In einer 2020 in Nature Cell Biology veröffentlichten Studie untersuchten Wissenschaftler, wie Zellen ihren Spiegel eines kritischen Moleküls namens Nicotinamidadenindinukleotid ( NAD+ ) aufrechterhalten, das für die Gesundheit und Langlebigkeit der Zellen von entscheidender Bedeutung ist. Die Forschung befasst sich mit den komplizierten Biosynthesewegen, die Zellen nutzen, um NAD+ zu produzieren und sein Gleichgewicht über verschiedene Zellkompartimente hinweg zu steuern. Dieses Gleichgewicht aus Synthese, Verbrauch und Regeneration in verschiedenen subzellulären Kompartimenten reguliert die NAD+-Homöostase. Die Studie finden Sie hier .
Zellen verfügen über drei unabhängige Biosynthesewege zur Erzeugung von NAD+ – den Kynurenin-Weg, den Preiss-Handler-Weg und den NAD+-Salvage-Weg. Im Kynurenin-Weg wird die Nahrungsaminosäure Tryptophan in N-Formyl-Kynurenin umgewandelt, was zu einer Reihe von Umwandlungen führt, die NAD+ ergeben. Im Gegensatz dazu nutzt der Preiss-Handler-Weg Nikotinsäure (NA) aus der Nahrung, um NAD+ zu erzeugen. Schließlich recycelt der NAD+-Salvage-Weg das Nebenprodukt Nicotinamid (NAM), das durch die enzymatischen Aktivitäten von NAD+-verbrauchenden Enzymen entsteht.
Neben der Synthese von NAD+ müssen Zellen es auch auf verschiedene Kompartimente verteilen – etwa das Zytoplasma, die Mitochondrien und den Zellkern –, wo es einzigartige Aufgaben erfüllt. Die Mechanismen, durch die NAD+ in diese Organellen transportiert wird, werden noch untersucht. Kürzlich haben Wissenschaftler einen mitochondrialen NAD+-Transporter bei Säugetieren entdeckt, der für die intakte NAD+-Aufnahme in die Organelle verantwortlich ist.
Im Zytoplasma wandelt ein spezifisches Enzym NAM in Nicotinamidmononukleotid (NMN) um, das dann in NAD+ umgewandelt wird. Sobald NAD+ erzeugt wurde, wird es während des Stoffwechselprozesses der Glykolyse genutzt und erzeugt eine Verbindung namens NADH, die dann durch spezifische Transportprozesse in die mitochondriale Matrix übertragen wird.
In den Mitochondrien wird NAD+ von NAD+-abhängigen mitochondrialen Enzymen verbraucht, wodurch NAM entsteht. Der genaue Mechanismus der Rückumwandlung von NAM zurück in NAD+ im Mitochondrium ist derzeit unbekannt, ebenso wie die Details der NAD+-Produktion und Homöostase im Zellkern.
Insgesamt ist die ordnungsgemäße Aufrechterhaltung von NAD+ ein Gleichgewicht aus Synthese, Verbrauch und Regeneration in verschiedenen subzellulären Kompartimenten. Allerdings gibt es bei diesen Prozessen noch viele Unbekannte, die Wissenschaftler dazu veranlassen, tiefer zu graben. Dieses Verständnis könnte zur Entwicklung von Interventionen zur Verbesserung des NAD+-Spiegels führen und möglicherweise zur Gesundheit und Langlebigkeit beitragen.
Die zentralen Thesen:
- Wissenschaftler haben die Mechanismen aufgeklärt, durch die Zellen ein Molekül namens NAD+ erzeugen und aufrechterhalten, das für die Gesundheit und Langlebigkeit der Zellen von entscheidender Bedeutung ist.
- Zellen nutzen drei Wege, um NAD+ zu erzeugen: den Kynurenin-Weg, den Preiss-Handler-Weg und den NAD+-Salvage-Weg.
- NAD+ ist über verschiedene Kompartimente innerhalb einer Zelle verteilt und erfüllt einzigartige Rollen im Zytoplasma, in den Mitochondrien und im Zellkern.
- Es wurde ein spezifischer mitochondrialer NAD+-Transporter bei Säugetieren entdeckt, der für die intakte NAD+-Aufnahme in die Organelle verantwortlich ist.
- Weitere Untersuchungen dieser Prozesse könnten zu möglichen Eingriffen in die Gesundheit und Langlebigkeit führen.
- Über die Einzelheiten dieser Prozesse in den Mitochondrien und im Zellkern gibt es erhebliche Unklarheiten, die weitere Untersuchungen erfordern.