SIRTUIINIT kantasoluisuuden, ikääntymisen ja syövän riteyksessä ( Vassilopoulos, artikkeli 2017

Sirtuins at the crossroads of stemness, aging, and cancer

Carol O'Callaghan

Athanassios Vassilopoulos

First published: 10 October 2017

https://doi.org/10.1111/acel.12685

Sirtuiinit ovat metabolisia  säätelijöitä, sensoreita,  ja ne toimivat optimaalisesti kun  aineenvaihdunnallinen joustavuus  on hyvä,  energian saanti ja käyttö vastaavat toisiaan.

 Jatkokäännöksiä 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/acel.12685#

7. Sirtuiinit ja syöpäkantasolu(CSC)

Kantasolusignalointitiet ovat usein poikkeavasti aktivoituneita tai vaimentuneita syövässä, koska epigeneettinen kontrolli on viallisesti säätyneenä. Sen takia sirtuiineja saattaa esiintyä kehkeyttämässä itsestäänuudistuvia ja erilaistuvia syöpäsolupopulaatioita, jotka suorittavat tuumorikasvua. On myös näyttöä siitä, että ainakin joissain kudoksissa esiintyy syöpäkantasolun ja vastaavan normaalin kantasolun selvästi erottuvia kantasoluohjelmia (Ye et al. 2015). Tuloksena on, että sirtuiineilla voi olla ainutlaatuista osaa syöpäkantasoluissa sen lisäksi, mitä normaaleista kantasoluista on havaittu.

• Sirtuins and cancer stem cells

• The stem cell signaling pathways discussed above are often aberrantly activated or suppressed in cancer due to deregulation of epigenetic control. As a result, sirtuins may be implicated in the generation of a population of cancer cells capable of self‐renewal and differentiation which drive tumor growth. Evidence also suggests that, at least in some tissues, distinct stem cell programs exist in CSCs and normal stem cells of the corresponding tissue (Ye et al., 2015). As a result, sirtuins may play unique roles in CSCs in addition to those observed in normal stem cells.

Aivan kuten normaalisoluissakin SIRT1 on myös syöpäkantasoluissa parhaiten tutkittu sirtuiini. SIRT1 ilmenemä näyttää olevan ylisäätynyt monissa syöpäkantasoluissa in vitro ja in vivo , mukaan luettuna gliooma (Lee et al. 2015), rintasyöpä (Ma et al 2015), kolorektaali syöpä (Chen et al. 2014) ja leukemia (li et al. 2012, 2014).
 Glioomasolu tarvitsee SIRT1:tä sekä onkogeeniseen transformaatioon että glioomasolun kantasoluominaisuuden ylläpitoon (Lee et al. 2015).
 Seurausta onkin, että CD133(+) glioomakantasolut ilmentävät korkeita SIRT1-pitoisuuksia verrattuna CD133 soluihin, jotka eivät ole kantasoluja. SIRT1 poistogeenisyys lisäsi CD133(+)- solujen radiosensitiivisyyttä, herkkyyttä säteilylle, sekä in vitro että in vivo (Chang et al. 2009).

• As in normal stem cells, SIRT1 is the best studied sirtuin in CSCs. SIRT1 expression has been shown to be upregulated in a variety of CSCs both in vitro and in vivo, including glioma (Lee et al., 2015), breast (Ma et al., 2015), colorectal (Chen et al., 2014b), and leukemia (Li et al., 2012, 2014). SIRT1 is required for both oncogenic transformation and maintenance of stemness in glioma cells (Lee et al., 2015). Consequently, CD133⁺ glioma stem cells express high levels of SIRT1 compared to CD133^‐ non‐stem cells. Notably, knockdown of SIRT1 increased the radiosensitivity of CD133⁺ cells both in vitro and in vivo (Chang et al., 2009).

Rintasyöpäkantasoluissa BCSC CD44+/CD24- todettiin korkeita pitoisuuksia SIRT1 sirtuiinia ja sen suoran säätelijän, miR-34a:n matalaa ilmentymää. Sekä miR-34a yliesiintymä että SIRT1 poistogeenisyys näyttivät vähentävän BCSC soluja, tuumoripallomuodostusta ja CSC merkitsijöitä kuten ALDH1 ja Nanog (Ma et al, 2015).

• High levels of SIRT1, as well as low expression of its direct regulator miR‐34a, have been identified in CD44⁺/CD24^‐ breast cancer stem cells (BCSCs). Both overexpression of miR‐34a and knockdown of SIRT1 were found to decrease BCSCs, tumorsphere formation, and expression of CSC markers including ALDH1 and Nanog (Ma et al., 2015).

SIRT1 oli yliesiintyvää myös kolorektaalisyöpäsolussa ja asettui samaan kohtaan kuin kolorektaalin syöpäkantasolun CSC biomerkkari CD133. SIRT1 poistogeeniyys vähensi CD133+ soluja, vähensi myös pallomuodostusta ja heikensi tumorigeenisyyttä in vivo. Lisäksi usean kantasolumerkitsijän ilmenemä väheni ja näihin kuului OCT4, NANOG ja TERT (Chent et al. , 2014)

• In colorectal cancer cells, SIRT1 is also overexpressed and colocalizes with the colorectal CSC marker CD133. Knockdown of SIRT1 reduced CD133⁺ cells, decreased sphere formation, and attenuated tumorigenicity in vivo. Furthermore, the expression of several stem cell markers, including OCT4, NANOG, and TERT was also found to be decreased (Chen et al., 2014b).

SIRT1 ilmenee vahvasti maksan Nanog(+) syöpäkantasolussa, mutta ilmentymä vähenee differentaation aikana. Johdonmukaisesti on osoittautunut, että se vastaa in vitro maksan syöpäkantasolun itsestäänuusiutumisen ylläpidosta säätelemällä SOX2- promoottoria epigeneettisesti (Liu et al. 2016).
Täten on selvä asia, että SIRT1 tarvitaan ylläpitämään syöpäkantasoluja. Vaikka tarkka alavirtaan osallistuva mekanismi voi vaihdella, SIRT1:n  menetys assosioituu vähentyneeseen pallomuodostukseen, alentuneeseen CSC-merkitsijöitten ilmentymään ja lisääntyneeseen terapiaherkkyyteen.

• SIRT1 is highly expressed in Nanog^POS liver CSCs but decreases during differentiation. Consequently, it has been shown to be responsible in vitro for the maintenance of self‐renewal in liver CSCs by epigenetic regulation of the SOX2 promoter (Liu et al., 2016). It is clear therefore that SIRT1 is required for the maintenance of CSCs. Although the precise downstream mechanisms involved may vary, loss of SIRT1 is associated with decreased sphere formation, reduced expression of CSC markers, and increased sensitivity to treatment.

SIRT1 tunnetaan myös Wnt-signalointitiehen liittyvänä kantasoluisuuden säätelijänä useissa ei-kantasolusyövissä niiden tehtävien lisäksi, mitä sillä on syöpäkantasoluissa (CSC). Se välittää Wnt-antagonistien SFRP1, SFRP2 ja DKK1 epigeneettistä hiljentämistä ja säätelee positiivisesti kaikkia kolmea imettäväisten Dishelved (Dvl) proteiinia (Pruitt et al, 2006; Hussain et al. , 2010).

Rintasyöpäsoluissa SIRT1/2 inhibitio vähensi Frizzled7 (FZD7)- proteiinin ilmentymää ja betakateniinin ja c-Jun sitoutumista FZD7- promoottoriin (Simmons et al. 2014).
Samalla tavalla SIRT1 myös akuutissa lymfoblastileukemiassa (ALL) esti Wnt/betakateniinitien johtaen ALL- kanta/progeniittorisolujen eliminaatioon (Jin et al. 2015

Outside of its specific roles identified in CSCs, SIRT1 is also known to regulate the stemness‐associated Wnt signaling pathway in several non‐stem cancer cell contexts. It mediates epigenetic silencing of Wnt antagonists SFRP1, SFRP2, and DKK1 in addition to positively regulating levels of all three mammalian Disheveled (Dvl) proteins (Pruitt et al., 2006; Hussain et al., 2009; Holloway et al., 2010). In breast cancer cells, inhibition of SIRT1/2 decreased Frizzled7 (FZD7) protein expression, as well as β‐catenin and c‐Jun binding to the FZD7 promoter (Simmons et al., 2014). Similarly, inhibition of SIRT1 in acute lymphoblastic leukemia (ALL) also inhibits the Wnt/β‐catenin signaling pathway resulting in elimination of ALL stem/progenitor cells (Jin et al., 2015).

Sirtuiinien eri kantasoluphjelmissa ilmenneen säätelytehtävän lisäksi on osoittautunut, että ne voinevat säädellä suoraan itsensä syöpäkantasolujen merkitsijöiden aktiivisuutta Tässä suhteessa on ALDH1A1-aktiivisuus yleisesti käytetty syöpäkantasolun merkitsijä ja näyttö viittaa siihen, että se saattaa olla osallisena syöpäkantasolun ylläpidossa tai erilaistumisessa.

SIRT2 osoittautuu säätelevän ALDH1A1 posttranslationaalisesti .

NOTCH-signalointi indusoi SIRT2:n deasetyloimaan ALDH1A1, mikä johtaa lisääntyneeseen ALDH-aktiivisuuteen, CSC-populaatioihin ja syöpäkantasolun itsestään uusiutuvuuteen rintasyövässä. (Zhao et al. 2014).
Toisaalta SIRT2-aktiivisuuden raportoidaan vaikuttavan päinvastaisesti glioblastoman yhteydessä. Niissä SIRT2 -aktivaatio välittää resveratrolin antiproliferatiivisen funktion erityisesti glioblastomakantasoluissa, mikä painottaa soluyhteyden tärkeyttä määritettäessä sirtuiinien spesifisiä toimintoja.

• In addition to the regulatory role of sirtuins in distinct stem cell programs, it has been shown that they may directly regulate the activity of CSC markers themselves. In this regard, ALDH1A1 activity is a commonly used marker for CSCs and evidence suggests that it may be involved in CSC maintenance or differentiation. SIRT2 has recently been shown to post‐translationally regulate ALDH1A1. NOTCH signaling induces SIRT2 to deacetylate ALDH1A1, leading to increased ALDH activity, CSC populations, and CSC self‐renewal in breast cancer (Zhao et al., 2014). On the other hand, SIRT2 activity has been reported to exert an opposite effect in the context of glioblastoma. There, SIRT2 activation mediates the antiproliferative function of resveratrol specifically on glioblastoma stem cells (Sayd et al., 2014), thus underlining the importance of cellular context in determining specific roles for sirtuins.

SIRT6 mainittiin jo edeltä tuumoriosuppressiiviseksi ja loogisesti sen yliesiintymä johtaa PI3K- aktivoituvissa rintasyövässä, keuhkosyövässä, kolorektaalisyövässä vaimentuneeseen syöpäkantasoluaktiivisuuteen, mistä näyttönä on vähentynyt pallosoluja muodostava kapasiteetti ja ALDH+ solujen populaatiokoko (2017).
 Nämä tulokset vahvistettiin in vivo NOD/SCID hiirillä ja transgeenisilla hiirillä. Molemmissä tapauksissa SIRT6-yliekspressio viivästytti tuumorikasvua , mikä assosioitui vähentyneeseen ALDH-ilmentymään ja entsyymiaktiivisuuteen, muunsi glukoosi- ja lipidimetaboliaa ja vähensi syövän kantasoluominaisuutta. Mekanistisesta näkökohdasta: lisääntynyt SIRT6 vaimensi PI3K-signalointia transkriptionaalitasolla vastavaikuttaen siihen positiiviseen (edistävään) osaan, mikä PI3K-signaloinnilla on syöpäkantasolun elossapysymiseen ja ylläpitoon.

• Consistent with the previously described tumor suppressive role for SIRT6, its overexpression results in suppressed CSC activity in breast, lung, and colorectal cancer cells with PI3K activation as evidenced by the decreased tumorsphere‐forming capacity and size of ALDH⁺ cell population which are established readouts of CSCs (Ioris et al., 2017). These results were further confirmed in vivo after cell injection into the flanks of nonobese diabetic/severe combined immunodeficient (NOD/SCID) mice as well as after monitoring tumor growth in transgenic mice expressing polyomavirus middle T oncogene (PyMT) under the mouse mammary tumor virus promoter. In both cases, SIRT6 overexpression delays tumor growth, which is associated with decreased ALDH expression and enzymatic activity, altered glucose and lipid metabolism, and reduced cancer stemness. From a mechanistic point of view, enhanced SIRT6 dampens phosphoinositide 3‐kinase (PI3K) signaling at the transcriptional level counteracting the positive role of PI3K signaling in survival and maintenance of CSCs.

8.  Epiteliaalisesta mesenkymaaliseksi siirtyminen, EMT

EMT-ohjelma käsittää moninaisia muutosvaiheita, joissa solut muuttuvat epiteliaalisten ja mesenkymaalisten fenotyyppiensä kesken. EMT:n aikana epiteeliaaliset solut järjestävät uudelleen sytoskeletoninsa, menettävät apikaalis-basaalisen polarisuutensa ja solu-solu-liitoksensa ja saavuttavat lisääntyvää liikkumiskykyä, motiliteettia. Tärkeätä huomata, että EMT-ohjelmien aktivoituminen suo kantasolun kaltaisia piirteitä sekä normaaleille että neoplastisille soluille.

Useat raportit ovat hahmottaneet eri sirtuiineilla olevan EMT:tä edistäviä rooleja. Kuitenkin koska sirtuiineja on luonnehdittu soluyhteydestä riippuen joko tuumorin edistäjinä tai hillitsijöinä, on loogista, että sirtuiinejä on kuvattavissa myös sekä EMT:n vahvistajina että EMT:n vaimentajina. Yksittäisten sirtuiinien varsinaisfunktiot eroavat keskenään ja riippuen myös alkuperäiskudoksesta, mikromiljöistä ja soluyhteyksistä. Sirtuiinien suorittamaa EMT-säätelyä pönkittävä biokemiallinen taustamekanismi on edelleen epäselvänä eikä tiedetä, jos kyse näissä kaikissa vaikutuksissa on niiden deasetylaasiaktiivsuudesta (2017).

• Epithelial–Mesenchymal Transition (EMT)

The EMT program consists of multiple transitional states in which cells move through between epithelial and mesenchymal phenotypes (Nieto et al., 2016). During EMT, epithelial cells reorganize their cytoskeleton, lose apical–basal polarity and cell–cell adhesion, and attain an increased capacity for cell mobility. Importantly, activation of EMT programs confers stem‐like traits on both normal and neoplastic cells (Mani et al., 2008). Several reports have outlined roles for various sirtuins in the promotion of EMT. However, consistent with their characterization as either tumor promoters or suppressors depending on cellular context, sirtuins have also been described as both enhancers and repressors of EMT (Fig. 2). The actual functions then may differ between individual sirtuins, tissues of origin, microenvironments, and cellular contexts. Furthermore, the biochemical mechanisms that underpin sirtuin regulation of EMT remain unclear and it is not yet known whether all of these effects involve deacetylase activity.

Figure 2

Open in figure viewerPowerPoint

KUVA2

Kuva 2 esittää kaavamaisesti Sirtuiinien suorittaman positiivisen ja negatiivisen EMT-säätelyn.

Positiivista( = EMT:tä edistävää): TGF-beeta signalointiin liittyy Sirtuiini1- proteiinin lisääntyminen. SIRT1 rekrytoi ZEB1-proteiinin

( ZEB1 on C2H2- sinkkisormiproteiini ja transkriptiofaktori ja osallistuu tuumorin invaasioon ja metaboliaan. Se on EMT:n mestarisäätelijä. Sitä itseään säätelee usea signaalijärjestelmä kuten Wnt, TGF-beeta, NFkB, HIF ja miRNA. Sen onkogeeninen rooli on E-cadheriini- proteiinin tukahduttaminen, onhan E-Cad  tärkein solu-solu-adheesiomolekyyli. ZEB1 pääsee vaikuttamaan E-Cadheriiniin tekemällä interaktion useiden kromatiinia muokkaavan tekijän kanssa, kuten CtBP ja Swi/SNF-kompleksi. Toisaalta ZEB1 aktivoi suoraan niiden geenien promoottoreita, jotka osallistuvat EMT-ohjelmaan. ZEB1 tekee interaktion joko SMAD- proteiinien tai p300/CAF kanssa ja aktivoi TGFbeetan kohdegeenin CDH2 (N-Cadheriinin, joka on mesenkymaalinen cadheriini ja olennainen tuumorin progressiolle). ZEB1- yli-ilmenemä useissa syöpälinjoissa ( havaittu haima-, keuhko-, maksasyövässä, osteosarkoomassa, rintasyövässä, paksusuolisyövässä) indusoi EMT:tä ja edistää solujen invaasiota. Tieto vuodelta 2017) .

• Schematic representation of positive and negative regulation of EMT by sirtuins. Positive: TGF‐β signaling is associated with an increase in Sirt1. Sirt1 is recruited by Zeb1 to the E‐cadherin promoter and causes transcriptional repression.

Samoin SIRT1 tekee interaktion Twist ja MBD1- proteiinien kanssa hiljentäen E-cadheriinin promoottorin. SIRT1 saattaa myös rekrytoida SIRT7:n  tukahduttamaan E-Cadheriinin ilmentymistä.

SIRT2 aktivoiAkt/GSK3β/β‐kateniini signaloinnin edistäen EMT:tä.

SIRT deasetyloi SLUG- proteiinin mikä edistää SLUG-proteiinin stabiiliutta ja SLUG-kohdegeenien repressiota. E-cadheriini on SLUG-kohdegeeni.
  (SLUG on SNAIL 2 ja nämä Zf-sinkkisormi-tyyppi C2H2-proteiinit " SNAIL" vaimentavat E-cadheriinia ja lisäävät MMP-expressiota ja aktiivisuutta. MMP on matrixmetalloproteinaaseja. SLUG lisää MMP2 esim. ovariaalituumorissa. Mainitut seikat välittävät EMT- ohjelmaa ja syövässä invaasiota). 
 

Negatiivisesta säätelystä esimerkki: SIRT1 estää TGF-beeta signalointia deasetyloimalla SMAD4 =(SMAD signalointitien ko-operatiivinen proteiini). Tällöin alenee MMP-transkriptio ja myös E-cadheriinin hajoaminen vähenee.

SIRT4 säätää ylös E-cadheriinin ilmentymää vaimentamalla glutamiinimetaboliaansa.

• Similarly, Sirt1 interacts with Twist and MBD1 to silence the E‐cadherin promoter. Sirt1 may also recruit Sirt7 to repress E‐cadherin expression. Sirt2 activates Akt/GSK3β/β‐catenin signaling to promote EMT. Deacetylation of Slug by Sirt2 promotes Slug protein stability and repression of Slug target genes, including E‐cadherin.
• Negative: Sirt1 inhibits TGF‐β signaling by deacetylating Smad4. This decreases MMP transcription and E cadherin‐degradation. Sirt4 upregulates E‐cadherin expression via its repression of glutamine metabolism.

• E‐cad, E‐cadherin; GSK3β, glycogen synthase kinase‐3β; MBD1, methyl‐CpG binding domain protein‐1; MMP7, metalloproteinase 7; TGF‐βR, transforming growth factor‐β receptor; β‐cat, β‐catenin.

SIRT1 näyttää olevan prostatasyövässä EMT:n positiivinen säätelijä deasetylaasiaktiivisuudellaan. SIRT1 rekrytoi E-cadheriinin promoottorille  proteiinia ZEB1, sinkkisormi (Zf)-transkriptiotekijää. SIRT1 deasetyloi histonin H3, vähentää RNApolymeraasiII:n sitoutumista aiheuttaen E-cadheriinin transkriptionaalisen tukahtumisen.Tuloksena SIRT1 alentaa prostatasyöpäsolujen migroitumista ja metastasoitumista riippumatta mistään solun elossapysymiseen vaikuttavista tekijöistä (2012).

Samoin SIRT1 tekee interaktion TWIST jaMBD1 kanssa (Me-CpG-domaaniin sitoutuva proteiini1) hiljentäen haimasyövässä E-cadheriinin promoottorin (2012).

Lisäksi on havaittu assosioitumaa SIRT1 yli-säätymiseen haimasoluissa, jossa TGF-beeta on indusoinut EMT-muutoksen, kun taas SIRT1- inhibitio vaikutti päinvastoin MET- muutosta ( mesenkymaalisesta epiteliaaliseksi muuttumista (2014) .

Toisaalta SMAD4:n deasetyloiminen SIRT1:llä tunnistettiin EMT:tä vähentäväksi mekanismiksi, joka tukahdutti TGF-beeta-signalointitietä sekä transformoituneissa primääreissä rintarauhasepiteeli- että munuaisepiteelisoluissa (2013) .

Lisäksi SIRT1 on tunnistettu EMT-repressorina (vaimentajana) suuontelon levyepiteelisolusyövässä, keuhkosyövässä ja ovariaalisyövässä (2013, 2014).

• SIRT1 has been shown to be a positive regulator of EMT in prostate cancer, through its deacetylase activity. SIRT1 is recruited to the E‐cadherin promoter by the zinc finger transcription factor ZEB1. Here, it deacetylates histone H3, reduces binding of RNA polymerase II ultimately causing transcriptional repression of E‐cadherin. As a result, loss of SIRT1 decreases prostate cancer cell migration and metastasis, independent of any effects on cell survival (Byles et al., 2012).
• Similarly, SIRT1 interacts with Twist and methyl‐CpG binding domain protein‐1 (MBD1) to silence the E‐cadherin promoter in pancreatic cancer (Xu et al., 2013).
• Furthermore, EMT in pancreatic cancer cells, induced by transforming growth factor‐β (TGF‐β), is associated with upregulation of SIRT1, while inhibition of SIRT1 induced mesenchymal–epithelial transition (Deng et al., 2014).
• On the other hand, deacetylation of Smad4 by SIRT1 was identified as a mechanism of reducing EMT by repressing the effects of the TGF‐β signaling pathway in both transformed primary human mammary epithelial cells and kidney epithelial cells (Simic et al., 2013). Moreover, SIRT1 has been identified as an EMT repressor in oral squamous cell carcinoma, lung cancer, and ovarian cancer (Sun et al., 2013a,b; Chen et al., 2014a).

SIRT2 -/- MEF tutkimuksissa havaittu alentunutt  E-cadheriinin ilmentymää (2014). Siitä huolimatta SIRT2 näyttää säätävän positiivisesti EMT-muutosta syöpäyhteyksissä.maksasolusyövässä SIRT2-ilmentymä on ylisäätyneenä ja edistää EMT:tä deasetyloimalla ja aktivoimalla PKB:n kohdentamaan Akt/GSK3beeta/beeta-kateniini signalointitiehen (2013).
Johdonmukaista SIRT2:n positiivisessa roolissa on SLUG-proteiinin pitoisuuden ylläpito deasetylaatiolla ja lisääntyneellä proteiinin stabiiliudella. Lisäksi osoitettiin että SIRT2-yliekspressoitumisen aiheuttama kohonnut SLUG-proteiinipitoisuus vastasi SLUG:in transkriptionalisten kohteiden ( epiteelisoluadheesiomolekyylien ja E-cadheriinin) vahvempaan vaimentumiseen- tämä viitaisi siihen, että SIRT2 saattaa säädellä EMT:stä- johtuvia fenotyyppejä kuten kasvuaggressiivisuutta ja invaasiota erityisesti trippelnegatiivisessa basaalin kaltaisessa rintasyövässä (2016) .

• Despite the reduced expression of E‐cadherin observed in SIRT2^−/− MEFs (Nguyen et al., 2014), SIRT2 has been shown to positively regulate EMT in the context of cancer. SIRT2 expression is upregulated in hepatocellular carcinoma where it promotes EMT by deacetylating and activating protein kinase B to target the Akt/GSK3β/β‐catenin signaling pathway (Chen et al., 2013).
• Consistent with its positive role, a recently published study showed that SIRT2 maintains Slug protein levels through deacetylation‐mediated increased protein stability. Furthermore, it was shown that elevated Slug protein caused by SIRT2 overexpression corresponded to stronger repression of the Slug transcriptional targets, epithelial cell adhesion molecule, and E‐cadherin, implying that SIRT2 might regulate EMT‐related phenotypes such as aggressiveness and invasion specifically in triple‐negative basal‐like breast cancer (Zhou et al., 2016a).

SIRT4 kuvataan EMT:n negatiivisenä säätelijänä. SIRT4:n ilmentymä assosioituu E-cadheriinin ilmentymän ylössäätymiseen ja alentuneeseen vimentiinin ilmentymään paksusuolisyöpäsoluissa. Näissä koeolosuhteissa SIRT4 vaimentaa glutamiinin aineenvaihduntaa tukahduttamalla glutamaattidehydrogenaasin entsymaattista aktiivisuutta. Alfa-ketoglutaraatti ( glutamiiniaineenvaihdunnan tärkeä tuote, koska se on sitruunahapposyklin jäsen) esti sitä E-Cadheriinin ylössäätymistä, jonka SIRT4 sai aikaan. Tämä viittaisi siihen, että E-Cadheriinin ilmentymän säätö tapahtuu glutamiiniaineenvaihdunnan inhiboitumisella (2015).

• With emphasis on the diverse functions regulated by the different members of the sirtuin family, SIRT4 has been described as a negative regulator of EMT. SIRT4 expression is associated with upregulation of E‐cadherin expression and decreased vimentin expression in colorectal cancer cells. Under these experimental conditions, SIRT4 suppresses glutamine metabolism by repressing the enzymatic activity of glutamate dehydrogenase. Given that α‐ketoglutarate, an important product of glutamine metabolism, inhibited the upregulation of E‐cadherin expression by SIRT4, it was suggested that regulation of E‐cadherin expression occurs via inhibition of glutamine metabolism (Miyo et al., 2015).

SIRT7:n  ilmentymän on havaittu korreloituvan käänteisesti E-cadheriiniin prostatasyövässä. Lisäksi SIRT7:n  expression katoaminen prostatasyöpäsolulinjoista aiheutti EMT-fenotyypin reversion, palautumisen (MET- suuntaan) E-cadheriinin säätyessä ylös ja vimentiinin sekä SLUG:in ilmentymän vähetessä. Onkin ehdotettu, että SIRT1 välittäisi SIRT7:n rekrytoimista E-cadheriinin promoottoriin ja tämä vuorovaikutus SIRT1:n ja SIRT7:n kesken vastaisi EMT:n etenemisestä (2015).

Lisäksi SIRT7:n  yli-ilmentyminen paksusuolisyövässä liittyy epiteelimarkkereiden alassäätymiseen ja niihin kuuluu E-cadheriini, ja samalla mesenkymaalisten markkereiden ilmentyminen säätyy ylös.

• SIRT7 expression has been found to correlate inversely with E‐cadherin in prostate cancer. Furthermore, loss of SIRT7 expression in prostate carcinoma cell lines caused a reversal of the EMT phenotype with upregulation of E‐cadherin and decreased vimentin and Slug expression. Interestingly, it has been suggested that SIRT1 mediates the recruitment of SIRT7 to the E‐cadherin promoter and that this interplay between SIRT1 and ‐7 is responsible for promoting EMT (Malik et al., 2015). Additionally, overexpression of SIRT7 in colorectal cancer is associated with downregulation of epithelial markers, including E‐cadherin, and upregulated expression of mesenchymal markers (Yu et al., 2014).

9. SIRTUIINEISTA terapeuttisia kohteita syöpäkantasolun käsittelyyn.

• Sirtuins as therapeutic targets for CSCs

Koska SIRTUIINIT voivat toimia sekä syövän edistäjinä että hillitsijöinä, on kehitelty sirtuiineille viime vuosina sekä aktivaattoreita että inhibiittoreita. Mahdollisina antisyöpälääkkeinä ovat sirtuiini-inhibiittorit olleet  kiinnostavampia (2014).

Kahta luokkaa sirtuiinin estäjistä ( nikotinamidia (NAM)- ja tioasyylilysiiniä sisältäviä yhdisteitä ) voidaan pitää mekanismiin perustuvina estäjinä, kun taas toiset sirtuiinin estäjät ( sirtinoli ja sen analogit, splitomysiini ja sen johdannaiset, indoliderivaatat, tenoviini analogeineen) todennäköisesti toimivat ei-kovalentisti sirtuiinin aktiivikohtaan sitoutuvina ja substraatin sitoutumisen blokkareina. Antisyöpävaikutukseltansa  sirtuiininestäjän  (inhibiittorin ) on havaittu aiheuttavan kasvun jarruttumaa tai solukuolemaa erilaisissa syöpäsolulinjoissa monissa kudoksissa ( Taulukko 2) (2006, 2009, 2012).

• Given that sirtuins can act as both cancer promoters and suppressors, both activators and inhibitors of sirtuins have been developed in recent years. Interestingly, inhibition of sirtuins has attracted more interest as a potential therapeutic anticancer strategy. To date, several sirtuin inhibitors have been developed which differ based on their mechanism of action and structural features (Hu et al., 2014b). Two classes of sirtuin inhibitors, NAM and thioacyllysine‐containing compounds, can be considered as mechanism‐based inhibitors, whereas other sirtuin inhibitors, including sirtinol and its analogues, splitomicin and its derivatives, indole derivatives as well as tenovin and its analogues, presumably work by noncovalent binding to the sirtuin active site and blocking substrate binding. With regard to anticancer effects, sirtuin inhibition has been found to induce growth arrest or cell death in various cancer cell lines from a wide range of tissues (Table 2) (Heltweg et al., 2006; Ota et al., 2006; Lara et al., 2009; Rotili et al., 2012b).

Tärkeä havainto on ollut, että sirtuiinien aktiivisuuden alentaminen on näyttänyt olevan tehokasta erityisesti syöpäkantasoluihin (CSC) kohdennettaessa, sillä ne ovat resistettejä (vastustuskykyisiä) standarditerapialle. Tenoviini-6-käsittelyllä ( se on pieni SIRTI-ja SIRT2-estäjä) saatiin tulokseksi merkittävä imatinib-resistenttien KML CD34(+)-kantasolujen katoaminen in vivo. Tämä vaikutus aiheutui pääasiassa SIRT1-inhibitiosta, joka vaikutti asetyloituneen ja kokonais- p53-määrän nousuun (2012) (p53 proteiinia kutsutaan nimellä ”Guardian of Genome”), genomin parasta vaikuttava proteiini). Tenoviini-6 on myös näyttänyt eliminoivan CD133(+) ALL kantasoluja ja myös vähentävän ALDH(+) soluja ja tuumorille tyypillistä pallomuodostusa uveamelanoomasolulinjoissa (2015, 2016)

• Importantly, decreasing sirtuin activity has been shown to be effective in specifically targeting CSCs that are resistant to standard therapy. Tenovin‐6 (a small‐molecule inhibitor of SIRT1 and SIRT2) treatment yielded a significant loss of imatinib‐resistant chronic myeloid leukemia (CML) CD34+ stem cells in vivo. This effect was caused mainly by SIRT1 inhibition resulting in elevated acetylated and total p53 levels (Li et al., 2012).
• Similarly, it has been shown to eliminate CD133+ ALL stem cells and also decrease ALDH⁺ cells and tumorsphere formation in uveal melanoma cell lines (Jin et al., 2015; Dai et al., 2016).

Lisäksi SIRT 1/2- estäjien (benzodeazaoxaflaviini) on osoitettu omaavan antiproliferatiivista aktiivisuutta pallomuotoisten solujen viljelmässä sekä paksunsuolensyövässä ja glioblastooma multiforme- tuumorissa.(2012).

SIRT1/2 estäjä salermidi (leukemiassa ja rintasyövässä ilmentyneen antiproliferatiivisen vaikutuksensa lisäksi) vähensi paksunsuolen syövän kantasolun sferoidaalisissa viljelmissä solujen viabiliteettia (elinvoimaa) (2012).

SIRT2-selektiivinen estäjä AGK2 (samassa tutkimuksessa) ilmensi antiproliferatiivista aktiivisuutta glioblastoma multiforme-tuumoripalloja kohtaan.

• Furthermore, benzodeazaoxaflavin SIRT1/2 inhibitors have demonstrated antiproliferative activity in spheroidal cell cultures from both colon carcinoma and glioblastoma multiforme (Rotili et al., 2012a). In addition to antiproliferative potency against leukemia and breast cancer cell lines, the SIRT1/2 inhibitor salermide reduces viability in spheroidal cultures of colorectal CSC cell lines (Rotili et al., 2012b). In the same study, the SIRT2‐selective inhibitor AGK2 displayed antiproliferative activity against glioblastoma multiforme tumorspheres.

On kuitenkin mainitsemisen arvoista- nyt kun sirtuiiniperheenjäsenten toisiaan vastustavat vaikutukset ja biologisten ja samanaikaistekijöiden kieltämätön merkitsevyys otetaan huomioon- että eräs tuore tutkimus viittaa siihen, että sirtuiiniaktivaatio -pikemminkin kuin inhibitio- saattaisi toimia terapeuttisena strategiana kohdistettaessa syöpäkantasoluun aktivoimalla PI3K mutaatioita.

• It is worth noting, though, that in accordance with the previously reported opposing roles played by the different members of the sirtuin family and the undeniable significance of biological and contextual factors, a recent study suggested that sirtuin activation, rather than inhibition, could be a therapeutic strategy to target CSCs with activating PI3K mutations.

Vielä spesifisemmin sanottuna- SIRT6 -sirtuiinin yli-ilmentymä vaimentaa PI3K-signalointia transkriptionaalisella tasolla ja antagonisoi (vastustaa) tuumoripallomuodostusta. Tämä viittaa siihen, että SIRT6-aktivointia voitaisiin soveltaa terapeuttisesti estämään tuumoreiden kantasoluisuutta PIK3-mutaatioissa tai PTEN-puuttumisissa (2017).

• More specifically, SIRT6 overexpression suppresses PI3K signaling at the transcriptional level and antagonizes tumorsphere formation. This implies that SIRT6 activation may be exploited therapeutically to hinder stemness of tumors with PIK3CA gene mutations or PTEN loss (Ioris et al., 2017).

Taulukko 2. SIRTUIINI-INHIBIITTOREITA, joilla on syövän vastaisia ominaisuuksia

• Table 2. Sirtuin inhibitors with anticancer activity

Inhibitors	Target	Anti‐CSC activity
Tenovin‐6	SIRT1/2	CML, AML
BDF4‐1, ‐2a, ‐2b, ‐2d	SIRT1/2	Colon, glioblastoma
AGK2	SIRT2	Glioblastoma
Salermide	SIRT1/2	Colorectal
Inhibitors	Target	Anticancer activity
Nicotinamide	SIRT1/2/3/5/6	Leukemia, oral, prostate
Sirtinol	SIRT2	Breast, lung, prostate, oral
Salermide	SIRT1/2	Lung, breast, colon
JGB‐1741	SIRT1	Breast
Cambinol	SIRT1/2/5	Burkitt lymphoma
EX527	SIRT1	Leukemia
AC‐93253	SIRT1/2/3	Prostate, pancreas, lung
Inauhzin	SIRT1	Lung, colon
Tenovin‐1	Unknown	Burkitt lymphoma, melanoma

Yläosassa taulukkoa esitetään niitä inhibiittoreita, joiden on havaittu vaikuttavan spesifisesti syöpäkantasolun vastaisesti.

• The upper part shows inhibitors that have been reported to exert an anti‐CSC‐specific effect (Li et al., 2012; Rotili et al., 2012a,b; Hu et al., 2014b; Jin et al., 2015; Dai et al., 2016).

10. Sirtuiinit, ikääntyminen ja kantasolut

• Sirtuins, aging, and stem cells

Aikaa sitten on jo havaittu sirtuiinien säätelevän ikämuutoksia ja on osoitettu sirtuiinin yli-ilmenemällä olevan useissa organismeissa elinikää pidentävää vaikutusta (2001). Nykyraporttien mukaan sirtuiinifunktio ikääntymisessä johtuu sirtuiinien osuudesta energia-aineenvaihdunnan säätelyyn, kalorirajoituksen aiheuttamaan vasteeseen, solukuoleman kontrolliin ja vuorokausirytmiin (2004, 2013)

• Sirtuins have long been recognized as regulators of aging – overexpression of sirtuins has been shown to extend lifespan in several organisms (Tissenbaum & Guarente, 2001; Kanfi et al., 2012). Sirtuin function in aging has to date been reported to be related to their roles in regulation of energy metabolism, response to calorie restriction (CR), control of cell death, and circadian rhythms (Araki et al., 2004; Chang & Guarente, 2013; Guarente, 2013).

Sirtuiineilla tapahtuva eliniän modulaation uusi (= viime aikoina havaittu) mekanismi on saavuttanut huomiota ja viittaa sirtuiinien mahdolliseen osuuteen solujen ja mitokondriaalisten proteiinien homeostaattisissa verkostoissa. Viimeaikaiset kehitykset ovat valaisseet läheistä suhdetta terveen ikääntymisen ja proteiinihomeostaain eli proteostaasin kesken.

• A new mechanism of lifespan modulation by sirtuins has been gaining attention, related to their potential roles in cellular and mitochondrial protein homeostasis networks. Recent developments have highlighted the close relationship between healthy aging and protein homeostasis, or proteostasis (Kaushik & Cuervo, 2015; Walther et al., 2015).

Asteittainen proteostaasin katoaminen liittyy ikään (2015) ja kauimmin elossa pysyvät organismit tunnetaan proteosomeiltaan ja aktiiveilta proteostaasiverkostoiltaan enemmän stabiileiksi, vakaammiksi. (2009, 2014). Mikä tärkein havainto: kun kohennetaan proteostaasiverkostojen funktionaalisuutta, kohennetaan samalla tiettyjen organismien eliniänkaarta ja terveenä pysymistä (2015). Sirtuiinit tunnetaan eliniän modulaattoreina, joiden toiminnanvajeet ovat yhteydessä ikään korreloivien tautien korkeampaan insidenssiin; sen takia olisikin aiheellista tutkia niiden osuutta proteostaattisissa verkostoissa. Aivan C. elegansista nisäkkäisiin asti on sirtuiinien ja endoplasmisen stressin välinen suhde konservoitunutta, mikä viittaa sirtuiinien ja proteostaasin väliseen ratkaisevaan linkkiin (2005) .

• A gradual loss of proteostasis is associated with age (Labbadia & Morimoto, 2015) and the longest living organisms are known to have more stable proteasomes and active proteostasis networks (Perez et al., 2009; Treaster et al., 2014). Most importantly, enhancing the functionality of proteostasis networks has been shown to extend both lifespan and healthspan of certain organisms (Morimoto & Cuervo, 2014; Vilchez et al., 2014a; Labbadia & Morimoto, 2015). Given that sirtuins are well‐known lifespan modulators whose deficiencies have been linked to a higher incidence of age‐related diseases, the investigation of their roles in proteostasis networks would appear to be warranted. In fact, a relationship between sirtuins and ER stress appears to be conserved from C. elegans to mammals, indicating a crucial link between sirtuins and proteostasis (Viswanathan et al., 2005).

SIRT1 tunnetaan endoplasmisen verkoston (ER) stressivasteen negatiivisena säätelijänä: Se deasetyloi IRE-1:n  generoiman  aktiivin XBP1-proteiinin ja täten estää sen transkriptionaalisen aktiivisuuden, josta ER-stressin indusoima apoptoosi edistyisi. (2011)

SIRT1 vaimentaa myös pERK-eIF2alfa:sta riippuvaa translationaalista inhibitiota (2011).

Rintasyöpäsolussa UPR (proteiinin laadunkontrollijärjestelmä, Unfolded Protein Response) vaatii CHOP, ERalfa ja SIRT3 aktivaation . SIRT3 auttaa selviämään proteotoksisesta stressistä ja mitokondriaalisesta stressistä koordinoimalla antioksidatiivista koneistoa ja mitofagiaa CHOP:sta ja ERalfasta riippumattomalla tavalla, mikä edustanee essentielliä mekanismia syöpäsolun adaptoitumisessa (2014).

• SIRT1 is a known negative regulator of ER stress responses through deacetylating IRE‐1‐generated active XBP1 and subsequent inhibition of its transcriptional activity to promote ER stress‐induced apoptosis (Wang et al., 2011).
• SIRT1 also suppresses pERK‐eIF2α‐dependent translational inhibition (Ghosh et al., 2011). In breast cancer cells, the unfolded protein response (UPR) triggered by the accumulation of misfolded proteins in the mitochondria (UPR^mt) requires the activation of SIRT3 together with CHOP and estrogen receptor alpha (ERα). By orchestrating both the antioxidant machinery and mitophagy in a CHOP‐ and ERα‐independent manner, SIRT3 contributes to overcoming proteotoxic stress and mitochondrial stress, which may represent an essential mechanism of adaptation of cancer cells (Papa & Germain, 2014).

Tarkasteltaessa lähemmin kantasoluja ne näyttävät lisänneen mekanismeja suojellakseen proteosomejaan ja proteostaasiverkosto vaikuttaa niiden funktioon (2014) . Tämä näyttäisi sopivan ikääntymisen kantasoluteoriaan, mikä viittaa siihen että progressiivinen lasku organismin aikuiskantasolujen itsestäänuusiutuvuudessa ja spesifisiin solutyyppeihin erilaistumispotentiaalissa kudosten täydentämisessäi olisi ikääntymisen perusmekanismin taustalla. Vaikka on raportoitu iästä riippuvaa funktionmenetystä erityyppisissä aikuiskantasoluissa, ollaan vasta alkamassa ymmärtää tähän prosessiin osallistuvia molekulaarisia mekanismeja.

• Looking more closely into stem cells, they seem to have increased mechanisms to protect their proteasomes, and proteostasis networks impact their function (Vilchez et al., 2014b). This would appear to be related to the stem cell theory of aging, which suggests that a progressive decline in the self‐renewal of adult stem cells and their potential to differentiate into specific cell types in order to replenish the tissues of an organism underlie the mechanistic basis for aging. Although the age‐dependent loss of function of different types of adult stem cells has been reported, we are just now starting to understand the molecular mechanisms involved in this process.

SIRTUIINI keskiönä:
 SIRT7-välitteinen mitokondriaalisten proteiinien laskostumisstressin lievittyminen on kriittistä moduloimassa ikääntymisprosessia säätelemällä hematologisten kantasolujen tilaa (HSC)  ja kudosylläpitoa (2015). SIRT7 toimii stressisensorina proliferoituvissa, aineenvaihdunnallisesti aktiiveissa HSC- soluissa ja vähentää mitokondrian translaatiokoneiston ilmentymistä vaimentamalla mitokondrian ”mestarisäätelijän” NRF1 aktiivisuutta (NRF1 on nukleaarinen respiratorinen faktori), ja tämä  säätö  on välttämätöntä lievennettäessä miokondriaalisten proteiinien laskostumisstressiä. Ikääntyneen HSC:n hematopoieettisen  kantasolun) huonotunut korjauskyky on kohennettavissa SIRT7:n yli-ilmentämisellä tai NRF1:n inaktivoimisella ja tällainen viittaa sirtuiinisääteisen proteostaasin merkitykseen kantasoluisuuden ylläpidossa.

Ikääntyneen hematopoieettisen kantasolun (HSC) alentunut SIRT3- ilmentymä liittyy samanaikaiseen mitokondrian protektiivisten ohjelmien vaimentumiseen (2013), josta saattaa johtua kompromittoitunut toiminta edellä kuvatussa SIRT3:n johtamassa mitokondriaalisten proteiinien laadunkontrollissa (UPR mt, Unfolded Protein Response pathway).

• With the focus on sirtuins, SIRT7‐mediated alleviation of mitochondrial protein folding stress plays a critical role in modulating the aging process by regulating HSC quiescence and tissue maintenance (Mohrin et al., 2015). SIRT7 functions as a stress sensor in proliferating, metabolically active HSCs and reduces the expression of the mitochondrial translation machinery through repressing activity of the master regulator of mitochondria, nuclear respiratory factor 1 (NRF1), which is necessary to alleviate mitochondrial protein folding stress. Of note, rescue of the impaired reconstitution capacity in aged HSCs upon SIRT7 overexpression or NRF1 inactivation underscores the significance of sirtuin‐regulated proteostasis in maintaining stemness. Interestingly, decreased Sirt3 expression in aged HSCs is associated with a concomitant repression of mitochondrial protective programs (Brown et al., 2013), which might result in compromised function of the previously described SIRT3‐directed UPR^mt pathway.

Jatkotutkimuksissa tulisikin kohdistua selvittämään, onko muissakin aikuiskantasoluissa ja kudoksissa samanlaisia mekanismeja osallistumassa. Myös kiinnostavaa on nähdä, ovatko nämä mekanismit ratkaisevia syöpäkantasolun itsestäänuusiutuvuudessa ja erilaistumisessa perustaen siihen faktaan, että syöpäkantasolu (CSC) muistuttaa proliferoivaa, aineenvaihdunnallisesti aktiivia normaalia kantasolua. Vaikkakin (tuman) SIRT7 ja (mitokondriaalinen sytoplasminen) SIRT3 menevät ristiin  mitokondrian säätelyssä ne aktivoivat funktioillaan omalla tahollaan protektiiviset mekanismit. Samantapaisia koordinoituja protektiivisia ohjelmia saattaa olla muillakin sirtuiineilla. On vielä selvitettävä pääasiallisesti sytoplasmisen sirtuiinin SIRT2 osallistuminen kantasolun ylläpitoon. Se on vanhentuneessa hematopoieettisessa kantasolussa sytoplasman pääsirtuiini ja vahvasti alassäätynyt;  ehkä on löydettävissä uusia ratkaisevia teitä kantasolun ylläpitoon.

• Certainly, further studies need to address whether similar mechanisms are involved in other adult stem cells and tissues. Also, it would be interesting to see whether these mechanisms are crucial for self‐renewal and differentiation of CSCs based on the fact that CSCs resemble a proliferating, metabolically active normal stem cell. Furthermore, even though SIRT7 and SIRT3 cross at mitochondrial regulation, they do activate these protective mechanisms through their function in nucleus and mitochondria, respectively. As similar protective programs might be orchestrated by other sirtuins, it remains to be determined whether SIRT2, which is the main cytoplasmic sirtuin strongly downregulated in aged HSCs as well (Chambers et al., 2007), is involved in stem cell maintenance, and possibly, new pathways crucial for stem cell maintenance remain to be identified.

11.  Kalorirajoitus ja kantasolut

Kalorirajoitus on vahvin dietäärinen interventio elämänpituuden lisäämisessä ja se viivästää ikään assosioituvien tautien alkamista ja niihin luetaan syöpä (1999), 2010, 2014). On hyväksyttyä tietoa, että kalorirajoituksen suotuisat vaikutukset saattaisivat osittain olla yhteydessä ainakin merkitsevältä osalta epigeneettisesti uudelleenohjelmoituun kantasoluisuuteen pitkittämällä kantasolunkaltaisissa tiloissa olevien solujen kapasiteettia proliferoitua, erilaistua ja korvata kypsiä soluja aikuisen ikääntyneessä kudoksessa. Tämä tieto perustuu hematopoieettisista (HSC) kantasoluista tehtyihin tutkimuksiin, joissa on osoitettu kalorirajoituksen kykenevän pitämään yllä kantasolufunktiota (2008) sekä tutkimuksiin nuorien ja vanhojen eläinten lihaksesta, joissa kalorirajoitus lisäsi kantasolusaatavuutta ja. aktiivisuutta (2012) sekä kokeista ikääntyvillä hiirillä, joilla  kalorirajoitus lisäsi hippokampin neuraalisten kantasolujen ja progeniittorisolujen proliferoitumista (2012).

• Calorie restriction and stem cells
• CR is one of the most potent dietary interventions for increasing lifespan and delays the onset of age‐related diseases including cancer (Wanagat et al., 1999; Longo & Fontana, 2010; Colman et al., 2014). It is accepted that its beneficial effects might relate, at least in some significant part, to epigenetically reprogramming stemness while prolonging the capacity of stem‐like cell states to proliferate, differentiate, and replace mature cells in adult aging tissues. This is based on studies showing that CR may maintain stem cell function of HSCs (Ertl et al., 2008), enhance stem cell availability and activity in the muscle of young and old animals (Cerletti et al., 2012), and increase hippocampal neural stem and progenitor cell proliferation in aging mice (Park et al., 2013b).

Ottaen huomioon, että sirtuiinit ovat nikotinamidista (NAM) riippuvia proteiinideasetylaaseja , jotka suoraan aktivoituvat kalorirajoituksesta voitaisiin väittää, että ne saattavat välittää joitain kalorirajoituksen suotuisista vaikutuksista aikuisen somaattisten kudosten normaaleihin kantasoluihin. Kuitenkin tämä on jokseenkin tutkimatonta tieteen alaa ja puuttuu kokeellista näyttöä, joka puoltaa tai vastustaa hypoteesia.
Aivan vähän aikaa sitten raportoitiin, että SIRT1 on tarpeen ohutsuolen kantasolun (ISC) (levittäytymis)kasvuun  kalorirestriktiossa. Tarkemmin sanottuna kalorien rajoitus johtaa p70ribosomaalisen S6-kinaasin deasetyloitumiseen, kun SIRT1-aktivoituu, ja siitä taas edistyy mTORC1- fosforylaatio. Tällainen signaalivastemekanismi välittää sekä proteiini synteesin lisääntymistä että ohutsuolen kantasolujen lukumäärän kasvua , vaikka mTORC-signalointi kääntyy kalorirestriktiosta vähenemään erilaistuneemmissa soluissa (2016).

• Considering that sirtuins are NAD‐dependent protein deacetylases directly activated by CR, it could be proposed that they may mediate some of the beneficial effects of CR on normal stem cells in adult somatic tissues. However, this is a relatively unexplored area of research and there is lack of experimental evidence to either support or counter this hypothesis. Only very recently, it was reported that SIRT1 is necessary for the expansion of intestinal stem cells (ISCs) upon CR. More specifically, CR results in deacetylation of p70 ribosomal S6 kinase due to SIRT1 activation, which consequently promotes its phosphorylation by mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1). This signal‐response mechanism mediates the increase in both protein synthesis and number of ISCs, even as mTOR signaling is turned down by CR in more differentiated cells (Igarashi & Guarente, 2016).

Samoin tiedetään vain vähän sirtuiinien välitystehtävistä kalorirajoituksen indusoimissa vaikutuksissa tumorigeneesissä. Kuten aiemmin mainittu , useissa tutkimuksissa syöpä on ikään liittyvien tautien joukossa niitä, jotka vastaavat viivästyneellä alulla kalorirajoitukseen (1994, 2002.2003). Täten on jokseenkin hämmästyttävää, että puuttuu kokeellista tietoa, joka kohdistuisi sirtuiinien osuuteen kalorirajoituksen inhibitorisessa vaikutuksessa tumorigeneesiin.
Mitä sirtuiini SIRT1:een tulee, joka on ainoa sirtuiini, jota tähän mennessä on tutkittu tarkemmin, sen yli-ilmentämisellä ei ole onnistuttu saamaan aikaan anti-syöpävaikutuksia, kun on käytetty joka toisen päivän paastoa, mikä on yksi kalorirajoituksen muoto. Tästä päätellään, että SIRT1:n osuus kalorirajoituksen tehossa saattaa olla rajallinen syövässä (2011).
 Epäilemättä tulevaiset tutkimukset ovat tarpeen selvitettäessä tarkemmin sirtuiinin osuutta tällaisella tutkimusasetelmalla.
 Kuitenkin on hyvin kiinnostava kysymys, säätelevätkö sirtuiinin johtamat funktiot syöpäkantasoluja vai ei-syöpäkantasoluja ottaen huomioon, että syöpä katsotaan nykyään kantasolusairaudeksi. Tätä käsitystä tukee myös tuore näyttö , joka valaisee kalorirestriktion vaikutusta syöpäkantasolun ainutlaatuisiin piirteisiin kuten EMT:hen: (2012), proteiinisynteesiin (2015), aineenvaihdunnalliseen plastisuuteen (2016) ja HIF-tien tärkeyteen aineenvaihdunnan säätelyssä, solun hypoxiavasteessa ja kantasoluisuudessa (2010, 2014), jotka prosessit jo aiemmin on osoitettu säätyvän sirtuiineilla. Toivotaan, että tuleva tutkimus antaa valoa taustamekanismiin, mikä piilee kalorirajoituksen, sirtuiinien ja kantasolujen vuorovaikutuksissa.

• Similarly, little is known about the role of sirtuins as mediators of the CR‐induced effect on tumorigenesis. As previously mentioned, cancer was among the age‐related diseases which exhibited a delayed onset in response to CR in several early studies (Hursting et al., 1994; Berrigan et al., 2002; Mai et al., 2003). Thus, it is rather surprising that there is a lack of experimental data to address the contribution of sirtuins in the inhibitory effect of CR on tumorigenesis. Regarding SIRT1, which is the only sirtuin studied so far, its overexpression failed to influence the anticancer effects of every‐other‐day fasting (a variation in CR), suggesting that SIRT1 may play a limited role in the effects of CR on cancer (Herranz et al., 2011). Undoubtedly, future studies are necessary to check more thoroughly the role of sirtuins under this setting. However, it seems a very intriguing question to ask whether sirtuin‐directed functions may regulate either CSCs or non‐CSCs, given that cancer is now viewed as a stem cell disease. This is further supported by recent evidence highlighting the effect of CR on unique characteristics of CSCs such as EMT (Dunlap et al., 2012), protein synthesis (Lamb et al., 2015), metabolic plasticity (Peiris‐Pages et al., 2016), as well as the importance of the HIF pathway in regulating metabolism, cellular responses to hypoxia and stemness (Lim et al., 2010; Zhong et al., 2010; Yun & Lin, 2014), which are all processes previously shown to be regulated by sirtuins. It is hoped that future research will shed light on mechanisms underlying the interplay between CR, sirtuins, and stem cells.

12. Päätelmä/Tulevat suunnat

Conclusion/Future directions

SIRTUIINEISTA kertyneen näytön mukaan ne voitaneen asettaa kantasoluisuuden, ikääntymisen ja syövän risteyksiin. Tämä perustuu funktioiden paljouteen, joilla ne säätelevät sekä normaaleja kantasoluja että syöpäkantasoluja. Kuitenkin selvää on, että olemme vasta alkamassa arvostaa sirtuiiniperheen eri jäsenten säätelemien spesifisten prosessien tunnistamisen tärkeyttä kudos- solu ja geenispesifisissä yhteyksissä. Tämä saattaisi olla välttämätöntäkin, jotta saataisiin parempaa käsitystä sirtuiinien tehtävistä ja voitaisiin täyttää tällä kentällä ilmeneviä tiedonaukkoja..
 -Aiemmat tutkimukset ovat käyttäneet kohdennettua lähestymistapaa sirtuiinien säätelymekanismien selvittelyyn: Miten sirtuiinit säätelevät signaaliteitä, prosesseja, jotka on jo osoitettu kantasoluisuudessa? Onko aiemmin hyvin selvitetyillä sirtuiinifunktioilla jotain merkisevää osaa syöpäkantasoluissa?
Enemmän mekanistisia oivalluksia voitaisiin saada kokeellisen lähestymisen tietä: ”it could be proposed that implementation of unbiased high‐throughput experimental approaches would provide more mechanistic insights”.
 Proteomitutkimuksin onkin tunnistettu sirtuiinispesifisiä interaktioita tekeviä proteiineja ja susbtraatteja. SIRT2 omaa säätelyllistä osuttaa anafaasikompleksiin (APC/C) mitoosin aikana ja se havaittiin proteomitutkimuksissa; SIRT2 teki interaktion APC/C proteiinin ja APCaktivaatoreiden Cdc20 ja Cdh1 kanssa (2011).
 Äskettäin havaittiin proteomitekniikalla sirtuiinin mitokondriaaliset interaktiomaisemat ja tällä kokeellisella lähestymistavalla voidaan edelleen  havaita uusia funktiota ja subtraatteja (2016). Täten voitaisiin ehdottaa samanlaisia lähestymistapoja kantasolu- ja progeniittorisolu- tai syöpäkantasolututkimuksille sirtuiinien uusien funktioiden tunnistamiseksi.

Nykyedistyminen on mahdollistanut asetylomitutkimukset erilaisissa kokeellisissa tiloissa, mistä on selvinnyt, että asetylaatiolla  on  yhtä laaja yleisyys posttranslationaalisena modifikaationa (PTM) kuin fosforylaatiolla (2009, 2014) .

• Emerging evidence suggests that sirtuins could be placed at the crossroads of stemness, aging, and cancer. This is based on the plethora of functions they regulate both in normal stem cells and in CSCs. However, it is clear that we are just starting to appreciate the importance of identifying specific processes regulated by the different members of the sirtuin family in a tissue‐, cell type‐, and genetic‐specific context. This might be necessary in order to gain a better understanding of their role and fill current knowledge gaps in the field. With this in mind, it is worth mentioning that most of the previous studies, including the published papers presented in this review article, have followed a targeted approach regarding elucidation of mechanisms regulated by sirtuins. To do so, they were focused on either unraveling how sirtuins regulate signaling pathways/processes already implicated in stemness or exploring whether previously well‐established functions of sirtuins play a significant role in stem cells. Toward this direction, it could be proposed that implementation of unbiased high‐throughput experimental approaches would provide more mechanistic insights. Proteomics have been employed in the past to identify sirtuin‐specific interacting proteins and substrates. The regulatory role of SIRT2 on anaphase‐promoting complex (APC/C) during mitosis was identified based on a proteomics approach that revealed its interaction with proteins of the complex including the APC activator proteins Cdc20 and Cdh1 (Kim et al., 2011). Recently, proteomics were used to elucidate the mitochondrial sirtuin protein interaction landscape showing that this experimental approach can uncover novel functions and/or substrates (Yang et al., 2016).
• Thus, it could be suggested that similar approaches on stem and progenitor cells or CSCs would identify novel functions of sirtuins. Furthermore, recent advances in high‐resolution mass spectrometry‐based proteomics have enabled the study of the acetylome under different experimental conditions establishing acetylation as an equally widespread PTM as phosphorylation (Kim et al., 2006; Choudhary et al., 2009, 2014).

Samankaltqaiset  lähestymistavat ovat tehneet mahdolliseksi sirtuiinin spesifisten deasetylaatiokohteiden tunnistamisen (2013,2014) . Niinpä asetylomin tutkiminen kantasolu/ progeniittorisolu- ja syöpäsoluyhteyksissä voisi paljastaa uusia funktioita ja substraatteja, jotka säätyvät posttranslationaalisesti (PTM).
Samoin sirtuiinin epigeneettisesti säätelemät kohdegeenit voidaan yksityiskohtaisesti luonnehtia, jolloin tällä  tutkimusalueella  voidaan   hahmottaa uusia suuntia ja saadaan täydennystä aiempiin laajoihin tutkimuksiin , joissa on analysoitu transkriptomi, DNA-metylomi ja histonimodifikaatioita (2014) kantasolussa. Näistä tullaan  vielä saamaan uusia oivalluksia sekä ikääntymisestä että syövästä.

• Given that similar approaches have enabled the identification of sirtuin‐specific deacetylation targets (Hebert et al., 2013; Vassilopoulos et al., 2014), it would be reasonable to suggest that studying the acetylome in the context of stem cells/progenitors or CSCs would reveal novel functions/substrates regulated at the post‐translational level.

In a similar way, a detailed characterization of target genes epigenetically regulated by sirtuins in specific subcellular populations could help shape new directions in this field and complement previous comprehensive studies focused on the analysis of the transcriptome, DNA methylome, and histone modifications (Sun et al., 2014) in stem cells. Collectively, such studies will provide novel insights into both aging and cancer.

Funding

A. Vassilopoulos was supported by R01CA182506‐01A1 and the Lynn Sage Foundation.

Conflict of interest
The authors have no conflict of interests to declare.

References

Citing Literature

Volume16, Issue6
December 2017
Pages 1208-1218