Modulacja Sirtuinami: obiecująca strategia leczenia zaburzeń neurokognitywnych związanych z zakażeniem wirusem HIV, część 1

Abstrakcyjny:

Zaburzenie neurokognitywne związane z HIV (HAND) jest jednym z głównych problemów, ponieważ utrzymuje się u 40% tej populacji. Obecnie uważa się, że neuropatogeneza HAND jest spowodowana przez zakażone komórki, które przekraczają barierę mózg-krew i wytwarzają białka wirusowe, które mogą być wydzielane i internalizowane w neuronach, co prowadzi do zakłócenia procesów komórkowych.

Badania ostatnich lat wykazały, że białka wirusowe są ściśle powiązane z pamięcią.

Po pierwsze, białka wirusowe mogą stymulować wzrost i rozwój neuronów mózgowych, poprawiać łączność i plastyczność neuronów, a tym samym poprawiać pamięć.

Po drugie, białka wirusowe mogą aktywować neurony w mózgu, pobudzać większą liczbę neuronów do pobudzenia, promować połączenia i przekazywanie informacji między neuronami oraz pomagać wzmacniać pamięć i zdolność uczenia się.

Ponadto białka wirusowe mogą również wpływać na układ odpornościowy człowieka, wspomagać prawidłowy metabolizm organizmu i pomagać w utrzymaniu równowagi organizmu, wpływając w ten sposób na stan psychiczny człowieka i poprawiając pamięć.

Ale trzeba też zaznaczyć, że osoby, które przez długi czas znajdują się pod dużą presją, są podatne na obniżoną odporność. Dlatego rozsądna kontrola stresu i utrzymywanie dobrych nawyków życiowych są również ważnymi czynnikami poprawiającymi pamięć.

Podsumowując, wpływ białek wirusowych na organizm ludzki jest wieloaspektowy, ale ogólnie ma promujący wpływ na ludzką pamięć. W życiu codziennym należy zwracać uwagę na utrzymanie dobrego stanu zdrowia, wzmacnianie odporności i doprowadzenie do jak najlepszego stanu roli białek wirusowych. Jednocześnie musimy zachować pozytywne nastawienie, patrzeć na życie i pracować z optymizmem oraz wierzyć, że możemy poprawić naszą pamięć i osiągnąć lepsze wyniki. Widać, że musimy poprawić pamięć, a Cistanche może znacznie poprawić pamięć, ponieważ Cistanche to tradycyjna medycyna chińska o wielu unikalnych efektach, z których jednym jest poprawa pamięci. Działanie Cistanche wynika z różnych zawartych w nim składników aktywnych, w tym kwasu garbnikowego, polisacharydów, glikozydów flawonoidowych itp. Składniki te mogą na wiele sposobów promować zdrowie mózgu.

Kliknij Poznaj pamięć krótkotrwałą, jak ją poprawić

Dowody wskazują na białka wirusowe, takie jak Tat, jako czynnik sprawczy zmian neuronalnych, a tym samym DŁONI. Cechami charakterystycznymi neurodegeneracji wywołanej Tat są stres siateczki śródplazmatycznej i dysfunkcja mitochondriów.

Sirtuiny (SIRT) to deacetylazy zależne od NAD+-zaangażowane w biogenezę mitochondriów, odpowiedź na rozwinięte białka i wewnętrzny szlak apoptozy. Interakcja Tat z tymi deacetylazami powoduje hamowanie SIRT1 i SIRT3. Badania wykazały, że aktywacja SIRT sprzyja neuroprotekcji chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i Parkinsona.

Dlatego też niniejszy przegląd koncentruje się na mechanizmach neurotoksyczności indukowanej przez Tat, które obejmują SIRT jako kluczowe regulatory i ich modulację jako strategię terapeutyczną mającą na celu zwalczanie HAND, a tym samym poprawę jakości życia osób żyjących z HIV.

Słowa kluczowe: sirtuina; SIRT1; SIRT3; SIRT2; HIV; resweratrol; stres ER; dysfunkcja mitochondriów; neurodegeneracja; RĘKA.

1. Wprowadzenie

W 2020 r. ludzkim wirusem niedoboru odporności (HIV) zakażonych było ponad 37 milionów ludzi na całym świecie, a 73% tej populacji było poddawanych terapii przeciwretrowirusowej [1]. To skojarzone leczenie przeciwretrowirusowe (cART) wydłużyło ich żywotność.

Jednakże pojawiły się choroby współistniejące, powodujące zmiany w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN). Techniki neuroobrazowania dostarczyły dowodów na zmiany morfologiczne w mózgach osób żyjących z HIV (PLWH).

Ponadto doniesienia wykazały obecność wirusa HIV w płynie mózgowo-rdzeniowym i pośmiertnych tkankach mózgu, nawet jeśli miano wirusa było niewykrywalne we krwi [2].

Łącznie zmiany te są określane jako zaburzenia neurokognitywne związane z HIV (HAND) i klasyfikowane w zależności od ciężkości zgodnie z kryteriami Frascaticcriteria jako bezobjawowe zaburzenia neurokognitywne (ANI), łagodne zaburzenia neurokognitywne (MND) lub otępienie związane z HIV (HAD) [3]. . Globalną częstość występowania HAND szacuje się na około 40%, przy czym wśród pacjentów z HAND najczęstszą postacią jest łagodniejsza postać [4,5].

Kryteria Frascati były szeroko stosowane do identyfikacji każdego poziomu RĘKI; stosują testy neuropsychologiczne i wykluczają wszelkie choroby współistniejące, które mogłyby powodować zaburzenia funkcji poznawczych.

ANI i MND rozpoznaje się, gdy funkcjonowanie co najmniej dwóch domen poznawczych jest co najmniej o 1 SD poniżej średniej, oceniając nie mniej niż pięć domen poznawczych, do których zalicza się uwagę, język, funkcje wykonawcze i motoryczne, pamięć roboczą, szybkość przetwarzania informacji oraz nauka. Niemniej jednak w ANI nie ma to wpływu na codzienne czynności, podczas gdy pacjenci z MND wykazują łagodne upośledzenie w codziennych czynnościach.

Wreszcie osoby, u których zdiagnozowano HAD, mają wyniki o 2 SD poniżej średniej w dwóch obszarach poznawczych i wyraźne trudności w wykonywaniu codziennych czynności [3,6].

HAND powoduje całe spektrum zaburzeń poznawczych, dysfunkcji motorycznych oraz zaburzeń zachowania i emocji [7–14]. Ryzyko rozwoju HAND zależy od liczby CD4+, czasu zakażenia, wiremii w osoczu i historii AIDS -definiowanie choroby [15]. Obecnie uważa się, że HAND jest spowodowane albo neurotoksycznością cART, białek wirusowych wydzielanych przez zakażone komórki, albo kombinacją obu [2].

HIV nie może zainfekować neuronu, ale może przejść przez BBB przez zakażone monocyty wytwarzające białka wirusowe wywołujące neurotoksyczność [16]. W modelach zwierzęcych i liniach komórkowych zaobserwowano, że transaktywator transkrypcji (Tat) indukuje zmiany w OUN [17 –21].

Cechą charakterystyczną neurodegeneracji wywołanej Tat jest stres retikulum endoplazmatycznego (ER) [22,23] i dysfunkcja mitochondriów, która charakteryzuje się zakłóceniami w mitofagii [18], mtDNA [20], fuzji i rozszczepieniu [24] oraz metabolizmie energii [25, 26]. SIRT, deacetylazy zależne od NAD+-, biorą udział w mechanizmach molekularnych tych procesów mitochondrialnych [27,28].

Co więcej, dane ujawniły interakcję krzyżową pomiędzy Tat i SIRT, powodującą ich inaktywację [29–31]. W tym przeglądzie skupiamy się na podejściach stosowanych przez białko wirusowe Tat do wywoływania neurotoksyczności poprzez zakłócenie szlaków regulowanych przez SIRT.

Z drugiej strony proponujemy zastosowanie modulatorów SIRT, takich jak prekursory NAD+ oraz związków naturalnych i syntetycznych, jako możliwą strategię terapeutyczną, wraz z ART, w celu poprawy deficytów poznawczych w PLWH; dlatego obecnie nie ma skutecznego leczenia tej choroby (ryc. 1).

2. RĘKA i długoterminowy kontakt ze sztuką

Powszechność HAND, nawet w epoce ART, skierowała uwagę na leki przeciwretrowirusowe o wyższej skuteczności penetracji do OUN (CPE), spodziewając się, że ta klasyfikacja rozwiąże problem [32].

Niemniej jednak okazało się, że leczenie charakteryzujące się tą cechą jest powiązane z HAND, zwłaszcza efawirenzem [33–35]. Ponadto donoszono, że inne leki przeciwretrowirusowe o różnym CPE są środkami neurotoksycznymi [36–38].

Mechanizmy rządzące neurotoksycznością wywołaną ART zależą od klasy leku. Początkowo stwierdzono, że analogi nukleozydów inhibitory odwrotnej transkryptazy (NRTI) powodują aberracje mitochondrialne poprzez wyczerpanie mtDNA ze względu na analogię miejsca aktywnego odwrotnej transkryptazy wirusa HIV i gamma polimerazy DNA (PolG), która powoduje hamowanie replikacji mtDNA [39 ], co może być związane z zaburzeniem biogenezy mitochondriów. Dodatkowo ekspozycja na inhibitory proteaz, takie jak lopinawir, wykazała wzrost stresu inoksydacyjnego, w którym pośredniczy wysoki poziom RFT w komórkach nerwowych i aktywacja endogennej odpowiedzi przeciwutleniającej [38].

W przypadku rytonawiru stwierdzono, że indukuje on stres endoplazmatyczny (ER) i permeabilizację mitochondrialnej błony zewnętrznej (MOMP) [40]. Wreszcie dane sugerujące poprawę funkcji poznawczych za pośrednictwem ART są nadal kontrowersyjne [38,41,42] ; dlatego w niektórych badaniach nie stwierdzono korzystnego związku, podczas gdy Siangphoe i in. [42] w metaanalizie stwierdzili, że ART zmniejsza ryzyko rozwoju zaburzeń neuronalnych, takich jak RĘKA. Niemniej jednak w badaniu nie uwzględniono rodzaju ART u każdego pacjenta, co rodzi pytanie, czy jakikolwiek konkretny lek przeciwretrowirusowy lub ich kombinacja powoduje deficyt neurokognitywny.

Dodatkowo diagnoza HAND nie była przeprowadzana przy użyciu tej samej skali, co skutkowało możliwymi różnicami w momencie identyfikacji tych schorzeń i wrażliwością testu poznawczego na wykrycie ANI [42].

Jak omówiono powyżej, życie z HIV wydaje się przyczyniać do rozwoju zaburzeń neurokognitywnych, które wydają się zbiegać z ekspozycją na ART i jego toksycznością. Dlatego też należy zwrócić szczególną uwagę na leki wspomagające w celu właściwej profilaktyki lub leczenia HAND, biorąc pod uwagę nie tylko skutki uboczne ART, ale także towarzyszące zmiany komórkowe indukowane przez białka wirusowe, takie jak Tat.

3. Transaktywator transkrypcji Tat

Tat, małe białko regulatorowe, jest kodowane w genie genomu HIV przez dwa oddzielone egzony, które po alternatywnym splicingu umożliwiają pełne wytworzenie białka. Długość zależy od szczepu wirusa i waha się od 86 do 101 aminokwasy. Składa się z hydrofobowego rdzenia kwasowego N-końcowego lub bogatego w prolinę i cysteinę; domeny zasadowe i bogate w glutaminę; i motyw RGD.

Charakteryzuje się to zmiennością reszt, powodując szereg skutków aktywacji i hamowania białek gospodarza i ekspresji genów. Jedynie reszta W11 i sekwencja 49RKKRRQRRR57 są resztami dobrze konserwatywnymi ze względu na podstawową funkcję wydzielania i wychwytu komórek przypadkowych Tat [43].

Wydzielanie i internalizacja Tat

Zainfekowane komórki, które przenikają przez barierę krew-mózg (BBB), mogą w niekonwencjonalny sposób uwalniać białka wirusowe takie jak Tat, ponieważ brakuje im peptydu sygnałowego umożliwiającego przejście przez aparat Golgiego lub siateczkę śródplazmatyczną [44].

Gdy Tat zostanie włączony do błony komórkowej, jego domena zasadowa i reszta W11 oddziałują z fosfatydyloinozytolem-4,5-bisfosforanem (PI(4,5)P2) [45]. Dalsze mechanizmy nie zostały całkowicie wyjaśnione. Z jednej strony doniesienia wykazały, że Tat może oligomeryzować i tworzyć pory w błonie komórkowej.

Z drugiej strony wiązanie z PI(4,5)P2 umożliwia wstawienie reszty W11 do błony komórkowej; następnie ulega translokacji do macierzy zewnątrzkomórkowej w niejasnym procesie [44–46]. Wreszcie badania wykazały, że egzosomy zawierają Tat [44,47]; niemniej jednak wydaje się, że egzosomalny Tat utracił swoje właściwości neurotoksyczności [19].

Pozakomórkowy Tat wchodzi do komórki na drodze endocytozy. Po internalizacji Tat przemieszcza się do cytoplazmy komórki. Zmiana konformacyjna zachodzi na skutek niskiego pH, co pozwala na ekspozycję reszty W11, która oddziałuje z błoną endosomalną [48].

Dodatkowo wapń pochodzący z dwuporowych kanałów znajdujących się w endolizosomach pomaga Tat w ucieczce endolizosomu [49]. Co więcej, Ruiz i in. stwierdzili zmniejszenie o 70% wychwytu Tat przez komórki przypadkowe, za pośrednictwem substytucji w domenie zasadowej (R57S), co potwierdza kluczowy związek reszty R57 w internalizacji komórkowej Tat [50].

Tanget al. przypisuje indukowane przez Tat uszkodzenie synaptyczne jego zdolności do przenikania przez błony komórkowe [19]. Rzeczywiście, krótka sekwencja Tat jest wykorzystywana jako peptyd penetrujący komórki do dostarczania leków w innych chorobach, takich jak rak [51].

Wydaje się, że Tat stosuje różne strategie, aby dostać się do i na zewnątrz komórki, co czyni go istotnym celem zapobiegania zmianom neuronalnym. Dlatego szczegółowo omówiliśmy mechanizmy zaangażowane w poniższych sekcjach.

4. Tat i mitochondria

Mitochondria to organelle zaangażowane w kilka procesów komórkowych, w tym wytwarzanie energii na drodze fosforylacji oksydacyjnej, sygnalizację apoptozy, homeostazę wapnia [52] i regulację starzenia komórkowego [53].

Badania skupiały się na roli mitochondriów w zaburzeniach neuronalnych nie tylko w chorobie Parkinsona (PD) i chorobie Alzheimera (AD) [54], ale także w HAND [55]. Sanna i in. [56] wykazali obecność dysfunkcji mitochondriów, w której pośredniczy duże obciążenie RNA wirusa HIV, co zostało określone przez niski poziom TCAcycle i białek fosforylacji oksydacyjnej w obszarach mózgu pacjentów zakażonych wirusem HIV [56].

Zaobserwowano, że Tat pozostawał w pobliżu mitochondriów [57,58], co sugeruje, że dystrybucja komórkowa jest związana ze zmianami w organellach. Odpowiednio, inne odkrycia ujawniły, że komórki poddane tatexposed wykazują uszkodzenia mtDNA [20,59] i zmiany we wzorach metylacji [60], redukcję potencjału błony mitochondrialnej [23] zmiany w wielkości i morfologii organelli, wyzwalanie fuzji-rozszczepienia [24], zwiększone mitochondrialne ROS [61,62], zaburzenia mitofagii [17,57], rozregulowanie funkcji mitochondriów [17,61] zaburzenie homeostazy wapnia [61,63,64] i aktywacja apoptozy [23,58,61,65,66].

4.1. Dynamika Tat i rozszczepienia termojądrowego

Mitochondria to bardzo dynamiczna organella, która ulega fuzji i rozszczepieniu w celu utrzymania procesów funkcjonalnych. W neuronach zapotrzebowanie na energię powoduje fuzję mitochondriów/dystrybucję do aksonów i dendrytów za pośrednictwem mitochondriów.

Fuzja OMM jest regulowana przez GTPazy, mitofuzynę 1 i 2 (MFN1, MFN2), podczas gdy fuzja błony wewnętrznej mitochondriów (IMM) jest kontrolowana przez białko atrofii nerwu wzrokowego 1 (OPA1).

Tymczasem w zdarzeniach podziału mitochondriów pośredniczy białko 1 związane z dynaminą (DRP1), GTPaza z nadrodziny dynamin. U myszy z nokautem Drp1 i Mnf2 zaobserwowano, że komórki nie były w stanie prawidłowo rozmieścić mitochondriów [67].

Myszy Tat-Tg wykazywały małe pofragmentowane mitochondria, a neurony korowe wystawione na działanie Tat wykazywały wzrost DRP1 i kalcyneuryny, co sugeruje, że Tat indukuje fragmentację mitochondriów poprzez rozregulowanie homeostazy Ca2+, co wyzwala aktywację DRP1 za pośrednictwem kalcyneuryny [24].

4.2. Zakłócenie mitofagii

Mitochondria są siłą napędową komórki i dlatego ich utrzymanie ma kluczowe znaczenie dla fizjologii komórki. Uszkodzone mitochondria uruchamiają ścieżki kontroli jakości w celu przywrócenia sieci mitochondriów i metabolizmu energetycznego.

Kiedy dysfunkcjonalne mitochondria utrzymują się, komórki przechodzą mitofagię, która obejmuje degradację nieprawidłowych organelli [68]. Domniemana kinaza 1 (PINK1) indukowana fosfatazą i tensyną (PTEN) jest kluczowym regulatorem mitofagii. W warunkach podstawowych PINK1 ulega translokacji do wewnętrznej błony mitochondrialnej i ulega degradacji.

Niemniej jednak, w przypadku utraty potencjału błony mitochondrialnej, PINK1 gromadzi się w OMM, gdzie inicjuje tworzenie mitofagosomów. Aby oznaczyć niefunkcjonalne mitochondria, PINK1 autofosforyluje i rekrutuje parkinę na powierzchnię mitochondriów.

Następnie następuje ubikwitynacja białek w OMM poprzez aktywność ligazy parkinowej E3, po której następuje mobilizacja receptorów autofagii, takich jak sekwestom 1 (SQSTM1), w celu zamknięcia uszkodzonych mitochondriów w mitofagosomie [68]. W mikrogleju myszy Tat zwiększa ekspresję PINK, wskazując na aktywację mitofagii.

Ponadto dane wykazały nie tylko wyższy poziom białek sensorycznych mitofagii, ale także ich aktywną translokację do mitochondriów w ludzkich neuronach pierwotnych eksponowanych na Tat [57]. W obu grupach badawczych stwierdzono wzrost poziomu SQSTM1, co sugeruje upośledzenie strumienia mitofagii, co zostało również potwierdzone przez akumulacja mitofagosomów obserwowana przez fluorescencyjny system reporterowy [57].

Sugeruje się, że może wystąpić niepełna mitofagia, ponieważ fuzja lizosomów z mitofagosomami jest zablokowana z powodu tworzenia się niedojrzałych fagosomów lub komórki nie są w stanie zrównoważyć ich degradacji w takim samym tempie, w jakim powstają [17]. Wydaje się, że potrzebne są dalsze badania w celu wyjaśnienia przyczyny utrudniania oczyszczania uszkodzonych mitochondriów.

Zablokowanie kontroli jakości mitochondriów prowadzi do produkcji cytokin prozapalnych, przyczyniając się do zapalenia układu nerwowego. Jednakże wyciszanie genu pink1 powoduje zapobieganie mitofagii indukowanej przez HIV-Tat, a tym samym akumulacji mitofagosomów, ale nie skutkuje przywróceniem tempa produkcji ATP [17].

W związku z tym poszukiwanie kluczowego regulatora białek mitofagii, który mógłby zostać rozregulowany, jest konieczne, ponieważ manipulacja markerami mitofagii nie spowodowała przywrócenia funkcji mitochondriów, co z kolei spowodowało neurodegenerację.

4.3. Apoptoza indukowana Tat

Zgłoszone dane pokazują, że komórki wystawione na działanie Tat przechodzą zewnętrzne [65] i wewnętrzne szlaki apoptozy [23]. W pierwszym proces sygnalizacyjny rozpoczyna się w błonie komórkowej i jest wyzwalany przez stymulację receptorów śmierci, a następnie aktywację kaspaz inicjujących śmierć komórki.

Wewnętrzny szlak apoptozy nazywany jest również szlakiem mitochondrialnym, ponieważ MOMP jest wymagany do wyzwolenia sygnalizacji kaspaz, która indukuje apoptozę [54].

Ostatnio większość badań potwierdziła znaczącą rolę szlaku mitochondrialnego w apoptozie indukowanej przez Tat i jego przesłuch ze stresem ER i odpowiedzią na rozwinięte białko (UPR) [23,69,70]. Komórka w obecności bodźców apoptotycznych przemieszcza BCL{ {4}}powiązane białko X (BAX) z cytoplazmy do OMM, gdzie oligomeryzuje i oddziałuje z antagonistą/zabójcą BCL-2 (BAK), działając jak pory po związaniu się z aktywatorami proapoptotycznymi [71].

Białka3-tylko BH, takie jak BCL-2- oddziałujący mediator śmierci komórki (BIM), BH3-interakcja z domeną agonisty śmierci (BID) i p53-regulowany w górę modulator apoptozy ( PUMA) są proapoptotycznymi członkami rodziny chłoniaków z komórek B 2 (Blc-2), którzy oddziałują z BAK i BAX, prowadząc do uwolnienia białek przestrzeni międzybłonowej, takich jak cytochrom c, a tym samym MOMP [71].

W konsekwencji białka te inicjują aktywację kaspaz prowadzącą do apoptozy. Należy zauważyć, że MOMP nie tylko bierze udział w inicjacji szlaku apoptozy, ale jest również powiązany z uwalnianiem mtDNA i sygnalizacją prozapalną. Mechanizm przeżycia jest regulowany przez białka antyapoptotyczne z tej samej rodziny Bcl-2, takie jak BCL-2 i chłoniak z komórek B bardzo duży (BCL-XL).

Cząsteczki te wiążą się z białkami proapoptotycznymi, unikając ich interakcji z BAX/BAK i tworzenia porów [71]. Zatem rozregulowanie białek BCL-2 wskazuje na wewnętrzny szlak apoptozy, a także dysfunkcję mitochondrialną.

W linii komórek erytroleukemicznych eksponowanych na Tat (K562) [58], ludzkich komórkach śródbłonka mikronaczyniowych siatkówki [69], komórkach gwiaździaka [66] i ludzkich komórkach nerwiaka niedojrzałego [18], poziomy mRNA BCL-2 były niższe w porównaniu sterownica. Che i in. odkryli również, że poziomy białek BAX, BAK i cytochromu c zostały zwiększone przez nieludzkie komórki nabłonka barwnikowego siatkówki Tat (ARPE-19) [69].

Zgodnie z tymi odkryciami Tat działa jako cząsteczka proapoptotyczna, zwiększając MOMP, powodując tworzenie makroporów w OMM, co potwierdzają również doniesienia o zakłóceniu potencjału błony mitochondrialnej [23,58,70].

For more information:1950477648nn@gmail.com