Посттрансляционные модификации (PTM) регулируют клеточные сигнальные сети, позволяя клеткам быстро реагировать на внутренние и внешние сигналы. За последние несколько десятилетий было выявлено множество различных ПТМ, играющих ключевую роль в различных процессах, но только некоторые из них были тщательно изучены, такие как фосфорилирование, ацетилирование и убиквитинация 1-3. Сосредоточившись на ацетилировании, Оллфри и др. были первыми, кто предложил роль ацетилирования гистонов в регуляции транскрипции генов около 50 лет назад. Исследования в этой области показали, что ацетилирование гистона лизина модулирует конденсацию хроматина и считается эпигенетической меткой в составе гистонового кода 5. Несмотря на то, что потребовалось много времени до открытия тубулина в качестве первой мишени для ацетилирования негистонов6, в настоящее время хорошо известно, что сотни эукариотических белков за пределами гистонов могут быть ацетилированы, а ацетилирование лизина было признано широко распространенным ПТМ, которое может соперничать по своей распространенности с фосфорилированием и убиквитинированием 7-9. Интересно, что негистонированные ацетилированные белки могут быть сигнальными молекулами в цитоплазме, факторами транскрипции в ядре и метаболическими ферментами в митохондриях, что подчеркивает важность ацетилирования в регулировании множества клеточных процессов.
Статус ацетилирования белка зависит от скоординированной и противоположной функции лизинацетилтрансфераз (KATs) и лизиндеацетилаз (KDAC), которые добавляют и удаляют ацетильные группы из белков. Обратимое ацетилирование лизина, которое включает нейтрализацию положительного заряда 10, изменяет структуру белка и, весьма вероятно, также изменяет ферментативную функцию в некоторых случаях 11-13. Сосредоточившись на KDAC, в геномах человека и мыши было идентифицировано 18 белков 14-16. Среди них сиртуины млекопитающих (также называемые гистон-лизиндеацетилазами III класса), которые отличаются от других представителей тем, что для их ферментативной функции требуется NAD+, вызвали большой интерес в этой области исследований 16. У млекопитающих было идентифицировано семь сиртуинов (SIRT1-7), каждый из которых имеет общий консервативный каталитический домен из 275 аминокислот, которые в основном классифицируются в соответствии с их субклеточной локализацией в ядре (SIRT1, 6 и 7), митохондриях (SIRT3, 4 и 5) или цитоплазме (SIRT2). SIRT1-3 обладают высокой активностью деацетилирования, в то время как SIRT4, как сообщается, проявляет активность АДФ-рибозилтрансферазы, SIRT5 может функционировать как белки десукцинилазы и демалонилазы, а SIRT6 и SIRT7 проявляют слабую активность деацетилазы, но участвуют в других типах ацилирования. В соответствии со значением ацетилирования как регуляторной модификации ПТМ, участвующей в нескольких клеточных функциях, сиртуины также участвуют в широком спектре процессов. После первых прорывных исследований, устанавливающих роль сиртуинов в увеличении продолжительности жизни, было показано, что они участвуют в различных клеточных функциях, включая репарацию ДНК, поддержание нестабильности генома, апоптоз, реакцию на стресс и воспаление, контроль энергетической эффективности, циркадных часов и метаболизма, а также способствуют инициации и/или прогрессированию возрастных заболеваний, таких как рак. нейродегенерация и сахарный диабет 2 типа 15,16.
Несмотря на значительный прогресс в области биологии сиртуинов, предстоит еще много работы, чтобы разгадать неоткрытые роли и функции через идентификацию новых субстратов. Об этом более убедительно свидетельствуют последние достижения в области протеомики с высоким разрешением, основанной на масс-спектрометрии (МС), которая значительно увеличила количество белков, обнаруженных в ацетилировании, но, что наиболее важно, идентифицировала несколько различных ацетилированных лизинов в каждом белке, утверждая, что ацетилирование может быть столь же широко распространено, как и другие ПТМ, такие как фосфорилирование 7,8,17. Учитывая, что специфические деацетилазы еще не идентифицированы для большинства этих ацетилированных белков-субстратов, разумно предположить, что для подтверждения и установления ацетилированного белка в качестве легитимного субстрата специфической деацетилазы необходимы анализы деацетилирования как in vitro, так и in vivo. В экспериментальных протоколах, описанных ниже, будет подробно рассказано о том, как проводить анализы деацетилирования in vitro и in vivo с использованием SIRT2 в качестве специфической деацетилазы.