NAD-familien: NAD(H) og NADP(H) redokspar og cellulær energimetabolisme

Nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD+)/redusert NAD+ (NADH) og NADP+/redusert NADP+ (NADPH) redokspar er essensielle for opprettholdelse av cellulær redokshomeostase og for modulering Tallrike biologiske hendelser, inkludert cellulær metabolisme. Mangel eller ubalanse hos disse to redoksparene har vært assosiert med mange patologiske lidelser.

Betydningen av NAD(H) og NADP(H) redokspar i cellulær energimetabolisme

NAD(H) og NADP(H) redokspar er essensielle for å opprettholde cellulær energimetabolisme og redokshomeostase. Disse redoksparene fungerer som kofaktorer eller substrater for mange enzymer involvert i ulike metabolske veier, inkludert glykolyse, trikarboksylsyresyklusen og oksidativ fosforylering. NAD(H) og NADP(H) spiller også en avgjørende rolle i reguleringen av cellulær redoksbalanse ved å fungere som elektronbærere og donorer. Derfor er det avgjørende for cellulær funksjon og energimetabolisme å opprettholde balansen mellom NAD(H)- og NADP(H)-nivåer.

Figur 1 

Dysregulering av NAD(H)- og NADP(H)-redokspar i patologiske tilstander

Dysregulering av NAD(H) og NADP(H) redokspar har vært knyttet til ulike patologiske tilstander, inkludert kreft, nevrodegenerative sykdommer, metabolske lidelser og aldring. For eksempel er reduserte NAD+-nivåer og økte NADH-nivåer observert i ulike kreftceller, noe som fører til endret metabolisme og redokssignalering. På samme måte har dysregulering av NAD(H)- og NADP(H)-redokspar blitt implisert i patogenesen til nevrodegenerative sykdommer, som Alzheimers og Parkinsons sykdom. Derfor er forståelsen av reguleringen og funksjonen til NAD(H)- og NADP(H)-redokspar avgjørende for å utvikle nye terapeutiske strategier for disse sykdommene.

Regulering av NAD(H)- og NADP(H)-redokskoblinger via enzymer og kompartmentalisering

NAD(H) og NADP(H) redokspar reguleres av ulike enzymer involvert i biosyntese og konsum. For eksempel er pentosefosfatveien (PPP) en viktig biosyntetisk vei for NADPH, som er involvert i ulike redoksreaksjoner, inkludert avgiftning av reaktive oksygenforbindelser (ROS). På samme måte regulerer NAD+-forbrukende enzymer, som poly(ADP-ribose) polymeraser (PARPs) og sirtuiner, NAD(H)- og NADP(H)-nivåene ved å konsumere NAD+.

Figur 2

Oppdeling av NAD(H)- og NADP(H)-poolene er også avgjørende for å regulere cellulær redoksbalanse og metabolisme. For eksempel er mitokondriebassenget NAD(H) involvert i oksidativ fosforylering, mens det cytosoliske NAD(H)-bassenget er involvert i glykolyse og andre metabolske veier. Nylige studier har identifisert flere biosyntetiske enzymer og genetisk kodede biosensorer som gjør det mulig for oss å bedre forstå reguleringen og funksjonen til disse redoksparene. For eksempel er det biosyntetiske enzymet nikotinamidmononukleotid adenylyltransferase (NMNAT) involvert i biosyntesen av NAD+ og har vist seg å regulere ulike cellulære prosesser, inkludert metabolisme, aldring og stressrespons. Videre har fremvoksende roller for NAD+-spisende proteiner i reguleringen av cellulær redoks og metabolsk homeostase åpnet nye veier for å utvikle terapeutiske strategier for ulike sykdommer.
Oppsummert spiller NAD(H)- og NADP(H)-redokspar en avgjørende rolle i cellulær energimetabolisme og redokshomeostase. Dysregulering av disse redoksparene har vært knyttet til ulike patologiske tilstander, inkludert kreft, nevrodegenerative sykdommer, metabolske lidelser og aldring. Reguleringen og funksjonen til NAD(H)- og NADP(H)-redokspar er kompleks og involverer ulike biosyntetiske enzymer, NAD+-forbrukende proteiner og kompartmentalisering. Å forstå reguleringen og funksjonen til disse redoksparene er avgjørende for å utvikle nye terapeutiske strategier for ulike sykdommer.