Môžu sirtuíny pôsobiť proti procesu starnutia Max-Planck-Gesellschaft
Procesy starnutia nastávajú univerzálne takmer v každom známom organizme po ukončení reprodukčnej fázy života. U ľudí, rovnako ako u iných druhov, je starnutie sprevádzané zníženou všeobecnou zdatnosťou a veľkým počtom chorôb súvisiacich s vekom, aby sme vymenovali iba cukrovku, artériosklerózu, kardiovaskulárne a nádorové ochorenia. Aj keď sa výskumu jednotlivých chorôb venuje veľké úsilie mnohých pracovných skupín a rozsiahlych finančných prostriedkov na výskum, vyšetrovanie procesov starnutia je stále v začiatkoch. Pochopenie molekulárnej základne starnutia by tiež objasnilo príčiny všetkých chorôb súvisiacich s vekom. Niekoľko výskumníkov, vrátane priekopníka výskumu veku Leonarda Hayflicka, žiada väčšie úsilie a zintenzívnenie výskumných fondov [1]. Je nesporné, že genetické a epigenetické faktory zohrávajú pri starnutí významnú úlohu. V posledných rokoch sa rodina sirtuínov stala predmetom záujmu výskumu kvôli jej vlastnostiam predlžujúcim život.
Sirtuíny sú v genóme cicavcov reprezentované génovou rodinou, ktorá kóduje sedem rôznych molekúl sirtuínu (Sirt1 až Sirt7). Väčšina sirtuínov má enzymatickú aktivitu deacetylázy. Na rozdiel od konvenčnej enzymatickej deacetylácie, pri ktorej sa acetylové skupiny odštiepia od cieľových proteínov v jednoduchej jednokrokovej reakcii (ako je známe z rôznych histónových deacetyláz), je sirtuínovo špecifická deacetylácia dvojkroková. Oxidovaný NAD + je potrebný ako ko-substrát na absorbovanie acetylovej skupiny. Okrem deacetylovaného proteínu sú konečnými produktmi reakcie nikotínamid (NAM) a O-acetyl-ADP-ribóza. Zo siedmich cicavčích sirtuínov majú Sirt1, Sirt2, Sirt3 a Sirt5 túto typickú deacetylačnú aktivitu. Zdá sa však, že Sirt4 a Sirt6 používajú NAD + na štiepenie ADP-ribózy a potom mono-ADP-ribozyláciu cieľových proteínov, takže tieto dva sirtuíny pôsobia ako mono-ADP-ribozyltransferázy. Doteraz nebolo nič známe o enzymatickej aktivite Sirt7 [4].
Pretože dostupnosť NAD + závisí od bunkového metabolizmu a energetického stavu, aktivita sirtuínov je tiež regulovaná pomerom oxidovaného k redukovanému NAD (NAD +/NADH). Pomer NAD +/NADH je relatívne vysoký v pokojových bunkách, ktoré energiu získavajú hlavne z oxidačného metabolizmu. Naproti tomu silno sa deliace bunky prechádzajú na produkciu anaeróbnej energie a podiel NAD +/NADH klesá [5]. Úzke spojenie medzi funkciou sirtuínu a bunkovým metabolizmom hrá ústrednú úlohu v regulácii životnosti. Napríklad sirtuíny sú potrebné pre účinok obmedzenia kalórií na predĺženie života. Znížený príjem kalórií vedie k zvýšeniu všeobecnej zdatnosti a predĺženiu dĺžky života u všetkých doposiaľ vyšetrovaných zvierat vrátane cicavcov. U myší sa aktivita Sirt1 zvyšuje počas kalorickej reštrikcie [6,7].
Pracovná skupina MPI pre výskum srdca a pľúc sa spočiatku sústredila na vyšetrovanie funkcie najmenej známeho sirtuínu Sirt7. Vedci dokázali, že Sirt7 zasahuje do procesu starnutia: Myši s deficitom Sirt7, ktoré produkujú, vykazujú niekoľko znakov predčasného starnutia a majú výrazne skrátenú životnosť.
Myši s deficitom Sirt7 starnú rýchlejšie
Myši s knock-outom Sirt7 starnú rýchlejšie: zmenšená veľkosť tela a lordokyfóza. Vľavo sú zobrazené šesťmesačné kontrolné myši divokého typu a myši s deficitom génu Sirt7. V tomto veku je už evidentná zmenšená veľkosť tela vyradenej myši Sirt7. Napravo sú tiež zobrazené röntgenové lúče myší, tiež vo veku šiestich mesiacov, ktoré ukazujú zakrivenie chrbtice u vyradenej myši Sirt7.
Pomocou homológnej rekombinácie vedci eliminovali gén Sirt7 z myšieho genómu a vytvorili myšací kmeň s nedostatkom Sirt7 (Sirt7 -/-). Zvieratá Sirt7 -/- nevykazovali počas prvých mesiacov života zjavné fenotypové zmeny. V druhej polovici prvého roku života sa však pozorovalo niekoľko príznakov predčasného starnutia. Zvieratá Sirt7 -/- vykazujú vo veku 7 - 9 mesiacov zakrivenie chrbtice (lordokyfóza), zníženú vrstvu podkožného tuku a zníženú telesnú hmotnosť, zvýšené zápalové procesy, znížený regeneračný potenciál atď. (Obr). Ďalej všeobecné mechanizmy obrany proti stresu u týchto myší rýchlo klesajú. Prejavuje sa to napríklad neschopnosťou udržiavať telesnú teplotu, keď je zima, alebo hladinou glukózy v krvi, keď nie je jedlo. Myši Sirt7 -/- majú výrazne skrátenú životnosť (približne o 50%), čo účinne ukazuje dôležitosť tejto molekuly pre normálnu dĺžku života.
Nedostatok Sirt7 vedie k predčasnej srdcovej hypertrofii a zápalu
Srdcová hypertrofia a fibróza v myokarde mutantov Sirt7. Mikroskopické obrázky histologických rezov myokardu kontrolných (A, B) a Sirt7 knockoutovaných myší (C, D). Hypertrofiu možno rozpoznať podľa väčších kardiomyocytov (kardiomyocytovo špecifický α-aktín je zafarbený načerveno). Zelené zafarbenie kolagénom III označuje fibrotickú expanziu extracelulárnej matrice u myší Sirt7 -/-. Modré sfarbenie DAPI zviditeľňuje bunkové jadrá.
Neadekvátna metabolická adaptácia myší Sirt7 -/- na rôzne zásoby potravy
Nedostatok akumulácie tuku v pečeni myší s deficitom génu Sirt7 po diéte s vysokým obsahom tukov. Sú zobrazené mikroskopické obrázky pečeňových rezov z kontrolných (A, C) a Sirt7 knockoutovaných myší (B, D). Obe skupiny zvierat boli po dobu šiestich týždňov podrobené diéte s vysokým obsahom tukov. Myši divého typu ukladajú väčšie množstvo triglizeridov, ktoré sa tu prejavujú olejovo červeným sfarbením, v pečeni. Vyradené myši vykazujú významne zníženú schopnosť ukladať tuk v pečeni. V C a D sú zobrazené väčšie zväčšenia rezov z A a B.
Primárne hepatitidy Sirt7 -/- sú rezistentné na inzulín
výhľad
V súhrne možno predpokladať, že sirtuíny pôsobia ako regulátory univerzálneho, starodávneho programu. Vždy sú obzvlášť aktívne, keď musí organizmus zmobilizovať svoje sily na prežitie, ako napríklad pri už spomínanom nedostatku potravy, ale aj pri mnohých ďalších druhoch stresu, ako je chlad, horúčava, infekcie, stres atď. Malo by byť možné použiť sirtuíny nezávisle od stresu Trvalá aktivácia stimulu by mohla viesť k zlepšeniu kvality života do vysokého veku.