SIRT家族生物学功能研究.doc

又晅生物SIRT家族生物学功能研究目录1 .概述22 .Sirtuin蛋白的生物学功能.52.1 SIRT15.2.2 SIRT27.2.3 SIRT39.2.4 SIRT41.02.5 SIRT51.02.6 SIRT6112.7 SIRT71.2SIRT家族生物学功能研究.概述组蛋白的乙酰化/去乙酰化修饰在基因表达调控中起重要作用参与去乙酰化的酶除了经典的I类和II类组蛋白去乙酰化酶(HDAC)外，还有m类HDAC,即Sir2相关酶类(Sir2-relatedenzymes,Sirtuin)酵母沉默信息调节子2(silentinformationregulator2,Sir2)蛋白和它在其他原核和真核生物中的同源(sirtuin)是一类依赖于NAD+、核心区域高度保守的蛋白去乙酰化酶和ADP核糖基转移酶，哺乳动物Sirtuin可与p53、FOXO、PGC-1a、NF-kB、Ku70等蛋白相互作用，调控细胞应激反应、代谢、衰老和凋亡等过程早在1979年，人们就发现了sir2基因对于维持酵母的交配型、端粒的长度和rDNA编码的DNA重复序列的生成具有非常重要的作用让研究人员对sirtuin蛋白家族日益重视的原因是后续发现了Sir2在寿命调控中起重要作用。

Sir2基因可以通过抑制基因组的不稳定性延长酵母的寿命，敲除Sir2基因可以显著地缩短酵母的寿命，而额外的一个Sir2基因拷贝则能延长酵母寿命约40%后续发现，虫中过表达Sir2的同源物Sir2.1能够延长线虫50%的寿命，果蝇中也发现了类似的现象Sirtuin蛋白家族在卡路里限制(caloricrestriction)导致的寿命延长过程中也有着重要作用，但是,2011年虫和果蝇中的研究对Sir2和寿命的关系提出了质疑表观遗传主要涉及DNA甲基化、组蛋白修饰及染色体重塑其中组蛋白共价修饰又包括甲基化/去甲基化、乙酰化/去乙酰化、磷酸化/去磷酸化、泛素化/去泛素化等乙酰化/去乙酰化主要由组蛋白乙酰化酶(histoneacetylase,HAT)和组蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase,HDAC)分别催化目前有3类HDAC,I类和II类HDAC可被共同的抑制剂，如曲古抑菌素A(trichostatinA)抑制；而出类HDAC被烟酰胺(nicotinamide,NAM)抑制第1个被发现的m类HDAC是芽殖酵母的沉默信息调节因子2(silenceinformationnegulator2,Sir2)。

随着Sir2同源基因相继在其他物种中克隆，现已将各物种的Sir2同源蛋白质统称为Sir2相关酶类（Sirtuins）Sirtuin是一种从细菌到人类高度保守的去乙酰化酶类，人类Sirtuin家族中公认的成员有7个：SIRT1〜SIRT7它们都具有高度保守的NAD+结合域和催化功能域，不同的N端和C端可使它们能够结合不同的底物Sirtuin蛋白家族可以调节多种蛋白的乙酰化修饰和ADP核糖基修饰Sirtuin蛋白家族具有不同的亚细胞定位SIRT1、SIRT6和SIRT7主要位于细胞核内，SIRT3、SIRT4和SIRT5定位粒体中，而SIRT2主要分布在细胞浆中这些蛋白的亚细胞定位还取决于细胞类型、状态和分子间相互作用等，如SIRT1和SIRT2可在细胞核和细胞浆之间穿梭，并且与细胞核和细胞浆中的蛋白相互作用下图为来自维基百科的简要总结关于sirtuin在的分布以及简要功能的介绍SpeciesIntracellularClassSubclassBacteriaYeastMouseHumanlocationActivityFunction—Sir2oraSir2p,Hst1orSirt1SIRT1nucleus,cytoplasmdeacetylasemetabolisminflammationHst1p——一--一一一：-（uHst2orHst2pSirt2SIRT2cytoplasmdeacetylasecellcycle,tumorigenesisbrSirt3SIRT3nucleusandmitochondriadeacetylasemetabolismHst3orcHst3p,Hst4orHst4pI第j天恒生物HANBkO一IISirt4SIRT4mitochondriaADP-ribosyltransferaseinsulinsecretionI口demalonylase,desuccinylaseanddeacetylaseammoniaUSirt5SIRT5mitochondrian«-：i!-■-―—IVI1Demyristoylase,depalmitoylase,ADP-ribosylDNA『metabolism,-naSirt6SIRT6nucleus1.」l—一」h--~―・r——rDNAtranscriptionb1Sirt7SIRT7nucleolusdeacetylaseUregulationofacetyl-CoAsynthetase[15]cobB[14]|~1Mmetabolism哺乳动物的Sirtuin蛋白在细胞内的广泛分布表明其功能多样化。

可能涉及转录、细胞周期、细胞分化、凋亡、应激、代谢及基因组稳定的调控Sirtuin家族成员蛋白结构及酶活性X线晶体衍射揭示，Sirtuin家族多个成员具有相似的分子结构：由大约270个氨基酸残基组成的一大一小两个结构域大的结构城主要由Rossmann折叠构成；小的结构域含一个锌指结构〔Cys-X-X-Cys-(X)15,20-Cys-X-X-Cys〕Sirtuin家族具有去乙酰化酶活性和ADP-核酸转移酶活性依赖Sirtuin的去乙酰化反应是将底物乙酰基转移到NAD+的ADP-核糖基部分同时，1个NAD+分子分裂成1分子烟酰胺(NAM)和1分子O-乙酰基ADP-核糖Sirtuin介导去乙酰基和NAD+断裂两种催化活性Sirtuin所具有的ADP核糖转移酶活性是将NAD+的ADP-核糖转移到乙酰化蛋白Sirtuin的去乙酰化作用ADP-核酸转移作用可能是去乙酰化反应最初所产生的ADP-核糖在随后去乙酰化过程中被添加到底物中去另外，有一些Sirtuin成员可能仅有ADP-核糖转移酶活性关于sirt家族各个成员的细胞内定位:.Sirtuin蛋白的生物学功能首先在动物水平敲除SIRT各个家族成员之后的表型如下:andmitochondrialproteinacetylationcandledefectsobsen/eefMostmicedieperinatally,retinal,boneandVol460j30July2009/doi:10.1038/nature081972.1SIRT1在过去的十几年中，对sirtuin蛋白家族生物学功能方面的研究有了长足的进步，其中SIRT1是sirtuin家族中研究最多的一个成员。

SIRT1可以去乙酰化组蛋白，还可以去乙酰化很多重要的转录因子和调节蛋白，从而调控多种生物学过程人类Sirtuin家族中SIRT1与酵母Sir2同源性最高，对其研究也最为深入SIRT1与能量代谢方面：SIRT1可与过氧化物酶体增殖物活化受体T(PPAR-丫)协同刺激因子0(PGC-1«)及肝细胞核因子40(HNF4a)结合成一种蛋白复合物，在NAD参与下，SIRT1通过去乙酰化PGC-1a来激活HNF4a,从而调节糖异生相关基因转录，进而增强肝脏糖异生另一方面，SIRT1通过结合PPAR-丫上2个辅助蛋白核受体共抑制蛋白(nuclearreceptorcorepressor,NCoR)和视黄酸及甲状腺激素受体沉默中介蛋白(silencingmediatorofretinoidandhormonereceptor,SMRT)抑制PPAR-丫活性，进而在热量摄入减少时，促进白色脂肪组织中的脂肪动员SIRT1与胰岛素分泌：SIRT1通过抑制解偶联蛋白2(UCP-2来促进胰岛P细胞分泌胰岛素UCP-2作为线粒体内膜上的转运蛋白，使线粒体呼吸作用中的氧化磷酸化解偶联由于此过程中能量以热能形式释放，使ATP合成减少，此时B细胞内ATP/ADP比值降低。

ATP敏感的K+通道开放受其影响所导致的细胞内［Ca2+］下降，抑制了细胞胞吐作用，使胰岛素释放减少SIRT1与细胞寿命：SIRT1可与多种蛋白相互作用，最初研究认为SIRT1的主要功能是应激条件下减少细胞凋亡及衰老，增加细胞存活率SIRT1可负调控月中瘤抑制子p53—这是一种最早发现的SIRT1非组蛋白底物，SIRT1将p53中382位Lys残基去乙酰化，降低p53与DNA顺式元件结合力，减少由其诱导的细胞凋亡因此，SIRT1也被看作为一种有潜力的月中瘤激动子SIRT1与月中瘤多药耐药：SIRT1在许多耐药的月中瘤株中高表达最近研究表明，SIRT1在月中瘤耐药中的作用可能主要与其能靶向并调节月中瘤抑制子p53、p73、E2F1和FOXO3a的活化相关换言之，在SIRT1依赖的转录因子去乙酰化用于调节基因表达期间，细胞避开了化疗药物所致的增殖阻滞和细胞死亡关于sirt1近几年研究表明在细胞的代谢、分化和存活各方面都伴有重要的角色，如下图：Interactingpartners,substrates,anddownstreameffectorsofSIRT1PhysiologyDecember1,2006vol.21no.6404-410SIRT2有丝分裂过程中的磷酸化可稳定SIRT2,此时SIRT2移入核内并与染色质共定位。

核内SIRT2可将H4-K16去乙酰化，从而使G2/M期的H4-K16乙酰化水平降低由于H4-K16乙酰化有助于染色质凝聚，SIRT2过表达将延迟细胞从分裂期退出SIRT2作为一种分裂期检查点蛋白通过H4-K16去乙酰化来实现在分裂应激时阻止染色质凝聚这提示它可能作为一种分裂期检查点蛋白在DNA损伤时来调控细胞分裂SIRT2还与微管蛋白共定位于胞浆，并将a-微管蛋白去乙酰化，并在此过程中与HDAC6共同发挥作用而微管蛋白去乙酰化的生理意义尚不清楚，乙酰化可能影响微管稳定性SIRT2在热量限制(ca。