Семейство NAD: редокс-пары NAD(H) и клеточный энергетический метаболизм

Никотинамид-адениндинуклеотид (NAD+)/редуцированный NAD+ (NADH) и NADP+/редуцированный NADP+ (NADPH) редокс-пары необходимы для поддержание клеточного окислительно-окислительного гомеостаза и модуляция Множество биологических событий, включая клеточный метаболизм. Дефицит или дисбаланс этих двух редокс-пар связан со многими патологическими расстройствами.

Значение редокс-пар NAD(H) и NADP(H) в клеточном энергетическом метаболизме

Редокс-пары NAD(H) и NADP(H) необходимы для поддержания метаболизма клеточной энергии и редокс-гомеостаза. Эти редокс-пары служат кофакторами или субстратами для многих ферментов, участвующих в различных метаболических путях, включая гликолиз, цикл трикарбоновой кислоты и окисляющее фосфорилирование. NAD(H) и NADP(H) также играют ключевую роль в регулировании клеточного окислительного баланса, выступая в роли носителей электронов и доноров. Поэтому поддержание баланса уровней NAD(H) и NADP(H) критически важно для функции клеток и энергетического обмена.

Рисунок 1 

Дисрегуляция редокс-пар NAD(H) и NADP(H) в патологических состояниях

Дисрегуляция пар с редоксированием NAD(H) и NADP(H) связана с различными патологическими состояниями, включая рак, нейродегенеративные заболевания, метаболические нарушения и старение. Например, в различных раковых клетках наблюдается снижение уровня NAD+ и повышение уровня NADH, что приводит к нарушениям метаболизма и редокс-сигнализации. Аналогично, дисрегуляция редокс-пар NAD(H) и NADP(H) связана с патогенезом нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Поэтому понимание регуляции и функции пар редокс-пара NAD(H) и NADP(H) крайне важно для разработки новых терапевтических стратегий для этих заболеваний.

Регуляция редокс-пар NAD(H) и NADP(H) с помощью ферментов и компартментализации

Редокс-пары NAD(H) и NADP(H) регулируются различными ферментами, участвующими в биосинтезе и потреблении. Например, путь пентозофосфатов (PPP) является основным биосинтетическим путём для NADPH, который участвует в различных окислительно-восстановительных реакциях, включая детоксикацию реактивных кислородных форм (ROS). Аналогично, ферменты, потребляющие NAD+, такие как поли(ADP-рибозные) полимеразы (PARPs) и сиртуины, регулируют уровни NAD(H) и NADP(H), употребляя NAD+.

Рисунок 2

Компартментация пулов NAD(H) и NADP(H) также критически важна для регулирования баланса и обмена веществ клеток редокс-системы. Например, бассейн митохондриального NAD(H) участвует в окислительном фосфорилировании, а цитозольный пул NAD(H) участвует в гликолизе и других метаболических путях. Недавние исследования выявили несколько биосинтетических ферментов и генетически закодированных биосенсоров, которые позволяют нам лучше понять регуляцию и функцию этих редокс-пар. Например, биосинтетический фермент никотинамид мононуклеотид аденилилтрансфераза (NMNAT) участвует в биосинтезе NAD+ и доказано, что регулирует различные клеточные процессы, включая метаболизм, старение и стрессовый ответ. Кроме того, новые роли белков, потребляющих NAD+, в регулировании клеточного окислительного и метаболического гомеостаза открыли новые возможности для разработки терапевтических стратегий при различных заболеваниях.
В заключение, редокс-пары NAD(H) и NADP(H) играют ключевую роль в метаболизме клеточной энергии и редокс-гомеостазе. Дисрегуляция этих окислительно-восстановительных пар связана с различными патологическими состояниями, включая рак, нейродегенеративные заболевания, метаболические нарушения и старение. Регуляция и функция редокс-пар NAD(H) и NADP(H) сложны и включают различные биосинтетические ферменты, белки, потребляющие NAD+, и компартментализацию. Понимание регулирования и функции этих редокс-пар крайне важно для разработки новых терапевтических стратегий при различных заболеваниях.