SIRT6-Überexpression hält das Chromatin in der Leber alternder Mäuse jung und könnte es sogar zurückspulen
Bei männlichen Mäusen verhinderte eine verstärkte Aktivität von *SIRT6* die altersbedingte Öffnung des Chromatins in der Leber und verringerte die Entzündungssignale; bei alten Mäusen stellte die AAV-vermittelte Gabe eine jugendliche Zugänglichkeit des Chromatins wieder her.
Zusammenfassung
Altern lockert das Chromatin in der Leber, was mit zunehmender Entzündung und nachlassender Stoffwechselfunktion in Verbindung gebracht wird. Forschende der Bar-Ilan University und der NIH untersuchten die Lebern männlicher Mäuse mithilfe von ATAC-seq, DNA-Methylierungsprofilen, RNA-seq und ChIP-seq. Bei normalen Mäusen wurde das Chromatin mit dem Alter insgesamt zugänglicher. Bei Mäusen, die die Histon-Deacetylase SIRT6 überexprimierten, blieben die alten Lebern einem jungen Zustand nahe. Entzündungsgene waren gedämpft, und Stoffwechselwege blieben besser erhalten. Die altersbedingte Öffnung hing mit der H3K9-Acetylierung zusammen, die SIRT6 entfernt, nicht jedoch mit der H3K56-Acetylierung. Die Gabe von SIRT6 über einen AAV-Vektor in die Lebern bereits alter Mäuse stellte die jugendliche Zugänglichkeit teilweise wieder her. Die Arbeit legt nahe, dass SIRT6 ein Ansatzpunkt für die Umkehr der epigenetischen Alterung sein könnte, wobei sie bislang auf männliche Mäuse beschränkt ist.
Detaillierte Zusammenfassung
Altern geht mit einer epigenetischen Drift einher, zu der der Verlust von Heterochromatin und veränderte Histonmarkierungen gehören. Diese Veränderungen tragen vermutlich zu der chronischen Entzündung und dem Stoffwechselrückgang bei, die in gealterten Geweben zu beobachten sind. SIRT6 ist ein im Zellkern lokalisiertes, NAD+-abhängiges Enzym, das Histon H3 an den Lysinen 9, 18 und 56 deacetyliert, und es ist ein bekannter Langlebigkeitsfaktor: Mäuse ohne SIRT6 altern vorzeitig, während Mäuse, die es überexprimieren, länger leben. Wie SIRT6 im Alter das genomweite Chromatin prägt, war bislang nicht kartiert; diese Studie schließt diese Lücke in der Leber.
Das Team verwendete bereits zuvor publizierte SIRT6-transgene C57Bl/6-Mäuse und Wildtyp-Wurfgeschwister. Untersucht wurden Lebern junger (5–7 Monate) und alter (18–21 Monate) Männchen, mit 6–8 Tieren pro Gruppe. Zu den Methoden gehörten ATAC-seq zur Messung der Chromatinzugänglichkeit, RNA-seq zur Genexpression und genomweite DNA-Methylierung. ChIP-seq wurde für Histon-Acetylierungsmarkierungen eingesetzt. Gesondert wurde ein AAV-Vektor verwendet, um SIRT6 in gealterten männlichen Mäusen zu überexprimieren.
Bei Wildtyp-Mäusen nahm die Zugänglichkeit über etwa 247.000 ATAC-seq-Peaks mit dem Alter zu, und LINE-1-Repeat-Regionen wurden besser zugänglich. Die Lebern alter SIRT6-transgener Mäuse zeigten diese globale Öffnung nicht und ähnelten stark jungen Wildtyp-Lebern. Der Effekt war altersabhängig, da junge transgene und junge Wildtyp-Mäuse ähnlich waren, auch wenn LINE-1-Regionen selbst bei jungen transgenen Tieren weniger zugänglich waren. Die Autoren definierten etwa 5.200 alterungsassoziierte Domänen (aging-associated domains, AADs). Regionen, die sich mit dem Alter öffneten, schlossen sich bei SIRT6-Überexpression tendenziell wieder, und bei Regionen, die sich schlossen, verhielt es sich umgekehrt. Auch die DNA-Methylierung wurde innerhalb geöffneter und geschlossener AADs analysiert. Laut Abstract steigerte das Altern die Expression von Entzündungsgenen und verringerte die Expression von Stoffwechselwegen, und SIRT6 kehrte beides um.
Der Abstract berichtet außerdem, dass Motive von Transkriptionsfaktoren der ETS-Familie in Regionen angereichert waren, die mit dem Alter zugänglicher werden. In Regionen, die an Zugänglichkeit verlieren, waren Motive leberspezifisch angereicherter Transkriptionsfaktoren angereichert. H3K9ac, nicht aber H3K56ac, war mit der altersbedingten Öffnung assoziiert, und SIRT6 kehrte dies um. Bei gealterten Mäusen verlangsamte die AAV-vermittelte SIRT6-Überexpression die Chromatinveränderungen nicht nur, sondern kehrte sie um und führte die Zugänglichkeit wieder in Richtung eines jugendlichen Musters zurück.
Insgesamt legt die Arbeit nahe, dass SIRT6 als Bremse der Leberalterung auf Chromatinebene wirkt, indem es die H3K9-Acetylierung verringert und den Zugang von Transkriptionsfaktoren moduliert. Das AAV-Ergebnis ist translational am interessantesten, da es nahelegt, dass bereits etablierte epigenetische Alterung umkehrbar sein könnte. Einschränkungen sind, dass die Daten von männlichen Mäusen und aus nur einem Organ stammen und dass das Hauptmodell eine lebenslange transgene Überexpression nutzt. Funktionelle Folgen wurden größtenteils aus Transkriptom- und Chromatindaten abgeleitet und nicht aus detaillierten physiologischen Ergebnissen.
Wichtigste Erkenntnisse
- Chromatin accessibility rose broadly in old male wild-type mouse livers, including LINE-1 repeat regions, while old SIRT6 transgenic livers stayed young-like.
- SIRT6 overexpression reversed age-associated chromatin changes at about 5,200 aging-associated domains, closing regions that opened with age.
- Age-related opening was linked to H3K9 acetylation, not H3K56 acetylation, and SIRT6 reversed the H3K9ac effect.
- ETS-family motifs marked regions opening with age; liver-enriched transcription factor motifs marked regions closing with age.
- AAV-mediated SIRT6 overexpression in already-old male mice rejuvenated chromatin accessibility toward a youthful state.
Methodik
Lebern von jungen (5–7 Monate) und alten (18–21 Monate) männlichen Wildtyp- und SIRT6-transgenen Mäusen (n≈6–8 pro Gruppe) wurden mittels ATAC-seq, RNA-seq, DNA-Methylierungsprofilierung und ChIP-seq für Histonacetylierung analysiert. In einem separaten Experiment wurde bei gealterten männlichen Mäusen eine AAV-basierte SIRT6-Überexpression durchgeführt, um die Umkehrbarkeit zu prüfen. Unterschiede auf Peak-Ebene wurden mittels einfaktorieller ANOVA und Tukey-Test für multiple Vergleiche bewertet.
Studienlimitierungen
Es wurden nur männliche Mäuse und ausschließlich die Leber untersucht; eine Übertragbarkeit auf weibliche Tiere, andere Gewebe und den Menschen ist daher nicht geprüft. Das Hauptmodell nutzt eine lebenslange transgene Überexpression, die sich von einer therapeutischen Dosierung unterscheidet, und die PCA zeigte nur eine mäßige Trennung der Gruppen. Die Zusammenhänge mit Transkriptionsfaktoren und Histonmodifikationen sind größtenteils korrelativ, und langfristige funktionelle Vorteile oder Effekte auf die Lebenserwartung durch eine späte AAV-Gabe wurden in den geprüften Abschnitten nicht belegt.
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