sirtuin家族及其生物学特性

《sirtuin家族及其生物学特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、Sirtuin家族及其生物学特性Sirtuin家族及其生物学特性翻译后修饰在细胞中有重要作用，如DNA识别、蛋白一蛋白相互作用、催化活性和蛋白质稳定性。蛋白乙酰化/去乙酰化属于组蛋白共价修饰，主要由组蛋白乙酰化酶（histoneacetyltransferases，HAT）和组蛋白去乙酰化酶（Ilistonedeacetvlase，HDAC）分别催化。共有Ⅳ类HDAC，sirtuin属于Ⅲ类HDAC，与酵母转录抑制因子Sir2同源。Sirtuin蛋白家族在不同的细胞过程如细胞凋亡、线粒体生物合成、脂质代谢、脂肪酸氧化、细胞应激反应、胰岛素分泌和

2、衰老都发挥着重要作用。　　1.Sirtuin家族蛋白结构及酶学功能　　1.1蛋白结构　　x线晶体衍射显示（图1），细菌、酵母和哺乳动物sirtuin具有相似的催化核心区域，即275氨基酸残基构成的一大一小两个基本结构域。较大的结构域由rossmann折叠构成，具有较强的保守性，较小的结构域含有1个锌指结构[cys-X-X-Cys-（x）15，20-Cys-X-X-Cysl和螺旋构件。底物结合于两个结构域形成的裂隙发生催化反应。酵母有Sir2和4个Sir2同源物（HSTl-4）。哺乳动物sirtuin有7个亚型SIRTl到SIRT7，其中SIRT

3、l与酵母Sir2在高度保守的核心结构区域序列高度相似性。对真核生物和原核生物的催化核心区域进行系统分析可以将sirtuin分为5个主要类别（I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和u）。第1类：5个酵母sirtuins（sir2和HST蛋白）和人sirtuins中的SIRTl、SIRT2和SIRT3；第Ⅱ类：哺乳动物SIRT4和来自真核生物以及细菌的sirtuins；第Ⅲ类：哺乳动物SIRT5以及古细菌sirtuins，大多数细菌sirtuins也属于此类；第Ⅳ类：包括哺乳动物SIRT6和SIRT7；u类包含革兰氏阳性菌的sirtuins。　　1.2酶学功能　　在酿酒

4、酵母中发现了第1个sirtuin，即Sir2，因此sirtuin酶活性的研究最初均来源于Sir2。用P标记NAD发现人类同源的酵母Sir2基因可以从NAD转移P到牛血清白蛋白，表明Sir2具有ADP-核糖基转移酶活性。酵母Sir2对交配型基因座沉默、端粒DNA沉默和核糖体DNA（rDNA）沉默的转录抑制具有关键作用。对特定组蛋白亚基的赖氨酸残基进行分析，更充分说明了sirtuin的组蛋白去乙酰化作用。Imai等通过对Sir2反应产物的分析，以及有关Sir2核心区域的保守残基突变研究的数据支撑下得出体内Sir2是NAD依赖性去乙酰化酶活性。　　S

5、ir2的组蛋白去乙酰化消耗NAD+，伴随去乙酰蛋白、烟酰胺（nicotinamide，NAM）和0-乙酰基ADP核糖（O-acetyl-ADP-ribose，OAADPr）的生成。其催化活性受细胞NAD+浓度或NAD+/NADH比值变化调节。NAD+合成的限速酶，烟酰胺转磷酸核糖激酶（NAMPT）的细胞水平在不同病理生理条件下也影响sirtuin活性。烟酰胺酶1基因（pyrazinamidase/nictinamidasel，PNCl）编码烟酰胺脱去酰胺基，通过补救途径把NAM转化为烟酸来减少NAM的累积。由此可见，PNCl和NAM都可以调节细

6、胞中Sir2去乙酰化酶活性。此外，Sir2去乙酰化反应的另外一个产物OAADPr，也是一个重要的代谢副产物。OAADPr通过重组和加载Sir2-4沉默复合物定点结合到核小体调节基因沉默。因此，Sir2去乙酰化酶活性对细胞的动态平衡具有关键作用。　　SIR2是从古细菌到高等生物人类都高度保守的基因家族，暗示了其保守的催化机制。细菌和古细菌的sirtuin在转录调控和细胞分化进程中发挥重要作用，比如古细菌的sirtuin的同源物CobB，它可以调节丙酸分解代谢和钴胺素的酶生物合成，在NAD+依赖条件下去乙酰基并激活乙酰-CoA（acetyl-CoA

7、synthetase），并且能够将染色质Alba去乙酰化，调节DNA稳定性及转录活性。这些研究表明，真核生物原核生物以共同的机制对赖氨酸进行乙酰化调节，以及细菌应激反应条件下的乙酰化、去乙酰化作用。因此，Sir2同时具有NAD+依赖性去乙酰化酶活性和单ADP核糖基转移酶活性。　　2.Sirtuin家族成员的生物学特性　　哺乳动物sirtuin广泛分布于细胞，具有不同的亚细胞定位，其功能也不相同。SIRTl、SIRT6和SIRT7主要是核蛋白，SIRT3、SIRT4和SIRT5分布于线粒体，而SIRT2主要存在于细胞质。研究显示，SIRTl-3有

8、较强的去乙酰化酶活性，SIRT4-7则较弱或检测不到去乙酰化酶的活性，而SIRT4主要表现ADP-核糖基转移酶活性。哺乳动物sirtuin的亚细胞定位