Семейство NAD: окислительно-восстановительные пары NAD(H) и NADP(H) и клеточный энергетический метаболизм
Пары никотинамидадениндинуклеотид (НАД+)/восстановленный НАД+ (НАДН) и НАДФ+/восстановленный НАДФ+ (НАДФН) необходимы для поддержания клеточного окислительно-восстановительного гомеостаза и для модуляции многочисленных биологических процессов, включая клеточный метаболизм. Дефицит или дисбаланс этих двух окислительно-восстановительных пар связан со многими патологическими расстройствами.
Значение окислительно-восстановительных пар NAD(H) и NADP(H) в клеточном энергетическом метаболизме
Окислительно-восстановительные пары NAD(H) и NADP(H) необходимы для поддержания клеточного энергетического метаболизма и окислительно-восстановительного гомеостаза. Эти окислительно-восстановительные пары служат кофакторами или субстратами для многих ферментов, участвующих в различных метаболических путях, включая гликолиз, цикл трикарбоновых кислот и окислительное фосфорилирование. NAD(H) и NADP(H) также играют решающую роль в регулировании окислительно-восстановительного баланса клеток, выступая в качестве переносчиков и доноров электронов. Таким образом, поддержание баланса уровней НАД(Н) и НАДФ(Н) имеет решающее значение для функционирования клеток и энергетического обмена.
Рисунок 1
Дисрегуляция окислительно-восстановительных пар НАД(Н) и НАДФ(Н) при патологических состояниях
Нарушение регуляции окислительно-восстановительных пар NAD(H) и NADP(H) связано с различными патологическими состояниями, включая рак, нейродегенеративные заболевания, метаболические нарушения и старение. Например, снижение уровня НАД+ и повышение уровня НАДН наблюдались в различных раковых клетках, что приводило к изменению метаболизма и окислительно-восстановительной сигнализации. Аналогичным образом, нарушение регуляции окислительно-восстановительных пар NAD(H) и NADP(H) было вовлечено в патогенез нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Таким образом, понимание регуляции и функции окислительно-восстановительных пар NAD(H) и NADP(H) имеет решающее значение для разработки новых терапевтических стратегий для этих заболеваний.
Регуляция окислительно-восстановительных пар NAD(H) и NADP(H) с помощью ферментов и компартментализации
Окислительно-восстановительные пары NAD(H) и NADP(H) регулируются различными ферментами, участвующими в биосинтезе и потреблении. Например, пентозофосфатный путь (PPP) является основным биосинтетическим путем для НАДФН, который участвует в различных окислительно-восстановительных реакциях, включая детоксикацию активных форм кислорода (АФК). Аналогичным образом, ферменты, потребляющие НАД+, такие как поли(АДФ-рибоза) полимеразы (PARP) и сиртуины, регулируют уровни НАД(H) и НАДФ(H), потребляя НАД+.
Рисунок 2
Компартментализация пулов NAD(H) и NADP(H) также имеет решающее значение для регуляции клеточного окислительно-восстановительного баланса и метаболизма. Например, митохондриальный пул NAD(H) участвует в окислительном фосфорилировании, в то время как цитозольный пул NAD(H) 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 окислительно-восстановительных пар. Например, биосинтетический фермент, никотинамидмононуклеотид-аденилтрансфераза (NMNAT), участвует в биосинтезе НАД+ и, как было показано, регулирует различные клеточные процессы, включая метаболизм, старение и реакцию на стресс. Кроме того, растущая роль белков, потребляющих НАД+, в регуляции окислительно-восстановительного потенциала клеток и метаболического гомеостаза открыла новые возможности для разработки терапевтических стратегий при различных заболеваниях. Таким образом, окислительно-восстановительные пары NAD(H) и NADP(H) играют решающую роль в клеточном энергетическом метаболизме и окислительно-восстановительном гомеостазе. Дисрегуляция этих окислительно-восстановительных пар связана с различными патологическими состояниями, включая рак, нейродегенеративные заболевания, метаболические нарушения и старение. Регуляция и функционирование окислительно-восстановительных пар НАД(Н) и НАДФ(Н) сложны и включают в себя различные биосинтетические ферменты, белки, потребляющие НАД+, и компартментализацию. Понимание регуляции и функционирования этих окислительно-восстановительных пар имеет важное значение для разработки новых терапевтических стратегий при различных заболеваниях.
