'esaurimento di questa sirtuina causa un cambiamento delle dimensioni mitocondriali, un aumento dei livelli di PGC1 acetilato e la sottoregolazione dell'espressione dei geni correlati alla fusione mitocondriale Mfn1, Mnf2 e Opa1 [113]. Al contrario, in condizioni di stress, le cellule HepG2SIRT2-Wt hanno diminuito DRP1; nel frattempo, le cellule inattivate cataliticamente SIRT2-non lo hanno fatto [114].

Nel contesto dello stress ossidativo, la sovraespressione di SIRT2 aumenta la vitalità cellulare e induce l’espressione di SOD2 mediata da FOXO3a nelle cellule di neuroblastoma [115]. D'altra parte, i MF SIRT2-/- hanno mostrato un incremento dei ROS e delle proteine ​​regolatrici chiave della mitofagia, PINK1 e parkin, nonché di LC3B, un produttore di compromissione della clearance dei mitocondri danneggiati [113].

Le discrepanze negli effetti neuroprotettivi di SIRT2, che potrebbero essere la conseguenza delle numerose risposte compensatorie che la cellula assume a stimoli diversi. Tuttavia, il ruolo di SIRT2 nell'omeostasi mitocondriale è notevole.

Il fatto che Tat interagisca fisicamente con questa sirtuina e che un marker di neurotossicità indotta da Tat sia la disfunzione mitocondriale può portarci a ipotizzare una possibile modulazione allo stesso modo della SIRT1. Pertanto, sono necessarie indagini future per decifrare la relazione tra SIRT2 e Tat.

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