Sirtuins moduláció: Ígéretes stratégia a HIV-vel összefüggő neurokognitív károsodásokra 1. rész

Absztrakt:

A HIV-vel összefüggő neurokognitív zavar (HAND) az egyik fő probléma, mivel a populáció 40%-ánál továbbra is fennáll. Napjainkban a HAND neuropatogenezisét a fertőzött sejtek okozzák, amelyek átjutnak az agy-vér gáton, és vírusfehérjéket termelnek, amelyek kiválasztódnak és neuronokba internalizálódnak, ami a sejtfolyamatok megzavarásához vezet.

Az elmúlt évek tanulmányai kimutatták, hogy a vírusfehérjék szorosan kapcsolódnak a memóriához.

Először is, a vírusfehérjék serkenthetik az agyi neuronok növekedését és fejlődését, fokozhatják a neuronok összekapcsolhatóságát és plaszticitását, és ezáltal javíthatják a memóriát.

Másodszor, a vírusfehérjék aktiválhatják az agy idegsejtjeit, több idegsejtet serkenthetnek izgatottságra, elősegítik a neuronok közötti kapcsolatot és információátvitelt, valamint erősíthetik a memóriát és a tanulási képességet.

Emellett a vírusfehérjék az emberi immunrendszerre is hatással lehetnek, elősegítik a szervezet normális anyagcseréjét, és elősegítik a test egyensúlyának fenntartását, ezáltal befolyásolják az emberek lelki állapotát és javítják az emberek memóriáját.

De azt is ki kell emelni, hogy azok az emberek, akik hosszú ideig nagy nyomás alatt vannak, hajlamosak a csökkent immunitásra. Ezért a stressz ésszerű kontrollálása és a helyes életmód fenntartása szintén fontos tényező a memória javításában.

Összefoglalva, a vírusfehérjék emberi szervezetre gyakorolt ​​hatása sokrétű, de összességében javítja az emberi memóriát. A mindennapi életben figyelnünk kell az egészség megőrzésére, a rezisztencia fokozására, a vírusfehérjék szerepének a legjobb állapotba hozására. Ugyanakkor meg kell őriznünk a pozitív hozzáállást, optimistán kell szembenéznünk az élettel és a munkával, és el kell hinnünk, hogy javíthatjuk memóriánkat és jobb eredményeket érhetünk el. Látható, hogy javítanunk kell a memórián, a Cistanche pedig jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche egy hagyományos kínai orvoslás, számos egyedi hatással, amelyek közül az egyik a memória javítása. A Cistanche hatása a benne található különféle hatóanyagokból adódik, beleértve a csersavat, poliszacharidokat, flavonoid glikozidokat stb. Ezek az összetevők számos módon elősegíthetik az agy egészségét.

Kattintson a Ismerje meg a rövid távú memória javításának módját

A bizonyítékok arra utalnak, hogy a virális fehérjék, például a Tat a neuronális elváltozások okozója, és így a HAND. A Tat által kiváltott neurodegeneráció jellemzői az endoplazmatikus retikulum stressz és a mitokondriális diszfunkció.

A sirtuinok (SIRT) NAD{0}}dependens deacetilázok, amelyek részt vesznek a mitokondriumok biogenezisében, a kibontott fehérjeválaszban és az intrinsic apoptózis folyamatban. A Tat kölcsönhatás ezekkel a deacetilázokkal a SIRT1 és SIRT3 gátlását okozza. Tanulmányok kimutatták, hogy a SIRT aktiválása elősegíti a neuroprotekciót az olyan idegrendszeri degeneratív betegségekben, mint az Alzheimer-kór és a Parkinson-kór.

Ezért ez az áttekintés a Tat által kiváltott neurotoxicitási mechanizmusokra összpontosít, amelyekben a SIRT-ek kulcsfontosságú szabályozók, és ezek modulálása a HAND elleni terápiás stratégia, és ezáltal a HIV-fertőzöttek életminőségének javítása.

Kulcsszavak: sirtuin; SIRT1; SIRT3; SIRT2; HIV; rezveratrol; ER-stressz; mitokondriális diszfunkció;neurodegeneráció; KÉZ.

1. Bevezetés

2020-ban a humán immundeficiencia vírus (HIV) több mint 37 millió embert fertőzött meg világszerte, és ennek a populációnak 73%-a antiretrovirális terápiában részesült [1]. Ez a kombinált antiretrovirális kezelés (cART) meghosszabbította élettartamukat.

Azonban megjelentek a társbetegségek, amelyek a központi idegrendszerben (CNS) változásokat idéztek elő. A neuroimaging technikák bizonyítékot szolgáltattak a HIV-fertőzött (PLWH) emberek agyának morfológiai változásaira.

Ezenkívül a jelentések kimutatták a HIV jelenlétét az agy-gerincvelői folyadékban és a post mortem agyszövetekben még akkor is, ha a vírusterhelés nem volt kimutatható a vérben [2].

Ezeket az elváltozásokat együttesen HIV-vel összefüggő neurokognitív zavaroknak (HAND) nevezik, és súlyosságuk szerint a Frascaticriteria szerint tünetmentes neurokognitív károsodás (ANI), enyhe neurokognitív zavar (MND) vagy HIV-vel összefüggő demencia (HAD) kategóriába sorolják [3]. . A HAND globális prevalenciáját körülbelül 40%-ra becsülték, az enyhébb formát pedig a HAND-betegek körében a leggyakoribb [4,5].

A Frascati kritériumokat széles körben alkalmazták a HAND egyes szintjének azonosítására; neuropszichológiai teszteket alkalmaznak, és kizárnak minden olyan társbetegséget, amely kognitív károsodást okozhat.

Az ANI-t és az MND-t akkor diagnosztizálják, ha legalább két kognitív tartomány teljesítménye legalább 1 SD-vel az átlag alatt van, legalább öt kognitív tartományt értékelve, amelyek magukban foglalhatják a figyelmet, a nyelvet, a végrehajtó és motoros funkciókat, a munkamemóriát, az információfeldolgozás sebességét és tanulás. Ennek ellenére az ANI-ben a napi tevékenységeket ez nem érinti, míg az MND betegek enyhe károsodást mutatnak a mindennapi tevékenységek során.

Végül, a HAD-vel diagnosztizált emberek teljesítménye 2 SD-vel az átlag alatt van két kognitív tartományban, és nyilvánvaló nehézséget okoz a mindennapi tevékenységek elvégzésében [3,6].

A HAND a kognitív károsodások, motoros diszfunkciók, valamint viselkedési és érzelmi zavarok spektrumát okozza [7–14]. A HAND kialakulásának kockázata a CD4+ számától, a fertőzés idejétől, a plazma vírusterhelésétől és az AIDS kórtörténetétől függ. -meghatározó betegség [15]. Manapság úgy tartják, hogy a HAND-ot vagy a fertőzött sejtek által kiválasztott vírusfehérjék CART neurotoxicitása, vagy a kettő kombinációja okozza [2].

A HIV nem fertőzheti meg az idegsejteket, de átjuthat a BBB-n keresztül fertőzött monocitákon keresztül, amelyek neurotoxicitást kiváltó vírusfehérjéket termelnek [16]. Állatmodelleken és sejtvonalakon megfigyelték, hogy a transzkripció transzaktivátora (Tat) változásokat idéz elő a központi idegrendszerben [17]. –21].

A Tat által kiváltott neurodegeneráció egyik jellemzője az endoplazmatikus retikulum (ER) stressz [22,23] és a mitokondriális diszfunkció, amelyet a mitofagiában [18], az mtDNS-ben [20], a fúzióban és a hasadásban [24], valamint az energiametabolizmusban [25] fellépő zavarok jellemeznek. 26]. A SIRT-ek, a NAD+-dependens deacetilázok részt vesznek ezen mitokondriális folyamatok molekuláris mechanizmusaiban [27,28].

Ezenkívül az adatok keresztkölcsönhatást tártak fel a Tat és a SIRT között, ami inaktiválódást okoz [29–31]. Ebben az áttekintésben azokra a megközelítésekre összpontosítunk, amelyeket a vírusfehérje Tat alkalmaz a neurotoxicitás kiváltására a SIRT-ek által szabályozott útvonalak megzavarása révén.

Ezzel szemben SIRT modulátorok, például NAD+ prekurzorok, valamint természetes és szintetikus vegyületek használatát javasoljuk lehetséges terápiás stratégiaként az ART-val együtt a PLWH kognitív hiányosságainak javítására; ezért jelenleg nincs hatékony kezelés ennek a betegségnek a kezelésére (ábra). 1).

2. A KÉZ és a MŰVÉSZET hosszú távú kitettsége

A HAND elterjedtsége még az ART korszakában is a magasabb CNS-penetrációs hatékonyságú (CPE) antiretrovirális szerek felé irányította a figyelmet, remélve, hogy ez a besorolás megoldotta volna a problémát [32].

Mindazonáltal az ezzel a tulajdonsággal rendelkező kezelések a HAND-hoz kapcsolódnak, különösen az efavirenz [33–35]. Ezenkívül más, eltérő CPE-vel rendelkező antiretrovirális szerekről is beszámoltak neurotoxikus szerekként [36–38].

Az ART által kiváltott neurotoxicitást irányító mechanizmusok a gyógyszerosztálytól függenek. Kezdetben azt találták, hogy a nukleozidanalóg reverz transzkriptáz gátlók (NRTI-k) mitokondriális aberrációt okoznak az mtDNS kimerülése révén, a HIV reverz transzkriptáz és a DNS polimeráz gamma (PolG) aktív helyének analógiája miatt, amely gátolja az mtDNS replikációját [39] ], ami összefüggésbe hozható a mitokondriális biogenezis megzavarásával. Ezenkívül a proteázgátlókkal, például a lopinavirrel való kitettség az idegsejtek magas ROS-szintje és az endogén antioxidáns válasz aktiválása által közvetített inoxidatív stressz növekedését mutatta [38].

A ritonavir esetében azt találták, hogy endoplazmikreticulum (ER) stresszt és mitokondriális külső membrán permeabilizációt (MOMP) indukál [40]. Végül az ART által közvetített kognitív teljesítmény javulására utaló adatok továbbra is ellentmondásosak [38,41,42]. ; ezért egyes tanulmányok nem találtak jótékony összefüggést, míg Siangphoe et al. [42] egy metaanalízisben arra a következtetésre jutott, hogy az ART csökkenti a neuronális rendellenességek, például a HAND kialakulásának kockázatát. Mindazonáltal a vizsgálat nem vette figyelembe az egyes betegek ART típusát, ami azt a kérdést veti fel, hogy valamilyen specifikus antiretrovirális szer vagy ezek kombinációja okoz-e neurokognitív deficitet.

Ezenkívül a HAND diagnózisát nem ugyanazon a skálán végezték el, ami lehetséges eltéréseket eredményezhet ezen állapotok azonosításának pillanatában és a kognitív teszt érzékenységét az ANI kimutatására [42].

Mint fentebb tárgyaltuk, úgy tűnik, hogy a HIV-vel együtt töltött idő hozzájárul a neurokognitív károsodás kialakulásához, amely úgy tűnik, hogy egybeesik az ART expozíciójával és toxicitásával. Ezért különös figyelmet kell fordítani az adjuváns gyógyszerekre a HAND elleni megfelelő megelőzéshez vagy kezeléshez, figyelembe véve nemcsak az ART mellékhatásait, hanem a vírusfehérjék, például a Tat által kiváltott egyidejű sejtelváltozásokat is.

3. Transzaktivátor a Transzkripció Tat

A Tat-ot, egy kis szabályozó fehérjét a HIV-genom génjében két különálló exon kódol, amelyek alternatív splicing után a fehérje teljesen létrejöhet. A hossza a vírustörzstől függ, ami 86 és 101 között van. aminosavak. N-terminális savas vagy prolinban gazdag, ciszteinben gazdag, hidrofób magból áll; bázikus és glutaminban gazdag domének; és egy RGD motívum.

Ennek a maradékok variabilitása van, ami számos aktiválási és gátlási eredményt okoz a gazdafehérjékben és a génexpresszióban. Csak a W11 aminosav és a 49RKKRRQRRR57 szekvencia jól konzervált aminosavak a Tat bystander sejtek szekréciójának és felvételének alapvető funkciója miatt [43].

A Tat szekréciója és internalizálása

A vér-agy gáton (BBB) ​​áthatoló fertőzött sejtek nem szokványos módon szabadíthatnak fel Tat virális proteineket, mivel hiányzik a Golgi-készüléken vagy az endoplazmatikus retikulumon áthaladó szignálpeptid [44].

Amint a Tat beépül a sejtmembránba, annak alapdoménje és a W11 csoport kölcsönhatásba lép a foszfatidil-inozittal-4, 5-biszfoszfáttal (PI(4,5)P2) [45]. A későbbi mechanizmusok nem teljesen tisztázottak. Egyrészt a jelentések kimutatták, hogy a Tat képes oligomerizálódni és pórusokat képezni a plazmamembránban.

A másik oldalon a PI(4,5)P2-hez való kötődés lehetővé teszi a W11 maradék beépülését a sejtmembránba; majd egy tisztázatlan folyamat révén az extracelluláris mátrixba transzlokálódik [44–46]. Végül a tanulmányok Tat-ot tartalmazó exoszómákról számoltak be [44,47]; ennek ellenére úgy tűnik, hogy az exoszomális Tat elvesztette neurotoxicitási tulajdonságait [19].

Az extracelluláris Tat endocitózissal jut be a sejtbe. Az internalizáció után a Tat a sejt citoplazmájába transzlokálódik. Konformációs változás megy végbe az alacsony pH hatására, ami lehetővé teszi a W11 maradék expozícióját, amely kölcsönhatásba lép az endoszómális membránnal [48].

Ezenkívül az endolizoszómák rezidens kétpórusú csatornáiból származó kalcium segíti Tat-ot az endolizoszóma kiszabadulását illetően [49]. Továbbá Ruiz és mtsai. 70%-kal csökkentette a bystander sejtek Tat felvételét az alap domén (R57S) szubsztitúciója révén, ami bizonyítja az R57 aminosav kulcsfontosságú kapcsolatát a Tat celluláris internalizációjában [50].

Tanget al. A Tat által kiváltott szinaptikus károsodást a sejtmembránokon való áthatolási képességének tulajdonította [19]. Valójában a Tat egy rövid szekvenciáját sejtbehatoló peptidként használják gyógyszerek bejuttatására más betegségekben, például rák esetén [51].

Úgy tűnik, hogy a Tat különböző stratégiákat alkalmaz a sejten belüli és a sejtből való kijutáshoz, ami jelentős célponttá teszi az idegrendszeri elváltozások megelőzésében. Ezért a következő szakaszokban részleteztük az érintett mechanizmusokat.

4. Tat és mitokondriumok

A mitokondriumok olyan organellumok, amelyek számos sejtfolyamatban vesznek részt, beleértve az oxidatív foszforilációs energiatermelést, az apoptózis jelátvitelét, a kalcium homeosztázisát [52] és a sejtöregedés szabályozását [53].

A tanulmányok nemcsak a Parkinson-kórban (PD) vagy az Alzheimer-kórban (AD) [54], hanem a HAND-ban [55] is foglalkoztak a mitokondriumok neuronális rendellenességekben betöltött szerepével. Sanna és mtsai. [56] kimutatta a magas HIV RNS terhelés által közvetített mitokondriális diszfunkció jelenlétét, amelyet az alacsony TCAciklus és oxidatív foszforilációs fehérje szint határoz meg HIV-betegek agyi régióiban [56].

Megfigyelték, hogy a Tat a mitokondriumok közelében maradt [57,58], ami arra utal, hogy a sejteloszlás összefüggésben áll az organellum-elváltozásokkal. Ennek megfelelően más eredmények felfedték, hogy a Tatexponált sejtek mtDNS károsodást [20,59] és metilációs mintázatának megváltozását [60], mitokondriális membránpotenciál csökkenést [23] az organellum méretének és morfológiájának változásait, a fúziós hasadás kiváltását [24], fokozzák. mitokondriális ROS [61,62], mitofagiális zavar [17,57], mitokondriális funkciók szabályozási zavara [17,61] kalcium homeosztázis zavara [61,63,64] és apoptózis aktiválása [23,58,61,65,66].

4.1. Tat és Fusion-Fission Dynamics

A mitokondrium egy rendkívül dinamikus organellum, amely fúzión és hasadáson megy keresztül a funkcionális folyamatok fenntartása érdekében. A neuronokban az energiaigény a mitokondriumfúzió/hasadás által közvetített eloszlást vált ki az axonok és dendritek felé.

Az OMM-ek fúzióját a mitofuzin 1 és 2 (MFN1, MFN2) GTPázok szabályozzák, míg az innermitokondriális membrán (IMM) fúzióját az opticatrophia protein 1 (OPA1) szabályozza.

Eközben a mitokondriális osztódási eseményeket a dinaminhoz kapcsolódó protein 1 (DRP1), a dinamin szupercsaládból származó GTPáz közvetíti. Drp1 és Mnf2 knockout egerekben megfigyelték, hogy a sejtek nem voltak képesek megfelelően elosztani a mitokondriumokat [67].

A Tat-Tg egerek kisméretű fragmentált mitokondriumokat mutattak, a Tat-nek kitett kérgi neuronok pedig a DRP1 és a calcineurin növekedését mutatták, ami arra utal, hogy a Tat mitokondriális fragmentációt indukál a Ca2+ homeosztázis diszregulációjával, ami kiváltja a kalcineurin által közvetített DRP1 aktivációt [24].

4.2. Mitofág zavar

A mitokondriumok a sejt erőművei, ezért fenntartásuk kulcsfontosságú a sejtfiziológiában. A sérült mitokondriumok minőség-ellenőrzési utakat indítanak el a mitokondriumhálózat és az energiaanyagcsere helyreállításához.

A diszfunkcionális mitokondriumok fennállása esetén a sejtek mitofágián mennek keresztül, ami az aberráns organellumok lebomlásával jár [68]. A foszfatáz és tenzin homológ (PTEN) által indukált feltételezett kináz 1 (PINK1) a mitofágia döntő szabályozója. A bazális körülmények között a PINK1 a belső mitokondriális membránba transzlokálódik és lebomlik.

Mindazonáltal a mitokondriális membránpotenciál elvesztése esetén a PINK1 felhalmozódik az OMM-ben, ahol elindítja a mitofagoszóma képződést. A nem funkcionális mitokondriumok jelölésére a PINK1 autofoszforilálódik és parkin toboroz a mitokondrium felszínére.

Ezután a fehérjék ubiquitinációja az OMM-ben a parkin E3 ligáz aktivitás révén megy végbe, majd az autofágia receptorok, például a szekvesztom 1 (SQSTM1) mobilizálása következik be, hogy a sérült mitokondriumokat a mitofagoszómába zárják [68]. Az egér mikrogliában a Tat fokozza a PINK expresszióját, a mitofág aktiválódását jelzi.

Ezen túlmenően az adatok nemcsak a mitofágia szenzor fehérjék magasabb szintjét mutatták, hanem azok aktív transzlokációját is a mitokondriumokba a Tat-nek kitett humán primer neuronokban [57]. Mindkét kutatócsoportban az SQSTM1 növekedését tapasztalták, ami a mitofágikus fluxus károsodására utal, amit a vizsgálat is megerősített. a fluoreszcencia riporter rendszer által megfigyelt mitofagoszómák felhalmozódása [57].

Feltételezhető, hogy a hiányos mitofágia azért fordulhat elő, mert a lizoszómák fúziója a mitofagoszómákkal blokkolva van a kialakulatlan fagoszómák miatt, vagy a sejtek nem tudják kiegyensúlyozni azok lebomlását ugyanolyan sebességgel, ahogyan alakulnak [17]. Úgy tűnik, hogy további vizsgálatokra van szükség a sérült mitokondriumok kiürülésének akadályozásának okának tisztázására.

A mitokondriumok minőségellenőrzésének blokkolása proinflammatorikus citokinek termelődéséhez vezet, ami hozzájárul az ideggyulladáshoz. A pink1 géncsendesítése azonban megakadályozza a HIV-Tat által kiváltott mitofagiát, és ezáltal a mitofagoszómák felhalmozódását, de nem képes helyreállítani az ATP termelési sebességét [17].

Ebben a tekintetben meg kell keresni a szabályozott mitofág fehérjék kulcsszabályozóját, mivel a mitofág markerek manipulálása nem eredményezte a mitokondriumok funkcióinak helyreállítását, ami neurodegenerációt váltott ki.

4.3. Tat által kiváltott apoptózis

A közölt adatok azt mutatják, hogy a Tat-nek kitett sejtek extrinsic [65] és intrinsicapoptosis útvonalon [23] mennek keresztül. Az elsőben a jelátviteli folyamat a sejtmembránban indul meg, és a halálreceptorok stimulálása váltja ki, majd a kaszpázok aktiválása indítja be a sejthalált.

Az intrinsic apoptózis útvonalat mitokondriális apoptózisnak is nevezik, mivel a MOMP szükséges az apoptózist kiváltó kaszpáz jelátvitel kiváltásához [54].

A közelmúltban a legtöbb tanulmány elismerte az itokondriális útvonal jelentős szerepét a Tat-indukált apoptózisban, valamint az ER-stressz és az unfoldedprotein response (UPR) áthallásában [23,69,70]. A sejt apoptotikus ingerek jelenlétében áthelyezi a BCL-t. {4}}asszociált X-fehérje (BAX) a citoplazmából az OMM-be, ahol oligomerizálódik, és kölcsönhatásba lép a BCL-2 antagonistával/gyilkossal (BAK), amely pórusként működik, miután megkötődött pro-apoptotikus aktivátorokkal [71].

A BH3-csak olyan fehérjék, mint a BCL-2- kölcsönhatásba lépő sejthalál közvetítője (BIM), BH3-interactingdomain death agonist (BID) és p53-az apoptózis fokozottan szabályozott modulátora ( A PUMA) a B-sejtes lymphoma 2 (Blc-2) család pro-apoptotikus tagjai, amelyek kölcsönhatásba lépnek a BAK-kal és a BAX-szal, ami intermembrán térfehérjék, például a citokróm c és így a MOMP felszabadulásához vezet [71].

Következésképpen ezek a fehérjék beindítják a kaszpáz aktivációt, ami apoptózishoz vezet. Megjegyzendő, hogy a MOMP nemcsak az apoptotikus útvonal beindításában vesz részt, hanem az mtDNS felszabadulásával és a proinflammatorikus jelátvitellel is összefügg. A túlélési mechanizmust ugyanabból a Bcl-2 családból származó anti-apoptotikus fehérjék szabályozzák, mint például a BCL-2 és a B-sejtes lymphoma extra-large (BCL-XL).

Ezek a molekulák pro-apoptotikus fehérjékhez kötődnek, elkerülve a BAX/BAK-kal való kölcsönhatásukat és a pórusképződést [71]. Ezért a BCL-2 fehérjék diszregulációja a belső apoptotikus útvonalra, valamint a mitokondriális diszfunkcióra utal.

A Tat-nek kitett eritroleukémiás sejtvonalban (K562) [58], a humán retinális mikrovaszkuláris endothel sejtekben [69], az asztroglioma sejtekben [66] és a humán neuroblasztóma sejtekben [18] a BCL-2 mRNS szintje alacsonyabb volt a vezérlők. Che és mtsai. azt is megállapították, hogy a BAX, BAK és citokróm c fehérjeszintjét a Tat inhuman retina pigment epithelialis sejtek (ARPE-19) növelték [69].

Ezen eredmények szerint a Tat pro-apoptotikus molekulaként működik, növelve a MOMP-t azáltal, hogy makropórusok képződését okozza az OMM-ben, amit a mitokondriális membránpotenciál megzavarásáról szóló jelentések is megerősítenek [23,58,70].

For more information:1950477648nn@gmail.com