Sirtuine
Sirtuine, auch Sir2 like Proteine, sind Enzyme, welche evolutionär hoch konserviert in Bakterien, Hefen, Würmern, Insekten, Säugetieren und Menschen vorkommen. Es handelt sich um Histon-Deacetylasen (HDAC) der Klasse III, welche acetylierte Lysinreste in Proteinsubstraten wie z. B. Histonproteinen über einen NAD+-abhängigen Mechanismus deacetylieren.[1] Des Weiteren ist für humane Sirtuine – mit Ausnahme von Sirt4 – ein zweiter Katalysemechanismus beschrieben worden, die ADP-Ribosylierung.[2] Sie werden für die Regulierung von Alterungsvorgängen, Transkription, Apoptose und Stress-Resistenz verantwortlich gemacht.[3]
Der Name Sirtuin leitete sich vom Gen Sir2 (silent mating type information regulation 2) aus Hefe ab, welches verantwortlich ist für dessen zelluläre Regulation.
Sirtuin Arten
Sirtuine werden nach ihrer Aminosäuresequenz klassifiziert. Folgende Sirtuine sind bekannt:
Art | Name beim Mensch | Name in Hefen | Name bei Mäusen |
---|---|---|---|
Ia | Sirt1 (Gen: SIRT1) | Sir2 oder Sir2p, Hst1 oder Hst1p | Sir2-beta |
Ib | Sirt2, Sirt3 | Hst2 or Hst2p | Sir2l2, Sir2l3 |
Ic | Hst3 or Hst3p, Hst4 or Hst4p | ||
II | Sirt4 | SIRT4 | |
III | Sirt5 | SIRT5 | |
IVa | Sirt6 [4] | SIRT6 | |
IVb | Sirt7 | SIRT7 | |
U< | Entdeckt in Gram-positiven Bakterien |
Humane Sirtuinsubstrate
Desacetylierung der klassischen Substrate der Sirtuine, der Lysinenden der Histone, führt bei diesen zu einer Veränderung der Basizität des Stickstoffs im Lysinrest. Mit einem freien Amin am Ende der aus dem Histon herausragenden Stickstoff-Termini kondensiert die darum gewundene DNA stärker an den Proteinkomplex, so dass die Transkription durch andere Enzyme gestört oder verhindert wird. Hieraus resultiert ein Gen-Silencing des entsprechenden Genabschnitts, das sich in einer verringerten Expression der in diesem Lokus codierten Enzyme äußert. Andere wichtige Substrate, deren Aktivität durch Deacetylierung oder ADP-Ribosylierung moduliert werden können, sind in der Tabelle dargestellt:
Sirtuin | Bekannte Substrate | Biologische Funktion | Mechanismus | Referenzen |
---|---|---|---|---|
Sirt1 | AceCS1, Atg5, Atg7, Atg8, BCL6, B-Catenin, FOXO1, FOXO3a, FOXO4, HES-1, HEY-1, HIC-1, Histon H1 (K26), Histon H3 (K9, K14), Histon H4 (K16), H2A.z, HIV Tat Protein, Ku70, LXR, MEF MyoD, NF-κB, p300/CBP, p53, p73, PCAF, PGC-1a, Rb, TAFi68 | zellulärer Metabolismus, Erhöhung der Insulinantwort, Glukosehomöostase, Neuroprotektion, antiinflammatorisch, kardioprotektiv, Krebs fördernd/ hemmend?, stimuliert HIV-Transkription, antioxidativ, Zellprotektion, Zellalterung | ADP-Ribosyltransferase, Deacetylase | [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28] |
Sirt2 | a-Tubulin, FOXO1, Foxo3a, Histon H3 (K14), Histon H4 (K16), p53 | Mitosecheckpoint, Mitosestop im Zellzyklus, Tumorsuppressor (Gliome), Adipocytendifferentierung, Regulierung von zellulärem Stress, Inhibition von Zelladhäsion, -migration, Axonwachstum | ADP-Ribosyltransferase, Deacetylase | [29], [30], [31], [32], [33] |
Sirt3 | AceCS2, Glutamat-Dehydrogenase, Isocitratdehydrogenase 2, Histon H4 (K16) | Mitochondriale NAD+-Verwertung, Thermogenese, zellulärer Metabolismus, Apoptose, Zellprotektion/ -alterung | ADP-Ribosyltransferase, Deacetylase | [34], [35] |
Sirt4 | Glutamat-Dehydrogenase | Mitochondriale NAD+-Verwertung, Regulation der Insulinsekretion | ADP-Ribosyltransferase | [36], [37] |
Sirt5 | Cytochrom C, Histon H4, p53 | unbekannt | Deacetylase | [38], [39] |
Sirt6 | Histon H3 (K9) | Zellulärer Metabolismus, Erhalt der Telomere, Zellprotektion/ -alterung | ADP-Ribosyltransferase, Deacetylase | [40] |
Sirt7 | p53 | Aktivierung RNA-Polymerase I, kardiale Stressresistenz, Zellprotektion/ -alterung | Deacetylase | [41] |
Bedeutung
Aufgrund ihrer Fähigkeit, zahlreiche Enzyme und Proteine zu modifizieren, die eine Schlüsselrolle bei verschiedenen Krankheiten spielen, sind Sirtuine in den letzten Jahren immer stärker in den Fokus der Forschung gerückt. Vor allem die Tatsache, dass zahlreiche Zielproteine auch bei pathologischen Mechanismen entarteter Zellen (Krebs) eine Rolle spielen, lässt die Hoffnung auf neue Therapieoptionen bei bestimmten Krebsarten aufkommen. Auch Enzyme, die eine Rolle bei der Alzheimer-Krankheit, Morbus Parkinson, Diabetes mellitus und Adipositas spielen, finden sich unter den Substraten von Sirtuinen. Ihr Einfluss auf die Zellalterung könnte ein besseres Verständnis von Alterungsprozessen in menschlichen Zellen liefern.
Kritische Betrachtung
Sirtuine werden aufgrund ihrer lebensverlängernden Wirkung auf Mikroorganismen in der Presse immer wieder als „Anti-Aging-Enzyme“ bezeichnet. Zwar konnten diese Wirkungen einer gesteigerten Sirt1-Aktivität in Experimenten mit Hefen wirklich gezeigt werden [42] [43] und diese Ergebnisse an anderen Modellorganismen durch Versuche mit dem Sirtuin-Aktivator Resveratrol bestätigt werden [44] [45]. Jedoch können diese Studien nicht einfach auf den Menschen übertragen werden, da die Verlängerung der Lebensdauer im Wesentlichen in einer Kalorienrestriktion der Mikroorganismen gründet. Experimente an Mäusen konnten erwartungsgemäß keine Lebensverlängerung zeigen (allerdings wurden altersbedingte degenerative Erkrankungen signifikant hinausgezögert).[46].
Einzelnachweise
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- ↑ Max-Planck-Institut: Können Sirtuine den Alterungsprozessen entgegenwirken?
- ↑ Mostoslavsky R et al.: Genomic instability and aging-like phenotype in the absence of mammalian SIRT6. In: Cell. 124, Nr. 2, 2006, S. 315–29. doi:10.1016/j.cell.2005.11.044. PMID 16439206.
- ↑ Vaziri, H.; Dessain, S. K.; Ng Eaton, E.; Imai, S. I.; Frye, R. A.; Pandita, T. K.; Guarente, L.; Weinberg, R. A. hSIR2(SIRT1) functions as an NAD-dependent p53 deacetylase. Cell 2001, 107, 149-159
- ↑ Luo, J.; Nikolaev, A. Y.; Imai, S.; Chen, D.; Su, F.; Shiloh, A.; Guarente, L.; Gu, W. Negative control of p53 by Sir2alpha promotes cell survival under stress. Cell 2001, 107, 137-148
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Literatur
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Siehe auch
Weblinks
- Lebensverlängerung, eine neue Funktion von NAD (PDF-Datei; 5,03 MB)
- NZZ: Ein Streit spaltet die Aging-Community (Zugriff am 29-Sep-2011)