NADH Nedir?

NADH, indirgenmiş nikotinamid adenin dinükleotidin kısaltmasıdır. NADH, pirofosfat bağı ile adenozin 5'-fosfata bağlanmış ribosilnikotinamid 5'-difosfattan oluşan bir koenzimdir. Doğada yaygın olarak bulunur ve dönüşümlü olarak oksitlenerek (NAD+) ve indirgenerek (NADH) elektron taşıyıcısı olarak görev yaptığı çok sayıda enzimatik reaksiyonda yer alır. NADH, NAD+'nın indirgenmiş şeklidir ve NAD+, NADH'nin oksitlenmiş şeklidir 1) . NAD+ ve NADH, hücrelerde çoklu redoks reaksiyonlarına katılan glikoliz, trikarboksilik asit döngüsü (sitrik asit döngüsü) ve oksidatif fosforilasyon gibi reaksiyonlara katılır 2)

 

 

. Ek olarak, sirtuinler (sessiz bilgi düzenleyici 2 veya Sir2) ve poli (ADP-riboz) polimerazlar (PARP'ler) 3) gibi DNA hasar onarımında yer alan çeşitli enzimler için bir substrat görevi görür . İnsan serum NADH konsantrasyonunun çok az miktarda olduğu bulundu (50 nM ila 1.2 uM) 4) .

 

Nikotinamid adenin dinükleotidi (NAD+), tüm canlı hücrelerde bulunan bir koenzimdir. NAD+ (nikotinamid adenin dinükleotidi), hem indirgeme-oksidasyon reaksiyonlarını besleyen, elektronları bir reaksiyondan diğerine taşıyan enzimler için kritik bir koenzim olarak hem de sirtuinler ve poli(adenosin difosfat-riboz) polimerazlar gibi diğer enzimler için bir kosubstrat olarak hizmet eder. Hücresel NAD+ konsantrasyonları yaşlanma sırasında değişir ve NAD+ kullanımının veya üretiminin modülasyonu hem sağlık süresini hem de yaşam süresini uzatabilir.

 

NAD + /NADH oranı ayrıca glikoliz, Kreb döngüsü (trikarboksilik asit döngüsü veya sitrik asit döngüsü olarak da bilinir) ve yağ asidi oksidasyonu 5 ile ilgili olanlar gibi çeşitli metabolik yol enzimlerinin aktivitesini de düzenler . Hücre içi NAD + , L- triptofandan de novo sentezlenir , ancak ana sentez kaynağı, öncüler olarak diyet vitamin B3'ten (Niasin) kurtarma yollarıdır. NAD + , sirtuinler (sessiz bilgi düzenleyici 2), poli ADP-riboz polimerazlar (PARP'ler) ve siklik ADP-riboz sentazlar dahil olmak üzere çeşitli proteinler tarafından kullanılır. NAD + havuzu böylece NAD + biyosentetik ve NAD + arasındaki kritik bir denge tarafından belirlenir.yolları tüketiyor. Biyosentezini indükleyerek veya genetik veya farmakolojik yollarla poli ADP-riboz polimerazların (PARP'ler) ve siklik ADP-riboz sentazların aktivitesini inhibe ederek hücresel NAD + içeriğinin arttırılması sirtuin aktivasyonuna yol açar. Sirtuinler (sessiz bilgi düzenleyici 2) farklı metabolik, enerjik ve stres tepki yollarını modüle eder ve bunların aktivasyonu yoluyla NAD + , hücresel redoks durumunu sinyalleşme ve transkripsiyonel olaylarla doğrudan ilişkilendirir. NAD + seviyeleri mitokondriyal disfonksiyonla birlikte azalır ve azalan NAD + /NADH oranı mitokondriyal bozukluklarda, yaşa bağlı çeşitli patolojilerde ve yaşlanmada rol oynar.

 

 

 

Sirtuins (sessiz bilgi regülatörü 2 veya Sir2) proteinleri ailesidir evrimsel olarak muhafaza edilmiş nikotinamid adenin dinükleotid (NAD + ) lizin deasetilaz, desuccinylase, demalonylase, demyristoylase ve depalmitoylase aktivitesi barındıran bağımlı protein deacylases 6) ya da bir ADP-riboziltransferaz aktivitesi 7) . Memeliler, çekirdek (SIRT1, SIRT6 ve SIRT7), sitozol (SIRT2) ve mitokondri (SIRT3, SIRT4 ve SIRT5) gibi farklı hücre altı bölmelerinde yer alan yedi sirtuin (SIRT1–7) içerir  8)ve hücresel metabolizma ve enerji homeostazının kontrolü, yaşlanma ve uzun ömür, transkripsiyonel susturma, hücre hayatta kalması, çoğalma, farklılaşma, DNA hasar yanıtı, stres direnci ve apoptoz dahil olmak üzere çok çeşitli biyolojik işlevlerde yer alır 9) . Güncellik kazanırken NAD olduğu + bağımlı enzimler, NAD mevcudiyeti + bunların aktivitesini düzenleyen temel mekanizmalardan birisidir. Bu nedenle sirtuinler, aktiviteleri hücresel NAD + / NADH redoks durumundaki değişikliklere bağlı olduğu için hücrelerin “metabolik sensörleri” olarak hizmet eder , bu da besinlerin mevcudiyeti ve parçalanmasından büyük ölçüde etkilenir 10) . Böylece, NAD +sadece hayati bir kofaktör/koenzim değil, aynı zamanda hücre metabolik ve transkripsiyonel yanıtlarını modüle edebilen bir sinyal habercisidir. NAD + biyosentezinde ve tüketiminde yer alan yolların modülasyonu nedeniyle hücresel NAD + seviyelerinde değişiklikler meydana gelebilir . İndirgenmiş NAD + seviyeleri mitokondriyal ve yaşla ilgili bozukluklarda ve NAD edilmiştir + seviyeleri yaşla birlikte azalma ) 11 . Hücresel NAD + seviyelerinin arttırılması , sirtuinleri aktive etmek için güçlü bir araç olarak ve mitokondriyal ve ayrıca yaşa bağlı bozukluklar için potansiyel bir terapi olarak hizmet eder.

 

Şekil 1. NADH redoks reaksiyonu

 

NADH redoks reaksiyonu

Şekil 2. NADH ve NAD+ redoks metabolizması

 

NADH-NAD-redoks-metabolizması

Yaşlanma ilerledikçe nikotinamid adenin dinükleotid (NAD + ) düzeylerinin azaldığı ve yaşa bağlı metabolik gerileme ve mitokondriyal disfonksiyonda rol aldığı bilinmektedir 12 . Yüksek NADH / NAD+ oranı ayrıca her iki cinsiyetten yaşlı bireylerin NADH'yi genç yetişkinler kadar etkili kullanamadıklarını düşündürür. Bu gözlem mitokondriyal oksidasyon üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. NADH belki de yaşlı ve kadın yetişkinlerde genç bireylere göre verimli bir şekilde oksitlenmez, yani yaşlı yetişkinlerde daha az enerji havuzu (ATP). Son çalışmalar, NAD +' daki bir azalmanın , yaşa bağlı metabolik düşüşün gelişimi için kilit bir faktör olduğunu göstermiştir. Artan NAD +in vivo düzeyler, uzun ömür ve sağlık süresi ile ilgili faktörlerin aktivasyonu ile sonuçlanır. Ayrıca, doğal ve hızlandırılmış yaşlanma fare modellerinde kas fonksiyonu, egzersiz kapasitesi, glikoz toleransı ve kalp fonksiyonu dahil olmak üzere yaşlanmanın çeşitli fizyolojik ve metabolik parametrelerini iyileştirir.

 

Hücresel NAD + havuzunun, NAD sentezleyen ve NAD tüketen enzimlerin aktivitesi arasındaki denge ile belirlendiği gösterilmiştir 13) . Önceki yayınlarda, NADase CD38'in ekspresyonunun ve aktivitesinin yaşla birlikte arttığı ve CD38'in yaşa bağlı NAD düşüşü ve mitokondriyal disfonksiyon için en azından kısmen SIRT3 aktivitesinin düzenlenmesinin aracılık ettiği bir yol aracılığıyla gerekli olduğu gösterilmiştir (bakınız Şekil 3 aşağıda) 14)

 

 

. Ayrıca CD38'in in vivo olarak NAD öncüsü nikotinamid mononükleotidinin (NMN) bozunmasında rol oynayan ana enzim olarak tanımlandı . Bu, CD38'in yaşlanma ve metabolik hastalıklar için NAD değiştirme tedavisinin modülasyonunda anahtar bir role sahip olduğunu gösterir 15) . CD38 başlangıçta bağışıklık tepkisi, iltihaplanma, kanser ve metabolik hastalık gibi çeşitli fizyolojik süreçlerde anahtar rol oynayan bir hücre yüzeyi enzimi olarak tanımlandı 16) .

 

Tip 2 diyabet, adaptif metabolik yolları ezici kalori açısından zengin diyetler nedeniyle bir salgın haline geldi. Bu tür bir yolak, memeli NAD + biyosentezindeki hız sınırlayıcı enzim ve NAD + bağımlı protein deasetilaz SIRT1 olan nikotinamid fosforibosiltransferaz (NAMPT) aracılık eder . Farelerde bu çalışmada sunulan sonuçlar, nikotinamid fosforibosiltransferaz (NAMPT) aracılı NAD + biyosentezinin yüksek yağlı diyet ve yaşlanma ile ciddi şekilde tehlikeye girdiğini ve tip 2 diyabetin patogenezine katkıda bulunduğunu göstermiştir 17) . Çarpıcı bir şekilde, nikotinamid fosforibosiltransferaz (NAMPT) reaksiyonunun bir ürünü olan nikotinamid mononükleotidi (NMN) ve önemli bir NAD +orta, yüksek yağlı diyetle indüklenen tip 2 diyabet farelerinde NAD + seviyelerini geri yükleyerek glikoz intoleransını iyileştirir . Nikotinamid mononükleotid (NMN) ayrıca hepatik insülin duyarlılığını arttırır ve kısmen SIRT1 aktivasyonu yoluyla oksidatif stres, inflamatuar yanıt ve sirkadiyen ritim ile ilgili gen ekspresyonunu eski haline getirir. Ayrıca, NAD + ve NAMPT seviyeleri, yaşlanma sırasında birçok organda önemli düşüşler gösterir ve nikotinamid mononükleotid (NMN), yaşa bağlı tip 2 diyabet farelerinde glikoz intoleransını ve lipid profillerini iyileştirir 18) .

 

Güçlü ve spesifik CD38 inhibitörlerinin son zamanlardaki gelişimi 19) , NAD + replasman tedavisinin ve CD38'in işitme kaybı ve Alzheimer gibi yaşa bağlı hastalıklardaki rolünü vurgulayan yeni bulgularla birlikte 20) , NAD öncülleri ile birlikte CD38 inhibisyonunun Metabolik işlev bozukluğu ve yaşa bağlı hastalıklar için potansiyel bir tedavi işlevi görür.

 

 

 

Şekil 3. Yaşlanma sırasında CD38/NADase'deki artışlara bağlı NAD düşüşü

 

Yaşlanma nedeniyle NAD düşüşü

[Kaynak 21) ]

NAD+ biyosentezi, tüketimi ve bölümlendirme

Memeli NAD + biyosentezi, de novo ve kurtarma yolları aracılığıyla gerçekleşir ve esansiyel amino asit l- triptofan (Trp), nikotinik asit (NA), nikotinamid (NAM) ve nikotinamid ribozit (NR) 22) dahil olmak üzere dört ana substratı içerir . NAD +' nın de novo biyosentezi diyet L' den başlar-indolamin 2,3-dioksijenaz (IDO) veya triptofan 2,3-dioksijenaz (TDO) tarafından katalitik olarak N-formilkinürenin'e dönüştürülen triptofan (Trp) ve birinci hız sınırlayıcı adımdır. N-formilkinürenin daha sonra bir dizi dört enzimatik reaksiyonla a-amino-β-karboksimukonat-ε-semialdehite (ACMS) dönüştürülür ve bu kararsız ve dolayısıyla ya tam enzimatik oksidasyona ya da enzimatik olmayan siklizasyona kinolinik aside dönüşür (bakınız Şekil 4 ). İkinci hız sınırlayıcı adım, kinolinat fosforibosil transferaz (QPRT) ile kinolinik asidin nikotinik asit mononükleotite (NAMN) katalitik dönüşümünü içerir. Daha sonra NAMN, nikotinamid mononükleotid adenililtransferaz (NMNAT) enziminin üç izoformundan biri tarafından nikotinik asit adenin dinükleotidine (NAAD) dönüştürülür. İnsan NMNAT1 çekirdekte lokalizedir,23) . De novo biyosentezin son aşaması, NAAD'nin NAD sentaz (NADS) enzimi tarafından amidasyonudur (bakınız Şekil 4) 24) . De novo yol, toplam NAD + havuzuna sadece küçük bir fraksiyona katkıda bulunur , ancak önemi, diyette Trp ve NAM ara maddesinin eksikliğinin neden olduğu, diyare, dermatit, demans ve nihayetinde ölüme yol açan insan hastalığı pellagra tarafından vurgulanır 25 ) . Bununla birlikte, pellagra, L- triptofan (Trp) veya niasin (B3 vitamini) (yani nikotinik asit, nikotinamid ve nikotinamid ribozit) diyet takviyesi ile kolaylıkla tedavi edilebilir . NAD + birincil kaynağıbiyosentez, öncü olarak diyet niasini kullanan kurtarma veya Preiss-Handler yoludur (Şekil 4). Kurtarma yolu, daha sonra nikotinamid mononükleotid adenililtransferaz (NMNAT) ve NAD sentaz (NADS) enzimlerinin etkisiyle NAD +'a dönüştürülen nikotinik asit fosforibosiltransferaz (NAPT) tarafından nikotinik asidin nikotinik asit mononükleotidine katalitik dönüşümünü içerir . Nikotinamid ve nikotinamid ribozit, sırasıyla nikotinamid fosforibosiltransferaz (NAMPT) ve nikotinamid ribozit kinaz (NRK) enzimlerinin etkisiyle nikotinamid mononükleotite (NMN) dönüştürülür. Son olarak, nikotinamid mononükleotidi (NMN), nikotinamid mononükleotid adenililtransferaz (NMNAT) tarafından enzimatik olarak NAD +'ya dönüştürülür .

 

NAD +' nın hücresel bolluğu ayrıca parçalanmasıyla da düzenlenir çünkü NAD + , sirtuinler, poli ADP-riboz polimerazlar (PARP'ler) ve nikotinamid üretmek üzere NAD +' yı parçalayan siklik ADP (cADP) riboz sentazları dahil olmak üzere birçok enzim için bir bozunma substratı olarak hizmet eder ve bir ADP-ribosil ürünü 26) . Örneğin, memeli sirtuinlerinin deasetilaz aktivitesi NAD + kullanır.asetil grubunu nikotinamid ve 2'O-asetil-ADP-riboz üretmek için hedef proteinlerin ε–asetil lizin kalıntılarından ayırmak. Sirtuinler, metabolik verimliliği artırmak için hücresel adaptasyonları tetikleyen besin yoksunluğuna veya enerji eksikliğine yanıt olarak aktive edilir. Poli ADP-riboz polimerazlar, DNA hasarına (örn. DNA zinciri kopmaları) ve genotoksik strese yanıt olarak aktive edilir ve ADP riboz parçasının bir substrat proteinine transfer edildiği bir reaksiyonu katalize etmek için NAD + kullanır . cADP-riboz sentazları (örneğin CD38 ve CD157) , hücre içi bir ikinci haberci olarak hizmet eden cADP-riboz üretmek için NAD + kullanır. Poli ADP-riboz polimeraz için ve cADP-riboz sentaz ailesinin göstermek üyeleri afinitesi sergiler ve K alt m NAD için +sirtuinlerle karşılaştırıldığında, aktivasyonlarının hücre içi NAD + seviyelerini kritik bir şekilde etkilediğini ve sirtuin aktivasyonu için izin verilen bir eşiğe ulaşıp ulaşmadığını belirlediğini gösterir 27) . Birçok çalışma, PARP aktivitesi ana NAD oluşturduğu görülmüş + NAD sentezi için sürücüler hücreler katabolik aktivitesi, + novo veya kurtarma güzergâhlarını dan 28) .

 

Hücre içi NAD + seviyeleri memeli hücrelerinde tipik olarak 0,2 ile 0,5 mM arasındadır ve bir dizi fizyolojik süreç sırasında değişir 29) . Çekirdek, sitozol ve mitokondri, NAD + kurtarma enzimleri ile donatıldığından , bölmeye özgü NAD + üretimi, uygun fizyolojik yanıtı tetiklemek için farklı sirtuinleri aktive eder. NAD + /NADH seviyeleri ayrıca diyet enerjisi ve besinlerin mevcudiyetine göre değişir. Örneğin, doku NAD + seviyeleri enerji ile azalır gibi aşırı yüksek yağlı diyet  30) ve besleme düzenlenir karaciğerde 24 saat ritmi ile sirkadiyen salınımlar görüntüler 31). Memelilerde egzersiz, kalori kısıtlaması ve oruç tutma gibi enerjik stres sırasında, NAD + seviyeleri artar ve sirtuin aktivasyonuna yol açar, bu da metabolik ve yaşa bağlı sağlık yararları ile ilişkilidir (Şekil 5) 32) . Azalmış sirtuinler (örneğin SIRT1 ve SIRT3) ekspresyonu yaşa bağlı çeşitli patolojilerle ilişkilidir  33) ve bunların aşırı ekspresyonunun yaşa bağlı bozuklukların yanı sıra mitokondriyal hastalıklarda da genel mitokondriyal ve metabolik sağlığı iyileştirdiği bildirilmiştir 34) .

 

Şekil 4. NAD + biyosentez

 

NAD biyosentezi

Dipnotlar: NAD + biyosentezi için de novo ve kurtarma yollarının şematik gösterimi . Memelilerde, de novo biyosentez , bir dizi reaksiyonda enzimatik olarak kinolinik aside (QA) dönüştürülen l- triptofandan (Trp) başlar . Kinolinat fosforibosiltransferaz (QPRT) enzim aktivitesi yoluyla, QA nikotinik asit mononükleotidine (NAMN) dönüştürülür ve daha sonra nikotinamid mononükleotit adenililtransferaz (NMNAT) enzimi tarafından nikotinik asit adenin dinükleotitine (NAAD) dönüştürülür. De novo biyosentezdeki son adım, NAAD'nin NAD + üreten NAD sentaz (NADS) tarafından amidasyonudur . Kurtarma yolu NAD + içeriröncüllerinden sentez, yani nikotinik asit (NA), nikotinamid (NAM) veya nikotinamid ribozit (NR). NA, nikotinik asit fosforibosiltransferazın (NAPT) etkisiyle katalitik olarak NAMN'ye dönüştürülür. NAM, nikotinamid fosforibosiltransferaz (NAMPT) tarafından aynı zamanda nikotinamid ribozit kinaz (NRK) enzimi tarafından NR'nin fosforilasyonunun ürünü olan nikotinamid mononükleotide (NMN) dönüştürülür. Son olarak, NAMN, NMNAT ve NADS enzimlerinin etkisiyle NAD'ye dönüştürülürken, NMN, NMNAT enzimi tarafından NAD'ye dönüştürülür. NAM ve ADP-ribozil parçası üretmek için NAD +' ı parçalayan çoklu enzimler , ancak bu şekilde sadece sirtuinler gösterilmektedir

 

[Kaynak 35) ]

Şekil 5. NAD+ düzeylerini artırmak sağlık ve yaşam süresi için faydalıdır

 

NAD düzeylerini artırmak, sağlık ve yaşam süresi için faydalıdır

Dipnotlar: NAD + , sirtuinlerin enzimatik aktivitesi için hız sınırlayıcı bir kofaktördür. Hücre içi NAD + düzeylerini fizyolojik (örn. egzersiz, kalori kısıtlaması, oruç tutma) veya farmakolojik [örn. resveratrol, sirtuin aktive edici bileşikler (STAC'ler)] müdahaleleri ile artırmak ve öncüllerle takviye (örn. NA, NAM, NR) veya inhibisyon yoluyla NAD + biyosentezi indüklemek NAD +tüketen enzimler (örn. PARP-1, CD38) sirtuinlerin (örn. SIRT1, SIRT3) aktivasyonuna yol açar. SIRT1 transkripsiyonel düzenleyicileri (örn. PGC-1α, FOXO1) deasetile eder ve aktive ederken, SIRT3 ise mitokondriyal biyogenez ve fonksiyonu düzenleyen çoklu metabolik gen hedeflerini (örn. NR ya da PARP inhibitörleri ile takviyesi EPD uyararak solucan ömrünü uzatır mtSir-2.1 aktivasyonu yoluyla stres sinyali yanıtı, bu da mitokondriyal işlevi ve biyogenezi uyarmak için uyarlanabilir bir mitohormetik yanıtı tetikler. Mitohormesis veya metabolik adaptasyon ile ilişkili iyileştirilmiş mitokondriyal fonksiyon, mitokondriyal hastalıkların, yaşlanmanın yanı sıra yaşa bağlı metabolik ve nörodejeneratif bozuklukların etkisini azaltabilir. Boost NAD fizyolojik ve farmakolojik müdahaleler + seviyeleri vurgulanır sarı ve pembe üretmek bu yollar ise sırasıyla ve tüketmek / NAD azalmadan + seviyeleri vurgulanır yeşil ve kırmızı sırasıyla

 

[Kaynak 36) ]

NADH ne yapar?

NAD + ve NADP + , NADH ve NADPH (indirgenmiş nikotinamid adenin dinükleotit fosfat) dahil olmak üzere fosforile edilmiş ve indirgenmiş formları , hücresel metabolizmanın ve enerji üretiminin düzenlenmesinde hayati öneme sahiptir. NAD + , çok çeşitli metabolik reaksiyonlarda bir oksidoredüktaz kofaktörü olarak işlev görür ve sitozoldeki glikoliz ve tri-karboksilik asit (TCA) döngüsü, OXPHOS, yağ asidi ve amino asit oksidasyonu gibi bölmeye özgü yolların aktivitesini modüle eder. mitokondri. Örneğin, NAD + glikolizin gliseraldehit 3-fosfat dehidrojenaz (GAPDH) adımında NADH'ye dönüştürülür, bu yol glikozdan piruvat üreten bir yoldur 37) . Mitokondriyal bölmede, NAD +asetil-koenzim A'nın karbondioksite oksitlendiği trikarboksilik asit döngüsünde (sitrik asit döngüsü) birçok aşamada NADH'ye dönüştürülür. Mitokondriyal NADH daha sonra OXPHOS tarafından ADP'den ATP üreten bir dizi redoks reaksiyonu yoluyla ETC'deki kompleks I'e indirgeyici eşdeğerler sağlayarak oksitlenir. NAD + /NADH oranı böylece gliseraldehit 3-fosfat dehidrojenaz (GAPDH), piruvat dehidrojenaz, izositrat dehidrojenaz, a-ketoglutarat dehidrojenaz ve malat dehidrojenaz dahil olmak üzere çoklu metabolik yol enzimlerini düzenler. NAD + /NADH'nin aksine , indirgeyici bir ortamı sürdürmek için NADPH/NADP + oranları hem sitozol hem de mitokondriyal bölmelerde yüksek tutulur 38). NADPH, indirgeyici biyosentezde ve oksidatif hasara karşı hücresel savunmada kilit bir rol oynar 39) . Örneğin, NADPH, ksenobiyotikleri detoksifiye eden P450 enzimleri için bir kofaktör olarak hizmet eder, oksidatif savunma sırasında azaltılmış glutatyon seviyelerini koruyan glutatyon redüktaz için bir terminal indirgeyici olarak görev yapar ve ayrıca oksidatif patlama prosesleri sırasında salınmak üzere peroksitler üreten NADPH oksidaz için bir substrat görevi görür. bağışıklık sisteminde 40) .

 

Artan NAD+ seviyeleri mitokondriyal ve yaşa bağlı bozukluklara karşı koruma sağlar

Mitokondriyal bozukluklar, çocuklarda en yaygın kalıtsal metabolik hastalık biçimlerinden birini temsil eder 41) . Azaltılmış NAD + / NADH oranı, mitokondriyal bozukluklarda ve diyabet, obezite, nörodejenerasyon ve kanser dahil olmak üzere yaşa bağlı bozukluklarda güçlü bir şekilde rol oynar 42) . NAD + seviyeleri ayrıca solucanlar, kemirgenler ve insan dokusu dahil olmak üzere birçok modelde yaşlanma sırasında düşer 43) . Artan kanıtlar , birden fazla metabolik yol üzerinde faydalı etkiler sağlayan NAD + / sirtuin yolunu aktive ettiğinden, NAD + seviyelerinin artırılmasının klinik olarak faydalı olabileceğini düşündürmektedir .

 

NAD + üretiminin farmakolojik aktivasyonu , son zamanlarda mitokondriyal hastalıkların fare modellerini tedavi etmek için kullanılmıştır. Örneğin , farelerde SURF1, SCO2 veya COX15 genetik mutasyonlarının neden olduğu sitokrom c oksidaz (COX) eksikliğinin AMPK agonisti 5-aminoimidazol-4-karboksamid ribonükleotit (AICAR) ile tedavisi, kısmen kurtarılmış mitokondriyal işlev bozukluğu ve gelişmiş motor performansı 44) . Bu bulgular, AMPK'nin NAD + üretimini uyarması ve sonuç olarak enerji üretimini ve homeostazı destekleyen SIRT1'i aktive etmesiyle açıklanabilir 45) . NAD + oral uygulamasıön-madde, NR mitokondriyal miyopati farelerde mitokondriyal ultra yapısal anormalliklerin mtDNA silme oluşmasını önleyici ve mitokondriyal katlanmamış protein (EPD aktive mitokondriyal biogenezi arttırarak mtDNA sarmal Parıldıyor patojen mutasyon, etkili bir şekilde geciktirilmiş miyopati ilerlemesi barındıran mt ) tepkisi 46) . Ek olarak, NR takviyesi ve belirli bir PARP inhibitörü tarafından NAD + tüketiminin azaltılması, SCO2 mutasyonunun 47 neden olduğu bir COX eksikliği fare modelinde mitokondriyal solunum zinciri kusurunu ve egzersiz intoleransını önemli ölçüde iyileştirdi ) .

 

Mitokondriyal fonksiyonun iyileştirilmesinin yanı sıra, resveratrol, nikotinamid ribozit veya nikotinamid mononükleotid (NMN) ile NAD + seviyelerinin artırılması , farelerde yüksek yağlı diyetin neden olduğu metabolik bozuklukları da düzeltir 48) . Nikotinamid mononükleotid (NMN) uygulaması, diyete ve yaşa bağlı tip 2 diyabetik farelerde glukoz intoleransını ve insülin direncini iyileştirir  49) ve NAMPT eksikliği olan hayvanlarda glukoz ile uyarılan insülin sekresyonunu ve glukoz intoleransını NAD + seviyelerini 50 geri yükleyerek düzeltir . NAD + kullanan müdahaleleröncüllerin veya poli ADP-riboz polimeraz inhibitörlerinin de nöroprotektif oldukları gösterilmiştir. Örneğin, farelerde aksonal dejenerasyon ve işitme kaybına karşı korunan nikotinamid mononükleotit (NMN) veya nikotinamid ribozit öncüleri ile tedavi 51) . Kalori kısıtlaması, nikotinamid veya nikotinamid ribozid tedavisi sonrası artan NAD + seviyeleri, β-amiloid içeriğindeki artışı ve oksidatif hasarı azalttı, Alzheimer hastalığının kemirgen modellerinde bilişsel gerileme ve nörodejenerasyonu önledi 52). PARP-1 (poli ADP-riboz polimeraz 1) aktivasyonu, kseroderma pigmentosum grup A (XPA) ve Cockayne sendromu grup B dahil olmak üzere nörodejeneratif DNA onarım bozukluklarında da meydana gelir ve spesifik PARP inhibitörleri ile tedavi, XPA mutant solucanlarında ve Cockayne sendromu grubunda kusurlu fenotipleri kurtarır. sırasıyla B mutant fareler 53) . Bununla birlikte, PARP-2 (poli ADP-riboz polimeraz 2) silinmiş fareler, glukoz intoleransıydı ve pankreas işlev bozukluğu sergiledi; bu, bu sonuçların PARP inhibisyonunun diğer faydalı sonuçlarına müdahale edebileceğini ve dolayısıyla bu inhibitörlerin güvenli klinik kullanımı hakkında daha fazla araştırma yapılmasını gerektirdiğini ima etti. 54). Poli ADP-riboz polimeraz inhibitörleri oksidatif metabolizmayı güçlendirdiği ve metabolik esnekliği geliştirdiği için, bu bileşikler kanser önleyici maddeler olarak faz III denemelerinde test edilmektedir 55) .

 

Nikotinik asit ve nikotinamid öncüleri ile tedavi yoluyla artan NAD + seviyelerinin, farelerde mitokondriyal kompleks I kusuruna yanıt olarak metastazı ve meme kanseri ilerlemesini engellediği gösterilmiştir 56) . Bununla birlikte, kanser hücreleri sınırsız bir büyümeyi sürdürmek için artan merkezi karbon metabolizmasına ve biyokütle üretimine dayandığından, NAD + biyoyararlanımının azaltılmasının çeşitli tümör hücre tiplerinde antineoplastik bir etkiye sahip olduğu bildirilmektedir 57) . Sirtuinlerin kanserdeki kesin rolü, rapor edilen ikili işlevlerle tartışmalıdır, örneğin birden fazla çalışma, SIRT1, SIRT3 ve SIRT5'in farklı hücresel koşullar, tümör evresi ve menşe doku altında tümör destekleyicileri veya tümör baskılayıcıları olarak hareket edebileceğini göstermiştir.58) . Bununla birlikte, SIRT4'ün sadece bir tümör baskılayıcı fonksiyona sahip olduğu gösterilmiştir 59) . Belirli sirtuinlerin neden ve nasıl hem onkojenik hem de tümör baskılayıcı rollere sahip olduğunu ve bu ikili eylemin kanser yönetimi için en iyi nasıl kullanılabileceğini anlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.

 

Yaşlanma sırasında azalan NAD + seviyeleri, NAD + öncü takviyesi veya poli ADP-riboz polimeraz inhibisyonu yoluyla geri yüklenebilen çoklu model organizmalarda mitokondriyal işlevi tehlikeye atar . Örneğin, sırasıyla yaşlı farelerde veya solucanlarda nikotinamid mononükleotit veya nikotinamid ribozit uygulaması, NAD + seviyelerini 60'ı geri yükleyerek mitokondriyal işlev bozukluğunu tersine çevirdi ) . Ayrıca, solucanlarda nikotinamid ribozit uygulaması veya poli ADP-riboz polimeraz inhibisyonu, Sir-2.1 (solucan SIRT1 ortologu) ve mitonükleer protein dengesizliği yoluyla UPR mt yanıtını aktive ederek ömrünü uzatmış ve bu da mitokondriyal fonksiyonu iyileştirmek için bir mitohormetik yanıtı indüklemiştir (Şekil 5). ) 61). Drosophila'daki Hsp60 paralogları gibi UPR mt genlerini indüklemek aynı zamanda mitokondriyal ve yaşa bağlı kas disfonksiyonunu önledi ve böylece uzun ömürlülüğü teşvik etti 62) .

 

NAD+ seviyelerinin farmakolojik bileşiklerle modülasyonu

Fizyolojik süreçlerin yanı sıra, NAD + seviyeleri farmakolojik olarak modüle edilebilir. Resveratrol—kırmızı şarapta bulunan bir polifenolik bileşiğin , enerji sensörü AMP ile aktive olan protein kinazı (AMPK) 63 aktive ederek NAD + üretimini dolaylı olarak uyardığı gösterilmiştir ) . Artan NAD + daha sonra SIRT1 aktivitesini uyarır, bu da mitokondriyal biyogenezi ve işlevi yöneten PGC-1α ve FOXO protein ailesini aktive eder (Şekil 5) 64) . SIRT1, yaşa bağlı metabolik anormallikler üzerinde yararlı etkiler gösteren SIRT1-aktive edici bileşikler (STAC'ler) gibi küçük moleküllerin müdahalesine de uygundur 65) . NAD +NAD + biyosentetik öncüler/ara maddeler sağlanarak veya NAD + tüketen enzimleri spesifik inhibitörlerle inhibe ederek seviyeleri doğrudan yükseltilebilir (Şekil 5). Örneğin, nikotinik asit, nikotinamid ribozit veya nikotinamid mononükleotit bileşiklerinin takviyesi, hem kültürlenmiş hücrelerde hem de fare dokularında NAD + seviyelerini arttırır 66) . Nikotinamid ribozit hem çekirdekte hem de mitokondride metabolize edilebildiğinden, takviyesi nükleer ve mitokondriyal NAD + seviyelerini yükseltir , böylece sırasıyla nükleer SIRT1 ve mitokondriyal SIRT3'ü aktive eder 67) . NAD + farmakolojik aktivasyonubu nedenle, SIRT1 yolunun aktivitesini spesifik olarak uyaran SIRT1 aktive edici bileşiklerin aksine, çoklu metabolik yollar üzerinde faydalı etkilerini uygulamak için bölmeye özgü bir şekilde çoklu sirtuinin aktivitesini uyarır. Farelerin veya kültürlenmiş hücrelerin poli ADP-riboz polimeraz ve CD38'e özgü inhibitörlerle tedavisinin de sirtuinleri aktive eden NAD + seviyelerini indüklediği gösterilmiştir 68) .

 

Özet

Mevcut kanıtlara dayalı olarak, hem NAD + öncülleri hem de poli ADP-riboz polimeraz inhibitörleri , hücre kültürü ve hayvan modellerinde NAD + düzeylerini artırmak için umut verici adaylar olarak görünmektedir . Ancak, cevaplanmamış birkaç kilit soru var 69) .

 

İlk olarak, NAD + üretimini artıran farklı farmakolojik, genetik ve fizyolojik manipülasyonlar tüm sirtuin enzimlerinin artan aktivitesine mi yol açıyor yoksa özellikle bazı sirtuinlerin karşıt eylemlere sahip olabileceği gerçeği göz önüne alındığında sadece birkaç aile üyesinin aktive olup olmadığı?

İkincisi, farklı hücre altı bölmelerinde bulunan sirtuinler, enzim kinetiklerinde NAD + mevcudiyetine göre nasıl farklılık gösterir ?

Üçüncüsü, insan uygulaması için hücre içi NAD + seviyelerini yükselten bileşik ilaçların optimal dozajları, uygulama yolları, etkinliği ve biyoyararlanımı ne olabilir ?

Bunları anlamaya yönelik gelecekteki çalışmalar, belirli sirtuinlerin seçici aktivasyonunu amaçlayan terapötik stratejilerin tasarlanmasında oldukça alakalı olacaktır ve ayrıca sonuçların insan klinik uygulaması için tercüme edilmesine yardımcı olacaktır. NAD + güçlendirici ilaçların bazılarının insanlarda, kullanımlarını engelleyebilecek ve/veya yalnızca son derece yıkıcı olan kalıtsal koşullar için kabul edilebilir olabilecek olumsuz yan etkiler göstermesi olasıdır. Örneğin lipid düşürücü ilaçlar olarak kullanıldığında, nikotinik asit ve nikotinamid gibi diğer NAD + öncüllerinin istenmeyen yan etkilerinden kaçınmak için nikotinamid ribozidinin geçerli bir ikame olup olmayacağını belirlemek de önemlidir 70) .

 

Ek olarak, mitokondriyal koruyucu mekanizmalarda yer alan anahtar sinyal moleküllerini belirlemek için memeli modellerinde UPR mt yolunu in vivo olarak incelemek için gelecekteki çalışmalara ihtiyaç vardır , bu da mitokondriyal işlev bozukluğu ile ilişkili hastalıkları anlamamızı daha da ilerletecek ve yeni hedeflerin keşfedilmesine olanak sağlayacaktır. Bu yolu modüle etmek için. Son olarak, NAD + seviyelerinin yükseltilmesinin daha yüksek organizmalarda yaşam süresini uzatıp uzatmayacağı henüz belirlenmemiştir . Giderek artan kanıtlara dayanarak yapılması gereken çok şey olmasına rağmen, NAD + seviyelerinin NAD + yoluyla farmakolojik modülasyonu öncüller ve poli ADP-riboz polimeraz inhibitörleri, oksidatif metabolizmayı ve mitokondriyal biyojenezi geliştirmek için çekici ve geçerli bir strateji gibi görünmektedir ve mitokondriyal ve yaşa bağlı bozuklukların klinik yönetiminde önemli bir terapötik potansiyele sahiptir.