В течение последних 15 лет действие сиртуинов (Sirtuins, SIRTs — silent information regulators) связывают с процессом старения клетки. Интерес к изучению роли сиртуинов в репродуктивной физиологии растет на протяжении последних нескольких лет.

Цель работы — сбор, анализ и обобщение данных литературы о роли сиртуинов в регуляции овариальной функции.

Функциональное состояние яичников, или осуществление овариальной функции, является основным детерминантом репродуктивной функции у женщин, обеспечивая резерв половых клеток, которые образованы до или вскоре после рождения девочки [1].

В течение периода репродуктивной жизни женщины овариальный резерв яичника постепенно уменьшается. В период полового созревания яичник насчитывает 300 000 первичных фолликулов, содержащих ооциты, приостановленные в профазе первого деления мейоза (стадия ЗП — зародышевого пузырька), которые периодически привлекаются в фазу роста и дифференцировки [2, 3].

Во время фолликулогенеза ооцит подвергается ряду генетических, эпигенетических и цитоплазматических изменений для оплодотворения и дальнейшего развития нормального потомства. В этот процесс задействован непрерывный обмен между ооцитами и клетками гранулезы, которые обеспечивают координацию яичника под влиянием паракринных и эндокринных факторов [4, 5].

Старение яичников — процесс постепенной утраты количества и качества овариальных фолликулов. Размер ооцитарного/фолликулярного пула существенно снижается с возрастом, с заметным увеличением скорости в возрасте 37—38 лет. С наступлением менопаузы ресурс уменьшается до тысячи или меньше фолликулов, такое количество уже недостаточно для поддержания циклического гормонального процесса, необходимого для регуляции овуляции. Функциональное угасание яичников при старении также характеризуется снижением способности производить ооциты, компетентные для оплодотворения и дальнейшего развития (так называемые «aged oocytes») [6].

«Свободнорадикальная теория старения» (1956) эволюционировала в теорию старения оксидативного стресса (2008) и предполагает, что такие необратимые побочные продукты метаболизма, как активные формы кислорода (АФК), постоянно генерируются в клетках, в основном электронно-транспортной цепью митохондрий. Если такие реактивные химические вещества не будут эффективно нейтрализовываться, могут возникать оксидативные повреждения биомолекул [7].

После свободнорадикальной теории старения яичников, предложенной Tarin (1995), биологические и клинические исследования представили многочисленные доказательства того, что увеличение уровня АФК может способствовать атрезии фолликулов и старению ооцитов в яичниках. Так, оксидативный стресс, который генерируется дисфункцией митохондрий, считается основной причиной нарушений в созревании и оплодотворении яйцеклеток [8, 9].

Учитывая высокую реактивность и короткий период полураспада АФК, измерение их уровня в микросреде фолликулов привело к противоречивым результатам о роли АФК в поддержании фертильности [10].

Данные об участии оксидативного стресса в развитии фолликулов в яичнике были получены при исследовании кумулюсных [11] и гранулярных клеток [12, 13].

J. Lim и U. Luderer [14] обнаружили значительное увеличение с возрастом количества оксидативно-поврежденных липидов, белков и ДНК в разных отделах яичников, включая гранулярные клетки.

Установлено, что ферментативная активность и уровень супероксиддисмутазы (СОД) уменьшаются с возрастом, а низкий уровень активности СОД связывают с неудачными результатами в IVF технологиях [15].

Показано, что этиология оксидативного стресса связана с нарушением возрастной васкуляризации (кровоснабжения) фолликулов [10]. Считают, что факторы, вызывающие расстройства микросреды яичников, могут влиять на сосуды стромы яичников, рост и развитие фолликулов, нарушать эффективность системы антиоксидантной ферментативной защиты [16].

Несмотря на то что участие оксидативного стресса в старении яичников является точно установленным, на сегодняшний день все еще недостаточно доказательств возможной пользы от применения антиоксидантов. Актуальными становятся исследования субъектов, играющих потенциальную роль в модуляции редокс-баланса и его нарушения в яичнике при старении.

Сиртуины (Sirtuins — silent information regulators), так ранее называли III класс никотинамид-аденин-динуклеотид (НАД⁺)-зависимые гистоновых деацетилаз (class III nicotinamide adenine dinu-cleotide (NAD⁺) dependent histone deacetylases — HDACs), хотя они могут использовать различные субстраты, включающие структурные белки, ферменты и гистоны [17, 18].

После открытия SIRT2 у дрожжей (1984) сиртуины идентифицировали у прокариот и многоклеточных [19].

На сегодня идентифицировано семь представителей семьи Sirtuin у млекопитающих (SIRT 1—7), и каждый имеет специфическую внутриклеточную локализацию, функции и субстратную специфичность [20]. Среди SIRT 1—7 все, кроме SIRT4, проявляют деацетилазную активность, тогда как для SIRT4 установлена только АДФ-рибозилтрансферазная активность (ADP-ribosyltransferase catalytic activity) [21].

Установлено присутствие SIRT1 и SIRT2 в ядре и цитоплазме; SIRT3, SIRT4 и SIRT5 — исключительно в митохондриях, SIRT6 и SIRT7 — только в ядре [17, 22]. Исследования сиртуинов млекопитающих сосредоточены в основном на SIRT1.

Все сиртуины удаляют из клеточных белков преимущественно ацетильные группы, и такая посттрансляционная химическая модификация существенно влияет на локализацию и функции белков. В этом процессе ацетильная группа из ацетилированного субстрата переносится на АДФ-рибозный участок НАД, высвобождая 2-O-ацетил-АДФ-рибозу, никотинамид и ацетилированный субстрат в качестве продуктов [23]. Так как изменение в соотношении НАД⁺/НАДН определяет активность сиртуинов, все члены этого семейства могут играть важную роль в энергетическом статусе клетки [24].

В течение последних 15 лет действие сиртуинов связывают с процессом старения клетки [25, 26]. Так, фибробласты человека, обработанные сублетальными концентрациями перекиси водорода (hydrogen peroxide), показывают остановку клеточного цикла, НАД ⁺-истощение, снижение активности Sirtuins и ускорение клеточного старения [27].

Исследования участия сиртуинов в регуляции фертильности переходят на новый виток с появлением мышей, несущих нулевой аллель по SIRTs (2003). Так, SIRT1-дефицитные мыши бесплодны, хотя данные о влиянии дефицита SIRT1 на репродуктивный фенотип все еще вызывают споры [28—30]. SIRT3-интерференция негативно сказывается на активности митохондрий и синтезе АТФ [31]. SIRT3-индуцированные нокаутные эмбрионы имеют дефекты развития [32].

В поисках стратегий, направленных на предотвращение оксидативного повреждения яичников, активно изучается роль сиртуинов. У млекопитающих экспрессия сиртуинов установлена в яичниках, гранулярных клетках, ооцитах и эмбрионах [32—34].

Известно, что в яичниках крыс рапамицин (rapamycin) подавляет переход примордиальных фолликулов к созреванию [35] и через активацию SIRT1 и SIRT6 может поддерживать овариальный резерв [36].

Ограничение калорийности путем активации SIRT1 благоприятно влияет на функциональное состояние яичников. Тогда как в яичниках животных, находящихся на диете с высоким содержанием жиров, угнетение SIRT1 приводит к фолликулярным потерям [37].

На линиях клеток гранулезы человека KGN и COV434 выявлено, что звено SIRT1-FOXL2 играет определенную роль в прохождении клеточного цикла [38]. Так, ингибирование SIRT1 никотинамидом задерживает стадию G1 (подавляет пролиферацию), а дозозависимое деацетилирование FOXL2 — репарацию ДНК [38].

Данные, полученные на гранулярных клетках свиньи, указывают на то, что SIRT1 стимулирует пролиферацию клеток, способствуя накоплению циклина В1 и Cdc2/p34. Кроме того, взаимосвязь между SIRT1, NF-kB/р50 и NF-kB/р65 в трансфецированных клетках является релевантной к контролю пролиферации и секреторной активности гранулярных клеток свиньи [39]. В гранулярных клетках свиньи, культивируемых в возрастающих концентрациях ФСГ, происходит накопление как SIRT1, так и NF-kВ. Таким образом, развитие гранулярных клеток зависит от баланса между тормозящим и стимулирующим воздействием на SIRT1 [40]. Считают, что SIRT1 является необходимым для нормального развития гранулярных клеток [41].

Известно, что метформин (MetF — сенсибилизатор инсулина) повышает соотношение НАД⁺/НАДН и активность SIRT1 в зависимости от дозы. Исследования, проведенные на гранулярных и кумулюсных клетках человека, показывают, что SIRT1 участвует в ответе клеток яичников на MetF [42]. Есть данные о том, что действие MetF на SIRT1 влияет на экспрессию висфатина (visfatin — цитокиновый гормон и фермент), что ограничивает скорость биосинтеза НАД, участвующего в метаболических (ожирение, сахарный диабет 2-го типа) и иммунных нарушениях [43].

С использованием ресвератрола показано, что SIRT1 может играть ключевую роль в активации стероидогенеза, связанную с лютеинизацией и окончательным дифференцированием гранулярных клеток у крыс. Эти данные доказывают непосредственное участие SIRT1 в стимуляции секреции гормонов яичника [44]. Таким образом, стимуляция SIRT1 с помощью ресвератрола могла бы быть потенциально полезной в лечении дефицита лютеиновой фазы.

Известно, что SIRT3 играет роль в процессах фолликулогенеза и лютеинизации в гранулярных клетках, возможно, действуя в качестве сенсора и регулятора уровня АФК и митохондриальных функций.

Показано, что SIRT3 увеличивает окислительное фосфорилирование через деацетилирование митохондриальных ферментов (такие как глутаматдегидрогеназа), участвующих в цепи переноса электронов [45].

Сообщается об уменьшении экспрессии SIRT3 в зависимости от возраста женщины и резерва яичников в гранулярных и кумулюсных клетках человека. Такое снижение ассоциировано с более низкой активностью деацетилированной формы глутаматдегидрогеназы, которая участвует в изменении метаболизма фолликулярных клеток при старении [46].

Недостаточность SIRT3 приводила к угнетению стероидогенеза и, таким образом, к уменьшению секреции прогестерона в гранулярных клетках человека и линии клеток COV434 [47].

Таким образом, требуется дальнейшее изучение роли сиртуинов в гранулярных клетках млекопитающих, которые окружают ооцит и играют важную роль в дифференциации фолликула.

Все сиртуины экспрессированы в ооцитах MII, и их экспрессия постепенно уменьшается от оплодотворения до стадии бластоцисты у мышей [32].

Считают, что экспрессия SIRT1 связана с изменением конфигурации хроматина в МІ и MII ооцитах мыши [33], с оксидативным стрессом и репродуктивным старением [48]. Показано, что SIRT1 путем изменения его внутриклеточной локализации, активируя МІ перегруппировки хроматина и модуляцию антиоксидантного ферментного ответа, задействован в запуске адаптивной реакции на оксидативный стресс в ооцитах мышей [34].

Данные, полученные в экспериментах на ооцитах мыши, продемонстрировали роль SIRT1 в регуляции окислительно-восстановительной сигнализации [40]. Так, в ооцитах ген, который кодирует транскрипт SIRT1, активируется в ответ на in vitro применение H₂O₂. Предполагают, что SIRT1, как хроматинрегулирующий фактор, участвует в изменении транскрипционной активности, вызванной окислительным стрессом. Снижение с помощью специфического ингибитора Ex527 активности SIRT1 (через FOXO3A) приводит к усилению активности MnSOD гена и предотвращает увеличение ROS [48].

Известно об участии нескольких микроРНК в посттранскрипционной регуляции SIRT1 [49] в ответ на стресс в ооците мыши [50]. Данные о непрямой корреляции между уровнем экспрессии микроРНК-132 и SIRT1 поддерживают гипотезу о том, что эта микроРНК участвует в модуляции мРНК SIRT1 [49]. Показана низкая способность регулировать ген SIRT1 и уровень микроРНК-132 в ответ на окислительный стресс [34] в «старых» ооцитах. Таким образом, поиск оксидативно чувствительных микроРНК является новым аспектом адаптивного ответа на окислительный стресс в ооцитах млекопитающих.

SIRT1, как полагают, важен в период оогенеза, а не оплодотворения и раннего развития эмбриона, на что влияет SIRT3 [32]. Так, установлено снижение уровня транскриптов SIRT1 в ооцитах на стадии MII по сравнению с MI ооцитами [34]. Это согласуется с тем, что деградация специфических транскриптов происходит с завершением мейоза [51]. Таким образом, снижение активности SIRT1 в ооцитах на стадии MII служит доказательством его незначительной роли после оплодотворения.

Повышение уровня АФК подавляет активность SIRT1, влияет на процесс мейоза и сопровождается аномалиями хромосом в ооцитах, созревающих in vitro. Считают, что определенный уровень активности SIRT1 защищает ооциты от оксидативного повреждения, вызванного стрессом, связанным с культивированием in vitro. Показано, что активация SIRT1 в ооцитах старых коров может быть действенной контрмерой против их старения. Добавление в среду культивирования N-ацетил-цистеина снижает уровень АФК в ооцитах, в то время как ингибирование SIRT1 увеличивает количество аномальных оплодотворений [52].

Более низкий уровень белка SIRT2 регистрировали в ооцитах старых мышей [35]. Показано, что активность SIRT2, как и SIRT1, связана с изменениями уровня клеточного НАД [19].

Роль сиртуинов как регуляторов транскрипции генов эмбриона исследуется с 1994 г., когда было установлено, что никотинамид подавляет развитие эмбрионов мыши in vitro. Ингибитор SIRT3 способствует образованию АФК и угнетению образования бластоцисты, указывая на то, что SIRT3 выступает в качестве протективного фактора в условиях стресса во время in vitro оплодотворения и культивирования эмбрионов [32].

Считают, что р53 играет важную роль в SIRT3 сигнализации в эмбрионах мышей. Опыты с SIRT3-нокаутными эмбрионами показали, что влияние на активность SIRT3 приводит к изменению экспрессии генов и ROS-p53 пути. Также установлено, что SIRT3 совместно с SIRT1 регулирует раннее развитие эмбриона путем модулирования экспрессии определенных генов [53].

На сегодня изучение роли сиртуинов SIRT1 и SIRT3 в мейотическом созревании ооцитов является актуальным и может способствовать положительным результатам в IVF путем повышения качества ооцитов и увеличения потенциала к развитию ранних эмбрионов.

Работа выполнена в 2017 г. в рамках научной программы отдела иммунофизиологии Института физиологии им. А.А. Богомольца НАН Украины: « Исследование клеточно-молекулярных механизмов иммуноиндуцированных расстройств женской репродуктивной системы и корректирующее влияние наночастиц металлов», код государственной программной классификации 651030.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: vоz@biph.kiev.ua