Недавно обнаруженный механизм раскрывает роль НАД в старении и болезнях
Исследователи UiB стоят за новым открытием, которое рассказывает нам, как могут развиваться сопутствующие нейродегенеративные заболевания. В центре этого открытия находится молекула под названием НАД, или никотинамидадениндинуклеотид. Результаты были опубликованы в Nature Metabolism .
Профессор Матиас Циглер с кафедры биомедицины Бергенского университета (UiB) возглавил международную группу исследователей, проводивших исследование, и объясняет его значимость: «Самое интересное в НАД то, что эта молекула необходима для жизни, поскольку она играет важнейшую роль во всех клеточных процессах.
«Таким образом, нерегулируемые уровни НАД участвуют в процессах старения, а также во многих патологиях — от рака до диабета и нейродегенеративных заболеваний. И причина этого в том, что он занимает ключевое положение как в энергетическом обмене , так и в регуляции жизненно важных функций», — говорит он.
НАД — это как перезаряжаемая батарея
Все функции организма зависят от энергии. Без энергии мы не можем ни бегать, ни дышать, ни думать. Энергия, необходимая нашему телу или нашим клеткам для функционирования, поступает из пищи, которую мы потребляем. Питательные вещества, такие как сахар или жир, преобразуются в универсальную форму энергии, которую наши клетки могут использовать для поддержания всех энергозатратных функций.
«НАД играет центральную роль в этих преобразованиях, поскольку он функционирует как перезаряжаемая батарея. Он заряжается энергией, получаемой из пищи, и передает ее для питания всех клеточных процессов. Важная часть этой передачи энергии происходит в клеточных структурах, называемых митохондриями, которые также называют электростанцией клетки», — объясняет Циглер.
Важно, что НАД также вносит вклад во многие другие жизненно важные функции по всей клетке. Он служит химическим сигналом для регулирования ключевых клеточных событий, включая экспрессию генов и репарацию ДНК, которые происходят в ядре клетки .
«Интересно, что в процессе старения наша ДНК может накапливать повреждения, что, в свою очередь, увеличит потребность в молекулах НАД. Действительно, мы видим, что клеточные уровни НАД снижаются по мере старения, и предполагается, что повышенная активность восстановления ДНК является одной из основных причин этого снижения», — объясняет Циглер. «Проблема возникает, когда митохондрии или их хранилище НАД подвергаются воздействию или используются в течение длительных периодов времени».
Но как клетки справляются с возросшей потребностью в НАД и обязательно ли снижение уровня НАД приводит к патологическим состояниям?
Чтобы ответить на эти вопросы, Циглер и его команда разработали модели для изучения того, как клетки реагируют на снижение уровня НАД, происходящее в процессе старения.
Ранее они разработали метод, который позволил им обнаружить клеточные молекулы НАД и их распределение в живых клетках. Кроме того, они внедрили передовые аналитические методы, включая масс-спектрометрию высокого разрешения, для изучения клеточной динамики НАД-зависимых процессов.
В результате исследователи обнаружили ранее не известную роль митохондрий в поддержании клеточного уровня НАД:
«Эти органеллы служат резервуаром НАД, который заполняется, когда клетки функционируют нормально, и снабжает клетку НАД, когда возникает повышенная потребность в нем», — объясняет Лена Хойланд, аспирантка и первый автор исследования.
Используя методы генной технологии, такие как редактирование генома CRISPR-Cas9, им удалось установить молекулярные механизмы того, как митохондрии противодействуют снижению уровня НАД в клетках.
«Таким образом, снижение уровня НАД в клетках, по-видимому, в целом хорошо переносится клетками», — говорит она.
«Однако проблема возникает, когда митохондрии или их хранилище НАД подвергаются воздействию или истощению в течение длительного периода времени. Это может иметь фатальные последствия, поскольку клетки могут больше не иметь достаточной «емкости батареи» НАД для обеспечения жизненно важных энергозависимых процессов», — добавляет профессор Циглер.
Добавки НАД дали обнадеживающие результаты
Исследования последних лет установили, что митохондриальная дисфункция и снижение уровня НАД в клетках являются признаками старения и возрастных расстройств, таких как деменция или нейродегенеративные заболевания.
На основании новых результатов группа исследователей полагает, что чрезмерное потребление митохондриального НАД может быть ключевым фактором, приводящим к дисфункции клеточных энергоцентров и, следовательно, к заболеваниям, связанным со старением.
Действительно, первоначальные клинические испытания в Норвегии и за рубежом с использованием терапевтических подходов к добавлению, направленных на повышение уровня НАД, дали обнадеживающие результаты.
«Мы очень рады, что открыли еще один механизм, потенциально участвующий в развитии и прогрессировании заболевания», — говорит Хойланд.
Циглер говорит: «Наше исследование также демонстрирует важность фундаментальных исследований для выявления перспективных направлений замедления старения и лечения заболеваний, связанных со старением».