Sirtuine e regolazione del metabolismo

Introduzione

Le sirtuine costituiscono una famiglia di proteine altamente conservate con attività enzimatica NAD⁺ dipendente. Originariamente identificate come Silent Information Regulator 2 nel lievito Saccharomyces cerevisae, agiscono sulla repressione e/o attivazione genica. Strutturalmente presentano un dominio centrale catalitico legante il cofattore NAD⁺, di circa 275 amminoacidi e sequenze N-terminale e/o C-terminale variabili in lunghezza, composizione chimica e suscettibilità alle modificazioni post-trascrizionali, che ne determinano le diverse proprietà biologiche e funzionali e la diversa affinità di legame a specifici substrati. 

Ad oggi, nell’uomo sono identificate e caratterizzate 7 isoforme della proteina (SIRT1-7), che differiscono per localizzazione tissutale, subcellulare e attività enzimatica. Le sirtuine sono coinvolte in svariati processi quali invecchiamento, regolazione del ciclo cellulare, apoptosi e autofagia, infiammazione, omeostasi glucidica e lipidica, secrezione insulinica.

Meccanismi d’azione delle sirtuine

Le sirtuine possono essere considerate modificatori epigenetici in quanto istone deacetilasi (HDAC) e tutte possiedono attività deacetilasica NAD⁺ dipendente su proteine istoniche. Tale meccanismo agisce sulla condensazione della cromatina, modulandone l’accessibilità e sopprimendo la trascrizione dei geni target. Alcune isoforme mostrano una diversa attività enzimatica prevalente, quale l’ADP-ribosil-transferasica (SIRT4 e SIRT6), o attività catalitiche addizionali quali la desuccinilasica e demalonasica (SIRT5). L’attività delle sirtuine è notevolmente influenzata dalla disponibilità di NAD⁺, che varia a seconda dello stato metabolico/energetico e della localizzazione cellulare e subcellulare, da cui deriva la diversa funzione biologica delle varie isoforme. SIRT1 è prevalentemente coinvolta nel metabolismo, nella risposta immunitaria e nell’invecchiamento; SIRT2 nella divisione cellulare; SIRT3, 4 e 5 nella regolazione del metabolismo energetico mitocondriale; SIRT6 e 7 nell’attivazione trascrizionale e riparazione della cromatina (tabella). Le sirtuine assumono un ruolo chiave nei principali pathway associati alla regolazione metabolica, rendendole oggetto di studio come potenziali target terapeutici in malattie croniche e degenerative derivanti da disfunzione metabolica.

Tabella

Ruolo delle sirtuine nell’obesità, nell’infiammazione subclinica cronica e nella sindrome metabolica

L’obesità rappresenta una condizione patologica complessa e fattore determinante lo sviluppo di diabete tipo 2, malattie cardiovascolari, NAFLD e deposito di grasso ectopico. I livelli di NAD⁺ risultano ridotti nel tessuto adiposo (TA) bianco in soggetti obesi, coerente alla ridotta attività delle sirtuine osservata in questi soggetti. SIRT1 aumenta i livelli di adiponectina tramite attivazione di Foxo1-C/EBPα e sopprime TNFα. SIRT1 e SIRT2 sopprimono l’adipogenesi, modificando l’attività di PPARγ nei preadipociti e tramite deacetilazione di FOXO1 nel TA bianco. Entrambe inoltre regolano positivamente la lipolisi, via AMPK e PGC-1α/HIF-1α. SIRT1 regola i depositi extracellulari e il processo di fibrosi del TA, oltre a esercitare un effetto antiinfiammatorio, in quanto reprime il segnale di NFKB e mTOR. SIRT1 è significativamente ridotta nella sindrome metabolica. Anche SIRT3 esplica un’azione antiinfiammatoria nel TA tramite regolazione dell’inflammasoma via NRLP3, induce il differenziamento del TA bruno e stimola la termogenesi. Al contrario, SIRT4 induce lipogenesi del TA bianco; studi in modello animale dimostrano come una sua inattivazione protegga dall’obesità indotta da diete ipercaloriche. SIRT5 e SIRT6 sono coinvolte nel differenziamento dei preadipociti. SIRT5 è ipoespressa in soggetti obesi, mentre una riduzione di SIRT6 nel TA bianco induce un aggravamento dello stato infiammatorio. Ruolo ancora poco chiaro è quello di SIRT7: nel modello animale la sua soppressione sembra proteggere dall’obesità e determinare una iper-regolazione di SIRT1; al contrario, nell’uomo la sua riduzione è stata associata ad obesità. SIRT7 risulta implicata nel metabolismo lipidico, poiché induce una ridotta espressione di CD36 e regola la sintesi dei trigliceridi.  

Si è osservato peraltro che il profilo di espressione e di funzione delle sirtuine è strettamente legato alla presenza di uno specifico contesto fisiologico o patologico, dal livello di progressione della condizione patologica, come pure dalla dieta. Un esempio è dato dalle fluttuazioni dei livelli di SIRT2, che risultano ridotti in soggetti in sovrappeso, ma aumentano drasticamente in soggetti francamente obesi, in condizioni di digiuno prolungato o di esposizione a basse temperature.

Ruolo delle sirtuine nel diabete e sue complicanze

Le sirtuine, annoverate anche tra i cosiddetti “geni della longevità”, giocano un importante ruolo nel prevenire malattie associate all’invecchiamento quali cancro, malattie neurodegenerative, diabete. In particolare, SIRT1 e 2 svolgono una duplice funzione, rispettivamente migliorando la sensibilità insulinica e riducendo la risposta insulinica; SIRT1 e 3 promuovono l’attività mitocondriale e riducono l’insulino-resistenza; bassi livelli di SIRT1 sono correlati oltre che ad insulino-resistenza, ad aterosclerosi subclinica. SIRT3-4 e 6 mostrano un ruolo protettivo nei confronti del diabete. SIRT1-3-4 e 7 sembrano protettive nei confronti della nefropatia diabetica. Bassi livelli di SIRT1 e SIRT3 sono associati a fibrosi renale e bassi livelli di SIRT4 e SIRT7 inducono apoptosi dei podociti. SIRT1-3-6 prevengono la cardiomiopatia diabetica. Bassi livelli di SIRT7 sono associati a processi di calcificazione vascolare.

Le sirtuine mediano positivamente processi metabolici quali tolleranza al glucosio (SIRT1-6), secrezione insulinica (SIRT6), proliferazione cellulare, ma risultano anche attivatori della gluconeogenesi, della β ossidazione e regolatori della sensibilità insulinica (SIRT1-2). SIRT1-3-6 e 7 sono coinvolte nella riduzione dello stress ossidativo.

Potenziale terapeutico delle sirtuine nelle malattie metaboliche

Complessivamente l’evidente ruolo delle sirtuine nei processi di rimodellamento del TA, nel miglioramento del metabolismo glucidico e nella riduzione dell’infiammazione subclinica cronica, le rende potenziali protagoniste nella prevenzione delle malattie metaboliche. Sono state ipotizzate varie molecole quali attivatori (STACs) o repressori (STICs) delle attività delle sirtuine, a scopi terapeutici.

Tra questi, il resveratrolo, un isoflavonoide con noto effetto benefico sull’organismo, è riconosciuto come un importante attivatore di SIRT1, in grado di prevenire l’insorgenza di sindrome metabolica, ridurre l’insulino-resistenza e migliorare la sensibilità insulinica. Tuttavia a causa della sua bassa biodisponibilità, non è attualmente disponibile una formulazione corretta ed efficace, oltre che sicura.

È stato osservato come diverse molecole in commercio (GABA, vitamina K, spirulina, metformina) abbiano effetti sulle sirtuine, in particolare aumentano i livelli di SIRT1, con potenziale effetto sulla funzionalità mitocondriale, riduzione dello stress ossidativo e attivazione di pathway antiapoptotici. Nonostante diversi trials clinici avviati su STACs e STICs, non abbiamo attualmente dati sufficienti per escludere effetti collaterali, sia a causa della promiscuità della loro azione nei diversi distretti, sia della poca selettività delle molecole nei confronti di una specifica isoforma.

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