Регуляция активности транскрипционного фактора NRF2 посредством деацетилирования, индуцированного SIRT1: возможная петля обратной связи SIRT1–NRF2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

NRF2 является одним из ключевых компонентов, обеспечивающих защиту клеток от повреждений. Его активность связана с другими сигнальными путями, которые могут оказывать на него как прямое, так и косвенное воздействие. К ним относятся белки, которые могут влиять на его активность посредством ацетилирования и деацетилирования, такие как p300/CBP, HDACs. Однако исследования разных научных групп иногда противоречат друг другу. С одной стороны, имеются данные, свидетельствующие о том, что ацетилирование повышает активность NRF2, в то время как деацетилирование снижает его активность. С другой стороны, некоторые результаты демонстрируют, что активация деацетилазы SIRT1 увеличивает посттрансляционную активность NRF2. В то же время сам NRF2 может влиять на экспрессию SIRT1, образуя петлю положительной обратной связи. В этом обзоре рассматриваются различные аспекты взаимодействия между активностью фактора транскрипции NRF2 и ацетилазами/деацетилазами, в первую очередь SIRT1. Кроме того, рассматриваются варианты непрямого взаимодействия между NRF2 и SIRT1 через другие сигнальные пути, связанные с PGC-1α и p62.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. П. Гуреев

Воронежский государственный университет; Воронежский государственный университет инженерных технологий

Email: kru751@rambler.ru
Россия, Воронеж, 394018; Воронеж, 394036

Е. П. Крутских

Воронежский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: kru751@rambler.ru
Россия, Воронеж, 394018

Список литературы

  1. Hannan M.A., Dash R., Sohag A.A.M. et al. Neuro-protection against oxidative stress: phytochemicals targeting TrkB signaling and the NRF2-ARE antioxidant system // Front. Mol. Neurosci. 2020. V. 13. https://doi.org/10.3389/fnmol.2020.00116
  2. Jamwal S., Blackburn J.K., Elsworth J.D. PPARγ/PGC1α signaling as a potential therapeutic target for mitochondrial biogenesis in neurodegenerative disorders // Pharmacol. Ther. 2020. V. 219. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2020.107705
  3. Kang T.C. Nuclear factor-erythroid 2-related factor 2 (NRF2) and mitochondrial dynamics/mitophagy in neurological diseases // Antioxidants (Basel). 2020. V. 9. № 7. https://doi.org/10.3390/antiox9070617
  4. Song M.Y., Lee D.Y., Chun K.S. et al. The role of NRF2/KEAP1 signaling pathway in cancer metabolism // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 9. https://doi.org/10.3390/ijms22094376
  5. Kim M., Jee S.C., Kim K.S. et al. Quercetin and isorhamnetin attenuate benzo[a]pyrene-induced toxicity by modulating detoxification enzymes through the AhR and NRF2 signaling pathways // Antioxidants (Basel). 2021. V. 10. № 5. https://doi.org/10.3390/antiox10050787
  6. Edamitsu T., Taguchi K., Okuyama R. et al. AHR and NRF2 in skin homeostasis and atopic dermatitis // Antioxidants (Basel). 2022. V. 11. № 2. https://doi.org/10.3390/antiox11020227
  7. Petri S., Körner S., Kiaei M. NRF2/ARE signaling pathway: Key mediator in oxidative stress and potential therapeutic target in ALS // Neurol. Res. Int. 2012. V. 2012. № 1. https://doi.org/10.1155/2012/878030
  8. Canning P., Sorrell F.J., Bullock A.N. Structural basis of Keap1 interactions with NRF2 // Free Radic. Biol. Med. 2015. V. 88. P. 101–107. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2015.05.034
  9. Liu T., Lv Y.F., Zhao J.L. et al. Regulation of NRF2 by phosphorylation: consequences for biological function and therapeutic implications // Free Radic. Biol. Med. 2021. V. 168. P. 129–141. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2021.03.034
  10. Joo M.S., Kim W.D., Lee K.Y. et al. AMPK facilitates nuclear accumulation of NRF2 by phosphorylating at serine 550 // Mol. Cell. Biol. 2016. V. 36. № 14. P. 1931–1942. https://doi.org/10.1128/MCB.00118-16
  11. Huang H.C., Nguyen T., Pickett C.B. Phosphorylation of NRF2 at Ser-40 by protein kinase C regulates antioxidant response element-mediated transcription // J. Biol. Chem. 2002. V. 277. № 45. P. 42769–42774. https://doi.org/10.1074/jbc.M206911200
  12. Apopa P.L., He X., Ma Q. Phosphorylation of NRF2 in the transcription activation domain by casein kinase 2 (CK2) is critical for the nuclear translocation and transcription activation function of NRF2 in IMR-32 neuroblastoma cells // J. Biochem. Mol. Toxicol. 2008. V. 22. № 1. P. 63–76. https://doi.org/10.1002/jbt.20212
  13. Cullinan S.B., Zhang D., Hannink M. et al. NRF2 is a direct PERK substrate and effector of PERK-dependent cell survival // Mol. Cell. Biol. 2003. V. 23. № 20. P. 7198–7209. https://doi.org/10.1128/MCB.23.20.7198-7209.2003
  14. Jimenez-Blasco D., Santofimia-Castaño P., Gonzalez A. et al. Astrocyte NMDA receptors' activity sustains neuronal survival through a Cdk5-NRF2 pathway // Cell Death Differ. 2015. V. 22. № 22. P. 1877–1889. https://doi.org/10.1038/cdd.2015.49
  15. Xu C., Yuan X., Pan Z. et al. Mechanism of action of isothiocyanates: the induction of ARE-regulated genes is associated with activation of ERK and JNK and the phosphorylation and nuclear translocation of NRF2 // Mol. Cancer Ther. 2006. V. 5. № 8. P. 1918–1926. https://doi.org/10.1158/1535-7163.MCT-05-0497
  16. Keum Y.S., Yu S., Chang P.P. et al. Mechanism of action of sulforaphane: Inhibition of p38 mitogen-activated protein kinase isoforms contributing to the induction of antioxidant response element-mediated heme oxygenase-1 in human hepatoma HepG2 cells // Cancer Res. 2006. V. 66. № 17. P. 8804–8813. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-05-3513
  17. Wong S.Y., Tan M.G., Wong P.T. et al. Andrographolide induces NRF2 and heme oxygenase 1 in astrocytes by activating p38 MAPK and ERK // J. Neuroinflammation. 2016. V. 13. P. 251. https://doi.org/10.1186/s12974-016-0723-3
  18. Sun Z., Chin Y.E., Zhang D.D. Acetylation of NRF2 by p300/CBP augments promoter-specific DNA binding of NRF2 during the antioxidant response // Mol. Cell. Biol. 2009. V. 29. P. 2658–2672. https://doi.org/10.1128/MCB.01639-08
  19. Kawai Y., Garduño L., Theodore M. et al. Acetylation-deacetylation of the transcription factor NRF2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2) regulates its transcriptional activity and nucleocytoplasmic localization // J. Biol. Chem. 2011. V. 286. № 9. P. 7629–7640. https://doi.org/10.1074/jbc.M110.208173
  20. Ding Y.W., Zhao G.J., Li X.L. et al. SIRT1 exerts protective effects against paraquat-induced injury in mouse type II alveolar epithelial cells by deacetylating NRF2 in vitro // Int. J. Mol. Med. 2016. V. 37. № 4. P. 1049–1058. https://doi.org/10.3892/ijmm.2016.2503
  21. Kulkarni S.R., Donepudi A.C., Xu J. et al. Fasting induces nuclear factor E2-related factor 2 and ATP-binding cassette transporters via protein kinase A and sirtuin-1 in mouse and human // Antioxid. Redox Signal. 2014. V. 20. № 1. P. 15–30. https://doi.org/10.1089/ars.2012.5082
  22. Huang K., Gao X., Wei W. The crosstalk between Sirt1 and Keap1/NRF2/ARE anti-oxidative pathway forms a positive feedback loop to inhibit FN and TGF-β1 expressions in rat glomerular mesangial cells // Exp. Cell. Res. 2017. V. 361. № 1. P. 63–72. https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2017.09.042
  23. Gibbons M.D., Fang Y., Spicola A.P. et al. Enhancer-mediated formation of nuclear transcription initiation domains // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 16. https://doi.org/10.3390/ijms23169290
  24. Ganner A., Pfeiffer Z.C., Wingendorf L. et al. The acetyltransferase p300 regulates NRF2 stability and localization // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2020. V. 524. № 4. P. 895–902. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2020.02.006
  25. Chang H.C., Guarente L. SIRT1 and other sirtuins in metabolism // Trends Endocrinol. Metab. 2014. V. 25. № 3. P. 138–145. https://doi.org/10.1016/j.tem.2013.12.001
  26. Yang Y., Liu Y., Wang Y. et al. Regulation of SIRT1 and its roles in inflammation // Front. Immunol. 2022. V. 13. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.831168
  27. Tang B.L. Sirt1 and the mitochondria // Mol. Cells. 2016. V. 39. № 2. P. 87–95. https://doi.org/10.14348/molcells.2016.2318
  28. Yang X., Park S.H., Chang H.C. et al. Sirtuin 2 regulates cellular iron homeostasis via deacetylation of transcription factor NRF2 // J. Clin. Invest. 2017. V. 127. № 4. P. 1505–1516. https://doi.org/10.1172/JCI88574
  29. Fang X., Lee Y.H., Zheng J. et al. ARD1-mediated NRF2 acetylation promotes human colon cancer cell proliferation // Cancer Res. 2020. V. 80. № 16. https://doi.org/10.1158/1538-7445.AM2020-4690
  30. Komaravelli N., Tian B., Ivanciuc T. et al. Respiratory syncytial virus infection down-regulates antioxidant enzyme expression by triggering deacetylation-proteasomal degradation of NRF2 // Free Radic. Biol. Med. 2015. V. 88. P. 391–403. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2015.05.043
  31. Wang H., Yang G., Tian Y. et al. Sulforaphane inhibits angiotensin II-induced cardiomyocyte apoptosis by acetylation modification of NRF2 // Aging (Albany NY). 2022. V. 14. № 16. P. 6740–6755. https://doi.org/10.18632/aging.204247
  32. Mercado N., Thimmulappa R., Thomas C.M. et al. Decreased histone deacetylase 2 impairs NRF2 activation by oxidative stress // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2011. V. 406. № 2. P. 292–298. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2011.02.035
  33. Chai D., Zhang L., Xi S. et al. NRF2 activation induced by sirt1 ameliorates acute lung injury after intestinal ischemia/reperfusion through NOX4-mediated gene regulation // Cell. Physiol. Biochem. 2018. V. 46. № 2. P. 781–792. https://doi.org/10.1159/000488736
  34. Zhuang K., Jiang X., Liu R. et al. Formononetin activates the NRF2/ARE signaling pathway via sirt1 to improve diabetic renal fibrosis // Front. Pharmacol. 2021. V. 11. https://doi.org/10.3389/fphar.2020.616378
  35. Sadovnikova I.S., Gureev A.P., Ignatyeva D.A. et al. NRF2/ARE activators improve memory in aged mice via maintaining of mitochondrial quality control of brain and the modulation of gut microbiome // Pharmaceuticals (Basel). 2021. V. 14. № 7. https://doi.org/10.3390/ph14070607
  36. Huang K., Huang J., Xie X. et al. Sirt1 resists advanced glycation end products-induced expressions of fibronectin and TGF-β1 by activating the NRF2/ARE pathway in glomerular mesangial cells // Free Radic. Biol. Med. 2013. V. 65. P. 528–540. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2013.07.029
  37. Huang K., Chen C., Hao J. et al. Polydatin promotes NRF2-ARE anti-oxidative pathway through activating Sirt1 to resist AGEs-induced upregulation of fibronetin and transforming growth factor-β1 in rat glomerular messangial cells // Mol. Cell. Endocrinol. 2015. V. 399. P. 178–189. https://doi.org/10.1016/j.mce.2014.08.014
  38. Tennen R.I., Michishita-Kioi E., Chua K.F. Finding a target for resveratrol // Cell. 2012. V. 148. № 3. P. 387–389. https://doi.org/10.1016/j.cell.2012.01.032
  39. Baur J.A. Resveratrol, sirtuins, and the promise of a DR mimetic // Mech. Ageing Dev. 2010. V. 131. № 4. P. 261–269. https://doi.org/10.1016/j.mad.2010.02.007
  40. Ma F., Wu J., Jiang Z. et al. P53/NRF2 mediates SIRT1's protective effect on diabetic nephropathy // Biochem. Biophys. ActaMol. Cell. Res. 2019. V. 1866. № 8. P. 1272–1281. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2019.04.006
  41. Arioz B.I., Tastan B., Tarakcioglu E. et al. Melatonin attenuates LPS-induced acute depressive-like behaviors and microglial NLRP3 inflammasome activation through the SIRT1/NRF2pathway // Front. Immunol. 2019. V. 10. https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.01511
  42. Gureev A.P., Shaforostova E.A., Popov V.N. Regulation of mitochondrial biogenesis as a way for active longevity: Interaction between the NRF2 and PGC-1α signaling pathways // Front. Genet. 2019. V. 10. https://doi.org/10.3389/fgene.2019.00435
  43. Deng X., Lin N., Fu J. et al. The NRF2/PGC1α pathway regulates antioxidant and proteasomal activity to alter cisplatin sensitivity in ovarian cancer // Oxid. Med. Cell. Longev. 2020. V. 2020. № 1. https://doi.org/10.1155/2020/4830418
  44. Choi H.I., Kim H.J., Park J.S. et al. PGC-1α attenuates hydrogen peroxide-induced apoptotic cell death by upregulating Nrf-2 via GSK3β inactivation mediated by activated p38 in HK-2 cells // Sci. Rep. 2017. V. 7. № 1. P. 4319. https://doi.org/10.1038/s41598-017-04593-w
  45. Puigserver P., Rhee J., Lin J. et al. Cytokine stimulation of energy expenditure through p38 MAP kinase activation of PPARgamma coactivator-1 // Mol. Cell. 2001. V. 8. № 5. P. 971–982. https://doi.org/10.1016/s1097-2765(01)00390-2
  46. Fernandez-Marcos P.J., Auwerx J. Regulation of PGC-1α, a nodal regulator of mitochondrial biogenesis // Am. J. Clin. Nutr. 2011. V. 93. № 4. P. 884S–890S. https://doi.org/10.3945/ajcn.110.001917
  47. Puissant A., Fenouille N., Auberger P. When autophagy meets cancer through p62/SQSTM1 // Am. J. Cancer Res. 2012. V. 2. P. 397–413.
  48. Gureev A.P., Sadovnikova I.S., Starkov N.N. et al. p62-NRF2-p62 mitophagy regulatory loop as a target for preventive therapy of neurodegenerative diseases // Brain Sci. 2020. V. 10. № 11. https://doi.org/10.3390/brainsci10110847
  49. Jain A., Lamark T., Sjøttem E. et al. p62/SQSTM1 is a target gene for transcription factor NRF2 and creates a positive feedback loop by inducing antioxidant response element-driven gene transcription // J. Biol. Chem. 2010. V. 285. № 29. P. 22576–22591. https://doi.org/10.1074/jbc.M110.118976
  50. Feng L., Chen M., Li Y. et al. Sirt1 deacetylates and stabilizes p62 to promote hepato-carcinogenesis // Cell Death Dis. 2021. V. 12. № 4. P. 405. https://doi.org/10.1038/s41419-021-03666-z

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Прогнозируемые сайты связывания SIRT1 с NRF2, которые находятся в диапазоне от 12 тпн до точки начала транскрипции (TSS). Сверху квадратов находится (+)-последовательность потенциального ARE, внизу — (−)-последовательность.

Скачать (96KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние ацетилаз (помечены красным) и деацетилаз (помечены желтым) на активность транскрипционного фактора NRF2. Отмечены потенциальная регуляция экспрессии гена SIRT1 со стороны NRF2. Показано, что SIRT1 может деацетилировать PGC-1α и p62, которые ингибируют GSK3β и KEAP1 и следовательно активируют NRF2. Таким образом, SIRT1 может участвовать в регуляции активности NRF2 как напрямую, так и косвенным путем.

Скачать (463KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025