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

Никотинамидадениндинуклеотид (НАД+ )/восстановленный НАД+ (НАДН) и НАДФ+/восстановленный НАДФ+ (НАДФН) редокс-пары необходимы для поддержания клеточного редокс-гомеостаза и модуляции многочисленных биологических процессов, включая клеточный метаболизм. Дефицит или дисбаланс этих двух редокс-пар связан с многими патологическими расстройствами.

Важность редокс-пар НАД(Н) и НАДФ(Н) в клеточном энергетическом метаболизме

Редокс-пары НАД(Н) и НАДФ(Н) необходимы для поддержания клеточного энергетического метаболизма и редокс-гомеостаза. Эти редокс-пары служат кофакторами или субстратами для многих ферментов, участвующих в различных метаболических путях, включая гликолиз, цикл трикарбоновых кислот и окислительное фосфорилирование. НАД(Н) и НАДФ(Н) также играют решающую роль в регуляции клеточного редокс-баланса, действуя как переносчики и доноры электронов. Поэтому поддержание баланса уровней НАД(Н) и НАДФ(Н) имеет решающее значение для клеточной функции и энергетического метаболизма.

Рисунок 1

Дисрегуляция редокс-пар НАД(Н) и НАДФ(Н) при патологических состояниях

Дисрегуляция редокс-пар НАД(Н) и НАДФ(Н) связана с различными патологическими состояниями, включая рак, нейродегенеративные заболевания, метаболические расстройства и старение. Например, снижение уровня НАД+ и повышение уровня НАДН наблюдалось в различных раковых клетках, что приводит к изменению метаболизма и редокс-сигналинга. Аналогично, дисрегуляция редокс-пар НАД(Н) и НАДФ(Н) вовлечена в патогенез нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Поэтому понимание регуляции и функции редокс-пар НАД(Н) и НАДФ(Н) имеет решающее значение для разработки новых терапевтических стратегий для этих заболеваний.

Регуляция редокс-пар НАД(Н) и НАДФ(Н) ферментами и компартментализацией

Редокс-пары НАД(Н) и НАДФ(Н) регулируются различными ферментами, участвующими в биосинтезе и потреблении. Например, пентозофосфатный путь (ПФП) является основным биосинтетическим путем для НАДФН, который участвует в различных редокс-реакциях, включая детоксикацию активных форм кислорода (АФК). Аналогично, ферменты, потребляющие НАД+, такие как поли(АДФ-рибоза)-полимеразы (ПАРП) и сиртуины, регулируют уровни НАД(Н) и НАДФ(Н), потребляя НАД+.

Рисунок 2

Компартментализация пулов НАД(Н) и НАДФ(Н) также имеет решающее значение для регуляции клеточного редокс-баланса и метаболизма. Например, митохондриальный пул НАД(Н) участвует в окислительном фосфорилировании, тогда как цитозольный пул НАД(Н) участвует в гликолизе и других метаболических путях. Недавние исследования выявили несколько биосинтетических ферментов и генетически кодируемых биосенсоров, которые позволяют нам лучше понять регуляцию и функцию этих редокс-пар. Например, биосинтетический фермент никотинамидмононуклеотидаденилилтрансфераза (НМНАТ) участвует в биосинтезе НАД+ и, как было показано, регулирует различные клеточные процессы, включая метаболизм, старение и стрессовый ответ. Кроме того, новые роли белков, потребляющих НАД+, в регуляции клеточного редокс- и метаболического гомеостаза открыли новые возможности для разработки терапевтических стратегий для различных заболеваний.
В заключение, редокс-пары НАД(Н) и НАДФ(Н) играют решающую роль в клеточном энергетическом метаболизме и редокс-гомеостазе. Дисрегуляция этих редокс-пар связана с различными патологическими состояниями, включая рак, нейродегенеративные заболевания, метаболические расстройства и старение. Регуляция и функция редокс-пар НАД(Н) и НАДФ(Н) сложны и включают различные биосинтетические ферменты, белки, потребляющие НАД+, и компартментализацию. Понимание регуляции и функции этих редокс-пар необходимо для разработки новых терапевтических стратегий для различных заболеваний.