乙酰化酶 3; SIRT3

SIR2，酿酒酵母，同系物样 3； SIR2L3

HGNC 批准的基因符号：SIRT3

细胞遗传学位置：11p15.5 基因组坐标（GRCh38）：11:215,030-236,931（来自 NCBI）

▼ 说明

NAD（+）依赖性脱乙酰酶和单 ADP 核糖基转移酶的乙酰化酶家族控制着多种细胞过程，例如衰老、新陈代谢和基因沉默。 SIRT3 作为线粒体脱乙酰酶发挥作用（Lombard 等人总结，2007）。

▼ 克隆与表达

酵母 Sir2（沉默信息调节因子 2）蛋白（Shore 等人，1984）调节表观遗传基因沉默，并且作为可能的抗衰老作用，抑制 rDNA 重组。涉及细菌 Sir2 样基因 cobB 的研究表明，Sir2 可能编码吡啶核苷酸转移酶。通过计算机和PCR克隆技术，Frye（1999）获得了编码5个人类Sir2样基因的cDNA序列，他们将其称为管道化酶-1至-5（SIRT1至SIRT5）。 SIRT1（604479）序列与酿酒酵母 Sir2 蛋白具有最接近的同源性，而 SIRT4（604482）和 SIRT5（604483）更类似于原核的项链化酶序列。 PCR分析表明，5种人类软骨化酶在胎儿和成人组织中广泛表达。

Schwer 等人通过对人脾 cDNA 文库进行 PCR 检测（2002）克隆了SIRT3。推导的 399 个氨基酸蛋白包含 N 端线粒体靶向信号和中央催化结构域。荧光标记的 SIRT3 定位于转染 HeLa 细胞的线粒体。人胚胎肾细胞的蛋白质印迹分析检测到约 44 和 28 kD 的内源性 SIRT3 肽。

Scher 等人使用免疫荧光分析（2007）表明全长 SIRT3 定位于 HeLa 细胞核和线粒体。

通过对小鼠组织进行蛋白质印迹分析，Lombard 等人（2007）发现 Sirt3 在富含线粒体的组织中高度表达：脑、心脏、肝脏和棕色脂肪组织。亚细胞分离显示 Sirt3 定位于线粒体。

▼ 基因功能

坦尼等人（1999）表明酵母 Sir2 蛋白可以在体外将标记的磷酸盐从烟酰胺腺嘌呤二核苷酸转移到其自身和组蛋白上。 Sir2 的修饰形式源自其自身修饰活性，可被抗单 ADP 核糖抗体特异性识别，表明 Sir2 是一种 ADP 核糖基转移酶。 Sir2 中系统发育不变的组氨酸（his364 突变为 tyr）消除了其体外酶活性和体内沉默功能。然而，突变蛋白以类似于野生型 Sir2 的方式与染色质和其他沉默因子相关。这些发现表明 Sir2 含有 ADP-核糖基转移酶活性，这对于其沉默功能至关重要。

尽管 SIRT3 基因位于 11p15.5 上的一个大印记基因域中，但并未被印记，Onyango 等人（2002）发现它定位于线粒体，在独特的 N 端肽序列内具有线粒体靶向信号。编码的蛋白质还被发现具有 NAD（+）依赖性组蛋白脱乙酰酶活性。这些结果表明了一种以前未被识别的负责软骨化酶功能的细胞器，以及 SIRT3 在线粒体中涉及蛋白质脱乙酰化的作用。

施韦尔等人（2002）检测了人胚胎肾细胞线粒体部分中的内源性 SIRT3，发现它具有特定的 NAD 依赖性脱乙酰酶活性。 SIRT3 的线粒体输入依赖于富含碱性残基的 N 末端两亲性 α 螺旋。 SIRT3 在线粒体基质中被蛋白水解加工成 28 kD 产物，并且使用重组线粒体基质加工肽酶（MPP；参见 603131）在体外重构该加工过程。突变分析表明 SIRT3 在 arg99 和 arg100 之间被切割。 SIRT3 的未加工形式没有酶活性，在 MPP 裂解后在体外完全激活。

谢尔等人（2007）表明 SIRT3 的全长和加工形式在体外都具有很强的 NAD（+）依赖性组蛋白脱乙酰化活性，对 H4 的 lys16 具有特异性（参见 602822），并且在较小程度上对 H3 的 lys9 具有特异性（参见 602810）。当 SIRT3 被招募到其启动子时，可以抑制体内靶基因的转录。在细胞应激（例如 DNA 损伤和紫外线照射）以及 SIRT3 过表达后，全长 SIRT3 从细胞核转运至线粒体。转运受到核输出抑制剂瘦霉素 B 的抑制。

▼ 测绘

Frye（1999）指出 SIRT3 基因包含在来自 11p15.5 区域的 YAC 克隆（GenBank AF015416）中。

▼ 分子遗传学

贝利齐等人（2005）鉴定了 SIRT3 基因内含子 5 中 72 bp 重复核心的可变数量串联重复（VNTR）多态性。等位基因在重复次数和 GATA3（131320）或 δ-EF1（TCF8; 189909）调控位点的存在方面都存在差异。瞬时转染实验证明VNTR区域具有等位基因特异性增强子活性。贝利齐等人（2005）对 945 名 20 至 106 岁个体样本中的等位基因频率作为年龄函数进行了分析，发现完全缺乏增强子活性的等位基因在 90 岁以上的男性中几乎不存在。 VNTR 等位基因与长寿之间的关联仅限于男性，因为在年轻或年长女性之间的基因型或等位基因库中没有观察到差异。

▼ 动物模型

伦巴第等人（2007）发现 Sirt3 -/- 小鼠以预期的孟德尔比例出生，发育正常，并且与野生型没有区别。 Sirt3 -/- 小鼠在进食和禁食条件下代谢均不显着，并且表现出正常的适应性产热作用。

安等人（2008）发现 Sirt3 -/- 小鼠与野生型小鼠没有区别。然而，Sirt3 -/- 小鼠的心脏、肾脏和肝脏以及 Sirt3 -/- 胚胎成纤维细胞显示基础 ATP 水平降低。在缺乏 Sirt3 的情况下，电子传递链复合物 I 的多个成分表现出乙酰化作用增强。 Sirt3 -/- 小鼠的线粒体表现出对复合物 I 活性的选择性抑制，并且外源 Sirt3 与突变线粒体的孵育增强了复合物 I 活性。安等人（2008）得出的结论是 SIRT3 调节和维持基础 ATP 水平。

Hirschey 等人在小鼠中（2010）证明，禁食期间肝脏和棕色脂肪组织中 Sirt3 的表达上调。禁食期间，与野生型小鼠的肝脏相比，缺乏 Sirt3 的小鼠的肝脏具有较高水平的脂肪酸氧化中间产物和甘油三酯，这与脂肪酸氧化水平降低有关。线粒体蛋白的质谱分析显示，在 Sirt3 不存在的情况下，Lcad（609576）在赖氨酸 42 处高度乙酰化。 Lcad 在野生型小鼠中在禁食条件下以及在体外和体内被 Sirt3 脱乙酰化； Lcad 的过度乙酰化降低了其酶活性。缺乏 Sirt3 的小鼠在禁食期间表现出脂肪酸氧化紊乱的特征，包括 ATP 水平降低和不耐冷。赫希等人（2010）得出的结论是，他们的研究发现乙酰化是线粒体脂肪酸氧化的一种新的调节机制，并证明 Sirt3 调节禁食期间线粒体中间代谢和脂肪酸的使用。

染谷等人（2010）证明，野生型小鼠的热量限制减少了多个组织中的氧化 DNA 损伤，并预防了与年龄相关的听力损失。相比之下，Sirt3 缺失小鼠中的这些表型并未因热量限制而改变。细胞研究表明，SIRT3 直接去乙酰化，从而激活异柠檬酸脱氢酶-2（IDH2; 147650），这是一种在线粒体中将 NADP+ 转化为 NADPH 的酶。为了响应热量限制，SIRT3 刺激 IDH2 活性，导致 NADPH 水平增加，还原型谷胱甘肽水平增加，而还原型谷胱甘肽是细胞中主要的抗氧化防御系统。 SIRT3 和/或 IDH2 的过度表达会增加 NADPH 水平并保护培养细胞免受氧化应激。这些发现提供了确凿的证据，表明热量介导的氧化损伤减少和常见的与年龄相关的表型的预防需要哺乳动物中喉咙化酶家族的成员。