Sirt6
| Sirtuina-6 SIR-6 | ||||
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| Archivo:Human Sirt6 protein.jpg | ||||
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| Nomenclatura |
Otros nombres NAD-dependent protein deacylase sirtuin-6
Protein Mono-ADP-Ribosyltransferase Sirtuin-6 | |||
| Identificadores externos |
ExPASy: NiceZime view KEGG: entrada en KEEG PRIAM: perfil PRIAM ExplorEnz: entrada en ExplorEnz MetaCyc: vía metabólica | |||
| Número EC | 2.3.1.286 | |||
| Locus | Cr. 19 p13.3 | |||
| Estructura/Función proteica | ||||
| Tamaño | 355 (aminoácidos) | |||
| Peso molecular | 39.119 (Da) | |||
| Estructura | bilobulada | |||
| Dominio proteico |
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La sirtuina 6 (Sirt6, SIR-6) es una enzima perteneciente a la familia de las sirtuinas, un grupo de enzimas deacetilasas dependientes de nicotinamida adenina dinucleótido (NAD⁺ en su forma oxidada) implicadas en la regulación epigenética y el mantenimiento de la estabilidad genómica. En humanos, Sirt6 está codificada por el gen SIRT6, localizado en el cromosoma 19 (19p13.3).[1] En mamíferos, Sirt6 actúa como un regulador epigenético clave que controla la expresión de genes implicados en la glicólisis, el metabolismo lipídico y la respuesta al estrés oxidativo.[2] Su actividad de desacetilación y mono-ADP-ribosilación le permiten modular la estructura de la cromatina y la accesibilidad de factores de transcripción, permitiendo ajustar la actividad metabólica según las necesidades celulares. [3]
Estudios en modelos animales han mostrado que la sobreexpresión de Sirt6 puede prolongar la esperanza de vida y mejorar la actividad metabólica, mientras que su deficiencia se asocia con envejecimiento prematuro y alteraciones metabólicas severas.[4] Debido a esto, Sirt6 ha sido objeto de investigación en el contexto de enfermedades neurodegenerativas, metabólicas y neoplásicas, así como en los mecanismos moleculares asociados a la longevidad.[5]
Estructura
[editar | editar código]- Primaria
La sirtuina-6 (Sir-6, SIR-6)[6] es una enzima con estructura bilobulada constituida por 355 aminoácidos.
- Secundaria
Presenta un dominio catalítico central (contiene al sitio activo), un extremo N-terminal rico en cargas positivas (permite su interacción con la cromatina), y un extremo C-terminal (contribuye a la estabilidad estructural y a la interacción con otras proteínas).[7]
El dominio catalítico está altamente conservado en la familia de las sirtuinas, mientras que los dominios C-terminal y N-terminal no presentan la misma conservación. Por ello, varían en longitud y secuencia dentro de esta familia.[8]
Dominio catalítico central
[editar | editar código]El dominio catalítico está compuesto por aproximadamente 250 aminoácidos. Contiene un dominio de plegamiento de Rossmann (une al cofactor nicotinamida adenina dinucleótido (NAD⁺), un dominio pequeño de hélices alfa (reconoce y posiciona al sustrato), y un dominio de unión a zinc con cuatro residuos de cisteína (estabiliza el plegamiento).[9]
El dominio de Rossmann abarca aproximadamente los residuos 27-132, y 195-268,[1] [8] formado por una lámina beta paralela de seis hebras intercalando dos hélices alfa por un lado y 4 hélices alfa en el otro, creando la arquitectura que permite la unión al cofactor NAD⁺. Dentro de este dominio, Sirt6 presenta un bolsillo hidrofóbico que estabiliza la conformación, así como la sencuencia Gly-X-Gly, esencial para posicionar correctamente el grupo fosfato del NAD⁺ durante la catálisis.[7] Recientes estudios demuestran que la pérdida del sitio de unión a NAD⁺ debido a mutaciones provocan la pérdida de la actividad deacetilasa de la proteína.[9]
En los estudios del dominio catalítico de Sirt6 se realizaron cristalografías con ADP-ribosa.[8] Estos revelaron que la ADP-ribosa estableció 18 posibles contactos polares con el dominio de plegamiento de Rossman, debido a que también pudo ocupar el bolsillo hidrófobo de unión a NAD⁺.[10] La importancia de este descubrimiento recae en que la ADP-ribosa pudo unirse a un sitio de unión a NAD⁺ siendo un sustrato peptídico no acilado.[9] Se concluyó que Sirt 6 es la única sirtuina con la capacidad de unirse al cofactor sin presencia alguna de un sustrato con un grupo acilo. La explicación de este hecho subyace en la naturaleza de las hélices del bolsillo hidrófobo, dado que, en presencia de un sustrato peptídico no acilado, Sirt6 es capaz de mantener una hélice ordenada y estable.[7]
El dominio de unión a zinc abarca los residuos 129-190, formado por un gran pliegue del dominio de plegamiento de Rossmann que genera dos bucles extendidos y una lámina beta antiparalela de tres hebras.[11] Este dominio es estrictamente estructural y no participa activamente en la catálisis. Sin embargo, se encarga de coordinar la unión al ion zinc mediante cuatro cisteínas (Cys-141, Cys-144, Cys-167 y Cys-178) y contiene una inserción de 10 aminoácidos entre la tercera y cuarta cisteína, dando como resultado un bucle flexible y extendido.[9]
La diferencia del dominio de unión a zinc respecto al dominio de plegamiento de Rossmann es estructural. El dominio de unión a Zinc se encuentra mucho más abierto respecto al dominio Rossmann, dado que la hélice que conecta los dos dominios en las demás sirtuinas de la familia no se encuentra presente en Sirt6.[7][11][12] Esta diferencia permite una mayor flexibilidad a los dos dominios y una mayor acomodación de las cadenas largas aciladas durante la deacilación. Recientes estudios han demostrado que esta arquitectura abierta contribuye a la regulación de las interacciones proteína-proteína, modulando la actividad enzimática de Sirt6 y la especificidad hacia sus sustratos.[7][13]
La falta de presencia del metal zinc en el dominio en cuestión, puede interrumpir la unión del NAD⁺ en el dominio de plegamiento de Rossmann, y además, bloquear el sitio de unión del cofactor.[13]
Extremo N-terminal
[editar | editar código]Las regiones N-terminal y C-terminal no se encuentran conservadas dentro de la familia de las sirtuinas. Por ello, estas regiones varían en longitud, secuencia y estructura dentro de esta familia.[9]
El extremo amino-terminal (N-terminal) abarca los primeros 24 residuos antes del dominio catalítico.[11] Esta región no forma un dominio globular, sino que se mantiene desordenada y flexible, sin elementos secundarios.[14] La primera mitad (del 1 al 13 aminoácido; Met hasta Ala) tiene la capacidad de formar interacciones con el dominio de plegamiento de Rossmann.[7] Esta interacción se basa en lo siguiente: Met1 (el primer aminoácido de la cadena) establece interacciones hidrofóbicas, de tipo Van der Waals, con la lisina acetilada[11] y paralelamente, los residuos restantes de esta primera mitad se podrán unir a la hendidura del centro activo de Sirt6 para establecer interacciones con el dominio de plegamiento de Rossmann, y por tanto, sellar el bolsillo hidrofóbico.[7][9][11] La segunda mitad de este extremo se encuentra adyacente al dominio de Rossmann, aunque se desconocen las interacciones que realizan.[15]
El extremo N-terminal es imprescindible para la actividad desacetilasa de las histonas H3K9 y H3K56 y para la asociación de la cromatina con Sirt6.[9][12] Estudios demuestran que el extremo N-terminal puede ser fosforilado por quinasas para promover la reparación del DNA.[8][12]
Extremo C-terminal
[editar | editar código]El extremo carboxi-terminal (C-terminal) abarca los residuos desde el 269 hasta el residuo 355.[11] Este extremo aún no ha sido del todo descifrado por la cristalografía, aunque sí que se ha descrito que contiene una señal de localización celular (NLS- nuclear localization signal).[8][9] Recientes estudios afirman que este extremo es una región intrínsecamente desordenada (IDR).[9][16]
Es clave para determinar la localización nuclear de Sirt6 y se ha descrito que la fosforilación del extremo C-terminal regula las interacciones proteína-proteína.[8][16][17] Desde el punto de vista estructural, al no tener una forma definida este extremo, permite conferirle una mayor adaptabilidad a Sirt6.[9][15][17]
Mecanismos moleculares
[editar | editar código]Desacetilación dependiente de NAD⁺
[editar | editar código]Sirt6 es una enzima desacetilasa EC: 2.3.1 dependiente de NAD⁺ cuya actividad catalítica se centra en la eliminación de grupos acetilo de residuos de lisina (Lys) en histonas y proteínas reguladoras. Al activarse, Sirt6 reestablece la carga positiva de las lisinas (lo que provoca una compactación de la cromatina), y reduce la transcripción de genes proinflamatorios, entre ellos: NF-κB, IL-6, TNF-α, IL-1β.[18]
Sirt6 escinde el NAD⁺ en nicotinamida y ADP-ribosa, utilizando la energía liberada para romper el enlace amida del grupo acetilo, generando una lisina desacetilada y una molécula de O-acetil-ADP-ribosa.[19] Esta reacción vincula directamente su actividad enzimática al estado metabólico de la célula, puesto que el NAD⁺ refleja los niveles energéticos de la célula.[20]
En ensayos con péptidos aislados de histonas, Sirt6 muestra baja eficiencia de desacetilación,[21] pero en estudios celulares se ha demostrado una marcada preferencia por la eliminación del grupo acetilo de la lisina 9 de la histona H3 (H3K9Ac).[22] Esta observación sugiere que Sirt6 desacetila las histonas de forma más eficiente en el contexto del nucleosoma intacto, donde la estructura tridimensional de la cromatina y las interacciones proteína-ADN favorecen su actividad catalítica.[18]
Estudios estructurales mediante cristalografía de rayos X han revelado que Sirt6 presenta alta afinidad por los nucleosomas, mediada en parte por interacciones con el "parche ácido" H2A/H2B y con el ADN nucleosómico. Estos contactos posicionan a Sirt6 en una conformación catalíticamente activa, facilitando la eliminación de grupos acetilo en H3K9Ac y H3K56Ac. En este sentido, la capacidad de Sirt6 para reconocer nucleosomas completos, y no solo péptidos de histonas libres, explica su eficacia biológica en la modificación epigenética in vivo, donde actúa sobre regiones cromatínicas bien definidas y funcionalmente relevantes.[23]
La desacetilación de H3K9Ac y H3K56Ac por parte de Sirt6 regula múltiples procesos nucleares: la represión de genes proinflamatorios, la estabilidad de la cromatina y la fidelidad de replicación y reparación del ADN. En proteínas no histónicas, Sirt6 modula factores como HIF-1α (factor inducible por hipoxia 1 alfa) y MYC (homólogo del oncogén viral de la mielocitomatosis aviar v-myc), reduciendo la glicólisis y limitando la proliferación celular, respectivamente, al tiempo que promuveve la oxidación de ácidos grasos y la eficiencia energética mitocondrial. [24]
Además, Sirt6 se localiza en regiones teloméricas, donde presenta una actividad desacetilasa altamente específica sobre la ya mencionada H3K9Ac. La pérdida de Sirt6 conduce a hiperacetilación de histonas teloméricas, fusiones cromosómicas end-to-end y senescencia celular prematura.[24]
En conjunto, los estudios bioquímicos y estructurales establecen a Sirt6 como una enzima multifuncional cuya actividad desacetilasa está finamente adpatada al entorno de la cromatina. Su especificidad por nucleosomas y su interacción con ADN y proteínas estructurales la posicionan como un nexo molecular entre el metabolismo energético, la regulación epigenética y la estabilidad genómica, aspecto fundamentales para la longevidad celular y la prevención de enfermedades degenerativas y neoplásicas. [25]
ADP-ribosilación
[editar | editar código]Además de su función de desacetilación, Sirt6 ejerce también una actividad de ADP-ribosiltransferasa (mono-ADP-ribosilación), mediante la cual transfiere unidades de ADP-ribosa derivadas del cofactor nicotinamida adenina dinucleótido (NAD⁺) a residuos aceptores específicos en proteínas diana como PARP1 ((poli(ADP-ribosa) polimerasa tipo 1)). Esta modificación postraduccional amplía la capacidad reguladora de Sirt6 más allá de su función epigenética, al intervenir directamente en la señalización del daño al ADN, en la remodelación de la cromatina y en la orquestación de procesos de reparación genómica.[26]
Durante la reparación de roturas de cadena sencillla, la ADP-ribosilación catalizada por Sirt6 favorece la reclutación de complejos reparadores y la reorganización local de la cromatina, mediante la activación de enzimas esenciales como PARP1. Sirt6 puede potenciar la actividad catalítica de PARP1, que, una vez activdad, transfiere unidades de ADP-ribosa sobre sí misma, y usa NAD⁺ para producir poli-ADP-ribosa (PAR). Estas cadenas PAR reclutan a XRCC1 (proteína complementaria de reparación por rayos X). XRCC1 atrae directamente a DNA polimerasa β, que se encargará de rellenar nucleótidos en la rotura, y a DNA ligasa III, sellando con enlaces fosfodiéster. [27]
Sirt6 también activa a DNA-PK (quinasa proteica dependiente de ADN) y facilita la corrección de roturas de doble cadena (DSB) mediante recombinación homóloga (HR) y unión de extremos no homólogos (NHEJ). Además, se encuentra altamente involucrada en la reparación por escisión de bases (EBR). Sirt6 conecta funcionalmente a EBR con las vías dependiente de PARP1 y DNA-PK. Su actividad desacetilasa genera un entorno cromatínico favorable para la función de las enzimas de EBR y, al mismo tiempo, su mono-ADP-ribosilación de PARP1 potencia la reparación de cadenas sencillas. Cuando estas lesiones progresan a roturas de doble cadena, Sirt6 facilita el reclutamiento y la actividad de DNA-PK, asegurando una transición eficaz desde la reparación por BER hacia la NHEJ.[28] En modelos experimentales, la pérdida de Sirt6 reduce la eficiencia de reparación, aumenta la sensibilidad celular a la radiación ionizante y genera inestabilidad genómica, lo que refuerza su papel frente a mutagénesis y transformación tumoral.[29]
Interacción con vías metabólicas
[editar | editar código]Sirt6 actúa como un termostato metabólico al ajustar dinámicamente el balance entre la utilización de glucosa y la oxidación de lípidos, asegurando que la célula y el organismo mantengan una homeostasis energética óptima.[30]
Sirt6 reprime la conversión de glucosa a lactato en condiciones aerobias (efecto Warburg) mediante su acción sobre el factor de transcripción HIF-1α.[31] Al inhibir HIF-1α (por desacetilación directa o por modulación de su estabilidad), Sirt6 reduce la expresión de genes glicolíticos (como LDHA, fosfofructoquinasa-1 (PFK1), transportador de glucosa-1 y desvía la glucosa hacia rutas más eficientes de producción de ATP, como la fosforilación oxidativa. Esta acción es especialmente relevante en tejidos metabólicamente activos, donde el exceso de glicólisis puede favorecer resistencia a la inuslina o proliferación celular descontrolada.[32]
Sirt6 promueve la oxidación de ácios grasos al actuar directamente sobre los factores transcripción PPARα (receptor activado por proliferadores de peroximas alfa) y su coactivador PGC-1α (coactivador 1 alfa del receptor activadopor proliferadores de peroximas alfa).[33] Mediante la desacetilación de factores reguladores y el aumento de cociente de NAD⁺/NADH, Sirt6 potencia la expresión de genes vinculados en la beta oxidación, la biogénesis mitocondrial y la mejora de la función energética celular. De este modo incrementa la capacidad de la célula para movilizar y degradar ácidos grasos, reducir la acumulación de lípidos y optimizar la eficiencia metabólica. Esta dualidad (suprimir la vía más rápida y menos eficiente de la glicólisis, al tiempo que potencia la oxidación lipídica) permite que Sirt6 tenga un papel protector frente a la obesidad, la resistencia a la insulina y el deterioro pregresivo de las funciones metabólicas.[34]
Importancia biomédica
[editar | editar código]Neoplasias
[editar | editar código]Supresor tumoral
[editar | editar código]Los tejidos con una tasa metabólica alta (gástrico, colonrectal, hepático y pancreático) son altamente dependientes de glicólisis aeróbica (efecto Warburg) cuando se vuelven cancerosos. Estudios sugieren que Sirt6 inhibe esta vía en células cancerosas, por lo que disminuye la proliferación tumoral. También se ha visto que Sirt6 reprime de manera directa la transcripción de HIF-1α y MYC, mediante desacetilación de histonas en sus genes diana, reduciendo la expresión de enzimas glicolíticas y así limitando el metabolismo tumoral.[35][36] Una sobreexpresión de Sirt6 en células cancerosas puede inducir una apoptosis selectiva de las mismas.[37]
En este contexto, actualmente se valora a nivel terapéutico la utilización de activadores de Sirt6, por el papel que podría jugar como supresor tumoral. Algunos de estos activadores pueden ser compuestos naturales, como los flavonoides (quercetina, resveratrol) y los análogos sintéticos de UBCS039 (activador sintético de Sirt6).[38]
Promotor tumoral
[editar | editar código]En contexto de tumores hormonales o epiteliales (cáncer de próstata, mama, carcinoma escamoso de piel, entre otros), Sirt6 favorece la supervivencia de células tumorales. Este tipo de tumores se caracterizan por tener alta actividad en sus vías de supervivencia celular (PI3K/AKT, NF-κB, MAPK).[39] A diferencia del caso anterior, en esta situación, Sirt6 potencia la vía MYC, por lo que promueve el crecimiento celular, la proliferación y la supervivencia de células tumorales.[40] La sobreexpresión de Sirt6 en este contexto turmoral, se asocia a una resistencia a fármacos de quimioterapia (cisplatino, doxorrubicina, entre otros), por lo que existe una mayor capacidad de reparación y defensa frente al estrés oxidativo.[41]
Sirt6 plantea un reto para su aplicación clínica, ya que es necesario identificar el contexto del tumor a tratar para obtener un beneficio terapéutico.[41]
Enfermedades cardiovasculares
[editar | editar código]Sirt6 presenta una acción protectora sobre el endotelio. Inhibe la transcripción de NF-κB y por lo tanto reduce las citoquinas, quimioquinas y otras moléculas que están implicadas en la inflamación crónica. Sirt6 hace que los niveles de eNOS (óxido nítrico sintasa endotelial) se mantengan estables y por lo tanto los niveles de óxido nítrico se preservan, evitando así un estrés oxidativo. Esto contribuye a poder mantener una respuesta vasodilatadora normal.[42] En caso de que Sirt6 no realice su actividad correctamente, se provoca un aumento de HIF-1α en células endoteliales. Este aumento lleva a una acetilación de promotores proinflamatorios y como consecuencia la disfunción del endotelio, promoviendo la ateroesclerosis.[43] Un estudio hecho con ratones, demostró que la sobreexpresión de Sirt6 reduce la expresión de genes pro-aterogénicos (TNFSF4). [44]
Sirt6 tiene efectos sobre la senescencia celular y la transdiferenciación osteogénica. La eliminación de Sirt6 contribuye a una mayor calcificación arterial y deterioro de estas, ya que suprime la vía de reparación el ADN y aumentan la expresión de marcadores osteogénicos como RUNX2 y BMP2.[45]
La modulación de Sirt6 puede ser de interés terapéutico debido a su efecto antiinflamatorio y antiaterogénico que podría reducir la inflamación vascular crónica y mejorar la función del endotelio. Sin embargo, faltan más ensayos clínicos con tal de confirmar su eficacia en humanos.[46]
Enfermedades neurodegenerativas
[editar | editar código]Estudios han relacionado a Sirt6 con el buen funcionamiento neuronal, ya que su producción disminuye con la edad, y está implicada en la actividad mitocondrial, la reparación de ADN y el control de agregados proteicos; procesos que, cuando fallan, contribuyen a enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer o Parkinson.[47]
La reducción de Sirt6 en neuronas puede, como se ha mencionado anteriormente, alterar la reparación del ADN, desencadenando un incremento de la fosforilación y estabilización de proteínas Tau. La acumulación de las mismas se ha visto implicada en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. Estudios muestran que en cerebros con Alzheimer, existe una disminución de Sirt6. Es por esta razón, que terapias donde se aumente la expresión de Sirt6, podrían reducir la acumulación de Tau patológica. [48]
Historia y descubrimiento
[editar | editar código]"Phylogenetic classification of prokaryotic and eukaryotic Sir2-like proteins" , en el 2000, es de los primeros artículos donde se menciona concretamente "Sirt6". El objetivo de este artículo era clasificar todas las proteínas parecidas a Sirt2 conocidas en ese momento, tanto en procariotas como en eucariotas. En este artículo solo se hace una clasificación pero no se detalla su función, localización, ni actividad enzimática.[49] Poco después en el 2005 se publicó un artículo (Mouse Sir2 homolog SIRT6 is a nuclear ADP-ribosyltransferase), en este ya se caracterizó bioquímicamente a Sirt6 usando células de ratón. Se describió que es una proteína nuclear y se describieron posibles funciones aunque no se extendió demasiado en este aspecto. El artículo se centró principalmente en que Sirt6 tiene una actividad ADP-ribosiltransferasa dependiente de NAD⁺, lo cual la diferenció de otras sirtuinas que no tienen este tipo de actividad o en las que era menos relevante que su actividad desacetilasa.[50]
En 2006 un artículo titulado "Genomic instability and aging-like phenotype in the absence of mammalian SIRT6", realizó un estudio sobre ratones sin el gen de Sirt6 y se encontró que estos ratones presentaban un envejecimiento prematuro, hipoglucemia y una muerte temprana. En este artículo se pudo ver cómo Sirt6 ayuda a reparar defectos del ADN y por lo tanto mantener la integridad del genoma.[51] En 2008, se demostró que es una desacetilasa de histona específica para H3K9Ac, que se asocia con los telómeros y que su depleción causa fusión de cromosomas, senescencia celular y disfunción telomérica.[52] Un año después, se publicó un artículo que describe cómo Sirt6 regula la vía NF-κB, y que en su ausencia esta vía hiperactiva produce mayor senescencia y acortamiento de vida.[53] En 2010, se investigó su implicación en la homeostasis de la glucosa, donde al inhibir HIF-1α reduce la expresión de genes glicolíticos.[54] Después de 2012, se publicaron distintos estudios y revisiones que empezaron a explorar las implicaciones y utilidad de esta enzima en las diferentes patologías y su potencial para un aplicación biomédica. [55]
Referencias
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