Mammalian sirtuins (SIRT1-SIRT7) are a family of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+)-dependent protein deacylases that play critical roles in lifespan and age-related diseases. The physiological importance of sirtuins has stimulated intense interest in designing sirtuin-activating compounds. However, except for allosteric activators of SIRT1-catalyzed reactions that are limited to particular substrates, a general framework for the design of sirtuin-activating compounds has been lacking. Recently, we introduced a general mode of sirtuin activation that is distinct from the known modes of enzyme activation, establishing biophysical properties of small molecule modulators that can, in principle, result in enzyme activation for various sirtuins and substrates. Here, we characterize small molecules reported in the literature to activate the SIRT3 enzyme, using a variety of computational, biochemical and biophysical techniques including protein-ligand docking, molecular dynamics simulation, numerical reaction dynamics simulation, kinetic assays and thermodynamic assays with multiple substrates and protocols. In particular, we identify the mechanism of action of the compound honokiol on the human SIRT3 enzyme, modeling its effect on active site conformational degrees of freedom and demonstrating how it nonallosterically activates the human SIRT3 enzyme under physiologically relevant conditions. We show that honokiol constitutes a hit compound for the design of a new generation of nonallosteric activators that can activate SIRT3 through the proposed mechanism-based mode of activation.

中文翻译：

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非变构Sirtuin酶激活：命中化合物的表征

哺乳动物的sirtuins（SIRT1-SIRT7）是依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD +）的蛋白质脱酰基酶的一个家族，它们在寿命和与年龄有关的疾病中起关键作用。瑟土因的生理重要性已引起人们对设计瑟土因活化化合物的强烈兴趣。但是，除了限于特定底物的SIRT1催化反应的变构活化剂外，缺少设计沉默调节蛋白的化合物的通用框架。最近，我们介绍了一种不同于已知的酶激活模式的瑟土因活化的一般模式，建立了小分子调节剂的生物物理特性，从原理上讲，它们可以导致各种瑟土因和底物的酶活化。这里，我们使用多种计算，生化和生物物理技术（包括蛋白质-配体对接，分子动力学模拟，数值反应动力学模拟，动力学测定和具有多种底物和规程的热力学测定）来表征文献中报道的激活SIRT3酶的小分子。特别是，我们确定了化合物厚朴酚对人SIRT3酶的作用机理，模拟了其对活性位点构象自由度的影响，并证明了其在生理相关条件下如何非变构激活人SIRT3酶。我们显示，厚朴酚构成了新一代非变构活化剂设计的命中化合物，该非变构活化剂可以通过拟议的基于机制的活化方式活化SIRT3。使用多种计算，生化和生物物理技术，包括蛋白质-配体对接，分子动力学模拟，数值反应动力学模拟，动力学测定和具有多种底物和方案的热力学测定。特别是，我们确定了化合物厚朴酚对人SIRT3酶的作用机理，模拟了其对活性位点构象自由度的影响，并证明了其在生理相关条件下如何非变构激活人SIRT3酶。我们显示，厚朴酚构成了新一代非变构活化剂设计的命中化合物，该非变构活化剂可以通过拟议的基于机制的活化方式活化SIRT3。使用多种计算，生化和生物物理技术，包括蛋白质-配体对接，分子动力学模拟，数值反应动力学模拟，动力学测定和具有多种底物和方案的热力学测定。特别是，我们确定了化合物厚朴酚对人SIRT3酶的作用机理，模拟了其对活性位点构象自由度的影响，并证明了其在生理相关条件下如何非变构激活人SIRT3酶。我们显示，厚朴酚构成了新一代非变构活化剂设计的命中化合物，该非变构活化剂可以通过拟议的基于机制的活化方式活化SIRT3。具有多种底物和方案的数值反应动力学模拟，动力学测定和热力学测定。特别是，我们确定了化合物厚朴酚对人SIRT3酶的作用机理，模拟了其对活性位点构象自由度的影响，并证明了其在生理相关条件下如何非变构激活人SIRT3酶。我们显示，厚朴酚构成了新一代非变构活化剂设计的命中化合物，该非变构活化剂可以通过拟议的基于机制的活化方式活化SIRT3。多种底物和方案的数值反应动力学模拟，动力学测定和热力学测定。特别是，我们确定了化合物厚朴酚对人SIRT3酶的作用机理，模拟了其对活性位点构象自由度的影响，并证明了其在生理相关条件下如何非变构激活人SIRT3酶。我们显示，厚朴酚构成了新一代非变构活化剂设计的命中化合物，该非变构活化剂可以通过拟议的基于机制的活化方式活化SIRT3。模拟其对活性位点构象自由度的影响，并证明其在生理相关条件下如何非变构激活人类SIRT3酶。我们显示，厚朴酚构成了新一代非变构活化剂设计的命中化合物，该非变构活化剂可以通过拟议的基于机制的活化方式活化SIRT3。模拟其对活性位点构象自由度的影响，并证明其在生理相关条件下如何非变构激活人类SIRT3酶。我们显示，厚朴酚构成了新一代非变构活化剂设计的命中化合物，该非变构活化剂可以通过拟议的基于机制的活化方式活化SIRT3。