pmid: "33930322"
title: "Conceitos em evolução no NAD"
authors: "Chini CCS, Zeidler JD, Kashyap S, Warner G, Chini EN"
journal: "Cell metabolism"
pubdate: "2021 Jun 01"
doi: "10.1016/j.cmet.2021.04.003"
source: "PMC Full Text"

Conceitos em evolução no NAD

Autores

Chini CCS, Zeidler JD, Kashyap S, Warner G, Chini EN

Periodico

Cell metabolism (2021 Jun 01)

Conteudo

CONCEITOS EM EVOLUÇÃO NO METABOLISMO DE NAD+
Resumo
NAD(H) e NADP(H) têm sido tradicionalmente vistos como cofatores (ou coenzimas) envolvidos em uma infinidade de reações de oxidação-redução, incluindo o transporte de elétrons nas mitocôndrias. No entanto, os metabólitos da via do NAD têm muitas outras funções importantes, incluindo papéis em vias de sinalização, modificações pós-traducionais, alterações epigenéticas e regulação da estabilidade e função do RNA via capeamento de RNA por NAD. Reações não oxidativas levam, em última análise, ao catabolismo líquido desses nucleotídeos, indicando que o metabolismo do NAD é um processo extremamente dinâmico. Na verdade, estudos recentes demonstraram claramente que o NAD tem uma meia-vida da ordem de minutos em alguns tecidos. Vários conceitos em evolução sobre o metabolismo, transporte e papéis desses metabólitos da via do NAD em estados patológicos como câncer, neurodegeneração e envelhecimento surgiram apenas nos últimos anos. Nesta perspectiva, discutimos descobertas recentes importantes e conceitos em mudança no metabolismo e biologia do NAD que estão remodelando o campo. Além disso, levantaremos algumas questões em aberto na biologia do NAD, incluindo: Por que o metabolismo do NAD é tão rápido e dinâmico em alguns tecidos? Como o NAD e seus precursores são transportados para as células e organelas? e Como o metabolismo do NAD é integrado com inflamação e senescência? Resolver essas questões levará a avanços significativos no campo.
INTRODUÇÃO:
O ensino atual sobre os metabólitos da via do NAD, como NAD e NADP, concentra-se principalmente em seus papéis nas reações de oxidação-redução, com pouca discussão sobre seus papéis não oxidativos ou seu metabolismo. Na verdade, os livros didáticos de bioquímica mais atuais retratam o metabolismo dos nucleotídeos de nicotinamida como muito estático, dando importância principalmente à interconversão entre as formas oxidada e reduzida de NAD e NADP. Publicações das últimas décadas, no entanto, e particularmente estudos mais recentes, demonstram claramente que o metabolismo, transporte e função do NAD são muito complexos e dinâmicos (Figura 1) (; Hogan et. al., 2018). O NAD pode ser convertido em várias moléculas que desempenham papéis-chave na transdução de energia e sinalização celular, como NADP, NAADP e cADPR. Produtos da degradação do NAD, como nicotinamida e n-metil-nicotinamida, também surgiram como reguladores-chave do metabolismo energético, epigenética e estados patológicos, deixando claro que os metabólitos da via do NAD estão envolvidos em muito mais do que as reações de oxidação-redução tradicionalmente descritas (; Hogan et. al., 2018).
Os metabólitos da via do NAD também podem servir como substratos para um grupo de enzimas diversas, incluindo PARPs, sirtuínas, CD38, ARTs, SARM1 e RNA polimerases, que estão envolvidas em vários aspectos da homeostase celular (Figura 1). Diferentemente das reações de oxidação-redução, essas enzimas promovem um catabolismo líquido dos nucleotídeos de nicotinamida. Curiosamente, os níveis celulares desses nucleotídeos parecem diminuir durante o envelhecimento cronológico, em estados progeroides e em várias condições patológicas. De fato, a desregulação no metabolismo do NAD surgiu como um fator contribuinte na patogênese de vários estados de doença, e a chamada terapia de aumento ou regeneração de NAD tem sido proposta como uma abordagem para tratar doenças humanas. Esse conceito terapêutico promissor despertou um interesse renovado na biologia dos metabólitos da via do NAD. Compreender o metabolismo, o transporte e os papéis biológicos desses nucleotídeos tem sido o foco de investigação intensiva, levando a várias descobertas importantes no campo. Muitas questões importantes, no entanto, como a contribuição de diferentes formas topológicas de NADases, como CD38 e SARM1, para o processo de degradação do NAD, e como o NAD e seus precursores são transportados para as células, estão apenas começando a ser abordadas. Além disso, dados emergentes indicam que um aspecto importante, mas amplamente negligenciado, do metabolismo do NAD é a geração e reparo de metabólitos tóxicos do NAD, como NAD(P)HX (Figura 1). Abaixo, discutiremos algumas dessas novas e empolgantes descobertas na biologia e metabolismo do NAD que estão remodelando nossa compreensão do campo. Estas seções discutirão muitos tópicos que são relevantes, mas ainda controversos, no campo da biologia do NAD e integrarão alguns desses conceitos emergentes.
Terapia de reposição de NAD: uma nova abordagem para doenças humanas?
Um número crescente de estudos pré-clínicos demonstra que os níveis de NAD diminuem em estados fisiológicos como envelhecimento, estados progeroides e condições patológicas que envolvem múltiplos sistemas orgânicos, incluindo músculo esquelético, coração, rim, sistema nervoso central, audição e visão. No entanto, como em qualquer outra abordagem que depende de dados em roedores e cultura de células in vitro, existe um ceticismo significativo em relação ao potencial translacional da terapia de reposição de NAD para humanos. De fato, vários estudos com o precursor de NAD nicotinamida ribosídeo (NR) não conseguiram demonstrar efeitos clínicos, estruturais ou funcionais em indivíduos obesos e idosos. Por outro lado, estudos importantes usando formas mais simples de vitamina B3, como ácido nicotínico ou nicotinamida, mostraram resultados positivos interessantes. No entanto, mesmo esses estudos positivos ainda precisam ser validados por grandes estudos randomizados duplo-cegos antes que a terapia de aumento de NAD possa ser traduzida para condições humanas. Aqui, discutiremos três estudos humanos que indicaram que a terapia de aumento de NAD pode de fato ter um efeito benéfico em condições patológicas específicas. Também discutiremos as armadilhas desses estudos e destacaremos o que acreditamos ser necessário na área para eventualmente conseguir traduzir a terapia de aumento de NAD para humanos.

O primeiro estudo, de Pirinen publicado no Cell Metabolism em 2020, avaliou 5 pacientes adultos com oftalmoplegia externa progressiva (PEO), uma miopatia mitocondrial causada por deleções no DNA mitocondrial (mtDNA). Os autores descreveram que os níveis de NAD no músculo esquelético e no sangue eram mais baixos em pacientes com PEO quando comparados a controles saudáveis pareados por idade e sexo. Embora o mecanismo específico da diminuição de NAD observada nos pacientes com PEO não tenha sido bem caracterizado, é possível que seja pelo menos em parte mediado pelo aumento do catabolismo de NAD via PARPs, conforme descrito anteriormente em outros modelos animais de progeria ou miopatia mitocondrial. Isso é apoiado pelo fato de que os produtos da hidrólise de NAD, nomeadamente nicotinamida e ADPR, estavam mais elevados nesses pacientes. O tratamento desses pacientes com a vitamina B3 niacina (ácido nicotínico) por 12 meses aumentou os níveis de NAD tanto no músculo esquelético quanto no sangue dos pacientes com PEO. Importante, em seus desfechos secundários, os autores observaram vários efeitos marcantes do tratamento com niacina nos pacientes com PEO, incluindo aumentos significativos na força muscular e na biogênese mitocondrial.
No estudo de Poyan Mehr et. al. publicado na Nature Medicine, os autores demonstraram que o comprometimento da biossíntese de novo de NAD a partir do triptofano parece estar envolvido no desenvolvimento da lesão renal aguda (LRA). Os autores mostraram elegantemente que a enzima quinolinato fosforribosiltransferase (QPRT) é crucial para a proteção contra o declínio de NAD e resistência à LRA em camundongos. Além disso, eles propuseram que uma razão elevada de quinolinato/triptofano urinário (uQ/T), como um índice de atividade reduzida da QPRT, previu LRA e outros desfechos adversos em pacientes críticos. Além disso, os autores realizaram um pequeno estudo (31 pacientes) de fase 1 controlado por placebo de administração oral de vitamina B3 (nicotinamida) profilaticamente antes de cirurgia cardíaca e observaram um aumento dose-dependente nos metabólitos circulantes de NAD e menos LRA nesses pacientes. Assim, os autores sugeriram que a biossíntese prejudicada de NAD pode ser uma característica de hospitalizações de alto risco para as quais a suplementação de NAD poderia ser benéfica.

A seguir, gostaríamos de destacar o ensaio de fase III conduzido por Chen e colegas sobre o papel da nicotinamida como quimioprevenção contra o câncer de pele não melanoma em pacientes de alto risco. Neste estudo, os autores realizaram um ensaio duplo-cego, randomizado e controlado com mais de 380 pacientes que tiveram pelo menos dois cânceres de pele não melanoma nos últimos 5 anos. Os pacientes receberam 500 mg de nicotinamida ou placebo duas vezes ao dia durante 12 meses. Os pacientes que receberam nicotinamida tiveram uma diminuição na incidência de câncer de pele não melanoma, incluindo carcinomas basocelulares e carcinomas espinocelulares, de cerca de 20% e 30%, respectivamente. Neste estudo, os autores não realizaram estudos mecanísticos para avaliar o papel potencial do aumento de NAD induzido pela nicotinamida como o motor da quimioprevenção. No entanto, é possível que os níveis aumentados de NAD tenham promovido proteção contra danos ao DNA induzidos por radiação UV através da ativação de PARP1 e sirtuínas. Os autores publicaram ainda um estudo de fase II de acompanhamento sobre o papel potencial da quimioprevenção com nicotinamida no câncer de pele em receptores de transplante renal. Este estudo demonstrou uma tendência de diminuição na incidência de câncer de pele nos pacientes que receberam nicotinamida, mas não observou diferenças estatísticas entre os grupos.. Estudos de acompanhamento sobre o papel da vitamina B3 e outras abordagens de aumento de NAD como quimioprevenção para o câncer de pele são necessários para estabelecer seu potencial uso clínico.

Embora os estudos mencionados acima forneçam evidências sobre o papel do declínio de NAD e da terapia de reposição de NAD em seres humanos, eles têm limitações óbvias que impedem sua implementação clínica no momento. Em particular, estudos maiores, duplo-cegos, multicêntricos e randomizados são necessários para validar esses usos clínicos. No entanto, esses estudos fornecem estruturas importantes, incluindo o uso do metaboloma de NAD no sangue e na urina como biomarcadores para certas doenças.
Sabe-se que a vitamina B3 pode existir em múltiplas formas, incluindo niacina, nicotinamida, NR e mononucleotídeo de nicotinamida (NMN), todas capazes de apoiar a síntese de NAD in vivo. No entanto, não se sabe se alguma das estratégias de aumento de NAD é superior às outras, ou se existem doenças específicas que se beneficiariam de diferentes precursores de NAD. Na verdade, como discutido acima, alguns estudos utilizando o precursor de NAD NR não conseguiram demonstrar benefícios clínicos e tiveram apenas efeitos modestos em estudos de estrutura e função. Por exemplo, um ensaio clínico randomizado controlado por placebo de NR em humanos mostrou que NR é segura, porém, não apresentou benefícios na população estudada. Este ensaio clínico mostrou que NR não melhorou a sensibilidade à insulina e o metabolismo global da glicose em homens obesos e resistentes à insulina. Além disso, a tolerância à glicose, a capacidade secretória das células β, a função das células α e a secreção de hormônios incretínicos em homens não diabéticos com obesidade também não foram alteradas. Finalmente, NR não alterou a respiração mitocondrial, o conteúdo ou a morfologia no músculo esquelético de homens obesos e resistentes à insulina. Outro estudo sobre a administração de NR em humanos constatou que a suplementação crônica de NR foi bem tolerada e elevou os níveis de NAD em adultos saudáveis de meia-idade e idosos. No entanto, os desfechos clínicos neste estudo não foram específicos para doenças e, em sua maioria, não foram afetados pela NR. Os autores sugeriram que ensaios clínicos maiores deveriam ser realizados para testar o efeito da NR na função cardiovascular e na saúde de adultos mais velhos, embora a indicação específica da doença não tenha sido claramente definida.
Como a tradução da terapia de aumento de NAD para humanos tem sido limitada, ela requer padronização e ensaios clínicos rigorosos antes de ser implementada na prática clínica. Para definir a abordagem ideal para promover o aumento de NAD por meio da administração de derivados da vitamina B3, devem ser realizadas comparações diretas rigorosas entre os diferentes precursores de NAD. Essas comparações diretas são de grande importância, uma vez que diferentes precursores de NAD devem ter efeitos biológicos distintos. Por exemplo, o ácido nicotínico, além de ser um precursor de NAD, também pode ativar seu próprio receptor específico, o que parece ser responsável por seus efeitos no rubor cutâneo e na diminuição dos ácidos graxos livres no plasma. Por outro lado, não se espera que precursores como nicotinamida, NR e NMN ativem o receptor de ácido nicotínico, a menos que sejam convertidos em ácido nicotínico.
Curiosamente, estudos farmacocinéticos indicam que tanto NR quanto NMN são significativamente metabolizados pelo microbioma intestinal e pela primeira passagem no fígado. Assim, parece que quando NR e NMN são administrados por via oral, as espécies de vitamina B3 que circulam e atingem os tecidos periféricos são provavelmente nicotinamida e ácido nicotínico. A niacina e a nicotinamida foram extensivamente estudadas em humanos, e sua farmacocinética e perfil de segurança são bem conhecidos.
Compreender se outras abordagens para o aumento de NAD são superiores ou podem melhorar os efeitos biológicos da niacina é de grande importância para o avanço da área. Novos estudos sobre o aumento de NAD poderiam usar niacina e nicotinamida como padrões-ouro com os quais outros compostos que aumentam o NAD poderiam ser comparados ou adicionados.

Outras questões importantes a serem abordadas antes que a terapia de reposição de NAD possa ser aplicada a pacientes são determinar se existe um limiar de NAD que precisa ser alcançado e se níveis muito altos de NAD podem ser prejudiciais em algumas situações. Isso é de particular importância considerando o desenvolvimento de compostos extremamente potentes para aumentar o NAD+, como a forma reduzida de NR, ou seja, NRH (Dihidronicotinamida ribosídeo). Curiosamente, um estudo recente indica que o NRH pode causar citotoxicidade específica para células, provavelmente por meio de uma via de estresse oxidativo ( ). Por outro lado, um estudo in vivo demonstra que sua administração pode prevenir a lesão renal aguda induzida por cisplatina ( ). Acreditamos que esses estudos em terapias de reposição de NAD estão de fato promovendo um interesse renovado no metabolismo do NAD e alimentando descobertas científicas básicas que estão aumentando tremendamente nossa compreensão da biologia do NAD.

O metabolismo dos nucleotídeos de nicotinamida é complexo, rápido e dinâmico, mas por quê?
Conforme descrito acima, com o crescente interesse na terapia de reposição de NAD, torna-se imperativo investigar o metabolismo dos precursores e metabólitos de NAD e compreender a dinâmica de seus fluxos em estados normais e patológicos. Além disso, é essencial determinar as contribuições relativas das vias anabólicas e catabólicas para a biologia de NAD(P)(H) específica de tecidos e células. Várias vias para a síntese de NAD foram muito bem descritas em células e tecidos de mamíferos (Figura 1) (Yoshino et al., 2017). Estas incluem a síntese de novo de NAD a partir do triptofano, que parece estar presente predominantemente no fígado, a via de recuperação (salvage) por meio da reciclagem ou incorporação de nicotinamida, e a via de Preiss-Handler (Figura 1). Os papéis precisos e relativos dessas diferentes vias nos fluxos sintéticos de mamíferos dos metabólitos da via do NAD em estados de saúde e doença não foram totalmente caracterizados. No entanto, novos dados sobre esses tópicos estão surgindo. Por exemplo, um manuscrito publicado por Liu et al. no Cell Metabolism descreveu os fluxos sintéticos de NAD em linhagens celulares e tecidos de camundongos, e chegou a algumas conclusões esperadas e novas. A conclusão esperada foi que o fígado produz NAD a partir do triptofano, excretando nicotinamida para ser utilizada por outros tecidos. As descobertas empolgantes e inesperadas deste estudo foram sobre a meia-vida do NAD in vivo. Em particular, os autores descreveram que os fluxos de NAD variam amplamente entre os tecidos, com meia-vida (t1/2) que varia de 15 minutos a 15 horas, fluxos elevados no intestino delgado e baço, e fluxos baixos no músculo esquelético. Portanto, a análise de fluxo pode revelar características distintas específicas de tecidos do metabolismo do NAD. Como em qualquer estudo importante, o estudo de Liu et al. também abre novas questões no campo. Primeiro, quais são as vias catabólicas específicas responsáveis pelas diferenças na renovação tecidual dos metabólitos da via do NAD? Segundo, por que alguns tecidos reciclam a nicotinamida em uma velocidade tão alta? Esta última questão é de particular interesse, uma vez que esse "ciclo fútil" de síntese e degradação de NAD é previsto como um processo que demanda muita energia.
Até o momento, o impacto de vias catabólicas específicas nos fluxos de NAD e na meia-vida do NAD não foi explorado. Há alguns anos, mostramos que uma das principais enzimas consumidoras de NAD em tecidos de mamíferos durante o envelhecimento é a enzima CD38. A CD38 é altamente expressa em tecidos ricos em células imunológicas, como baço, medula óssea e intestino. Além disso, dois grupos independentes mostraram que os níveis de CD38 nos tecidos podem ser aumentados pela indução de uma resposta inflamatória que promove a invasão do tecido por células imunológicas CD38+, como células T, células B e macrófagos. Esses estudos demonstram que o acúmulo de CD38 observado durante o envelhecimento é, pelo menos em parte, mediado pelo acúmulo de células imunológicas CD38+, que podem ser induzidas por células senescentes e seus fenótipos secretores. Assim, é possível que a alta renovação do NAD e o "ciclo fútil" de síntese e degradação do NAD em tecidos como baço e intestino sejam mediados pela presença de células imunológicas que expressam CD38. Essa observação levanta outra questão importante relacionada aos compartimentos celulares e teciduais específicos onde ocorre a degradação do NAD. A CD38 é orientada em grande maioria como uma ectoenzima nas células. Esse aspecto da biologia e do metabolismo do NAD apresenta um importante paradoxo topológico, onde a NADase CD38 enfrenta o compartimento extracelular e a maioria do NAD é intracelular. Recentemente, abordamos esse paradoxo experimentalmente usando um anticorpo bloqueador de CD38 in vivo e in vitro. Nossos resultados demonstram que a atividade ectoenzimática da CD38 desempenha um papel importante na homeostase do NAD, regulando a disponibilidade de precursores de NAD, como o NMN, para as células e degradando o NAD que pode "vazar" das células. Assim, examinar a contribuição de vias anabólicas e catabólicas específicas para o metabolismo de nucleotídeos de nicotinamida na saúde e na doença é uma tarefa importante e complexa que moldará ainda mais nossa compreensão da biologia do NAD. Certamente, investigar o papel de múltiplas vias sintéticas e catabólicas, como SARM1, ARTs, PARPs e sirtuínas, nos fluxos de nicotinamida in vivo será crucial para fornecer uma compreensão completa do metabolismo dos metabólitos da via do NAD.
Em relação à questão de por que alguns tecidos renovam o NAD tão rapidamente, só podemos especular neste momento. É possível que, conforme relatado anteriormente, algumas células imunológicas sejam sensíveis à morte celular mediada por NAD extracelular por meio de uma ADP-ribosilação mediada por ART do receptor purinérgico P2RX7. Além disso, é possível que as células imunológicas hidrolisem precursores extracelulares, como NMN, NAD e NR, para impedir seu uso por bactérias que são incapazes de sintetizar seu próprio pool de NAD(P). Finalmente, como será discutido a seguir, é possível que a alta renovação, os baixos níveis de estado estacionário e a meia-vida curta dos metabólitos da via do NAD em alguns tecidos possam diminuir a probabilidade de que um pool estático de NAD(P) seja convertido em metabólitos tóxicos secundários, como formas hidratadas de NADH (Figura 1). Experimentos futuros serão necessários para fornecer respostas a essas ideias provocativas.

Mecanismos de reparo de metabólitos na biologia do NAD(P) e suas potenciais implicações para a terapia de reposição de NAD.

Um aspecto importante do metabolismo celular é o reconhecimento de que várias enzimas, por meio de reações secundárias ou mesmo reações não enzimáticas espontâneas, podem gerar produtos potencialmente tóxicos. De fato, existem mecanismos para restaurar esses metabólitos por meio de enzimas de reparo de metabólitos. Curiosamente, alguns dos mecanismos de reparo metabólico mais antigos conhecidos envolvem metabólitos da via do NAD (Figura 1). Na verdade, desde a década de 1950, sabe-se que um metabólito tóxico do NADH, conhecido como NADHX, pode ser gerado por meio de sua hidratação. Essa reação secundária é catalisada pela enzima glicolítica gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) (Figura 1). Além disso, outro metabólito, o NADPHX, pode ser gerado por uma conversão não enzimática em temperaturas fisiológicas a uma taxa de 10% por hora. Esses metabólitos existem como diferentes isômeros (R e S), bem como formas cíclicas e não cíclicas. Sabe-se que eles inibem várias desidrogenases e, como resultado, seu acúmulo deve ser evitado (Figura 1). Enzimas de reparo extremamente conservadas, denominadas NAXE (NAD(P)H-hidrato epimerase) e NAXD (ATP-dependente (S)-NAD(P)H-hidrato desidratase), desempenham um papel fundamental na promoção da reciclagem desses metabólitos de volta às suas formas NAD(P)H, protegendo várias vias metabólicas diferentes (Fig. 1). Em eucariotos, essas enzimas estão presentes em diferentes compartimentos celulares, incluindo citosol, mitocôndrias, cloroplastos em plantas e retículo endoplasmático em mamíferos, indicando que essas enzimas estão presentes em praticamente todos os locais onde os nucleotídeos de piridina estão presentes. Outro aspecto extremamente importante desses metabólitos é que, embora existam mecanismos de reparo para desintoxicar as células dos isômeros do NADPHX, nenhum mecanismo foi descrito para a desintoxicação de suas formas cíclicas.
Mutações em enzimas de reparo do NADPHX foram descritas recentemente. Essas mutações promovem o acúmulo de metabólitos tóxicos, causando encefalopatia grave e morte em crianças após um episódio febril. As características clínicas predominantes encontradas em indivíduos com mutações nessas vias de reparo são início subagudo de ataxia, edema cerebelar, mielopatia espinhal e lesões cutâneas. É importante destacar que infecção e febre parecem ser gatilhos desses processos, indicando que uma conversão dependente de temperatura de NADPH para esses metabólitos tóxicos desempenha um papel na patogênese dessas doenças.

Pouco se sabe sobre as mudanças dinâmicas nesses metabólitos tóxicos e enzimas de reparo sob condições fisiológicas e patológicas normais, como exercício, inflamação e envelhecimento. Além disso, não se sabe se há algum acúmulo diferencial desses metabólitos tóxicos em tecidos específicos, ou como os níveis desses metabólitos se correlacionam com os fluxos de NAD. Interessantemente, um novo estudo do grupo de Sabatasso destaca a necessidade de compreender a dinâmica do acúmulo de metabólitos tóxicos do NADPH durante condições patológicas. Neste estudo, os autores descrevem que R-NADPHX é um dos principais metabólitos que se acumulam em um modelo ex-vivo de isquemia em coração de rato de Langendorff.

Uma possível razão pela qual o metabolismo de NAD(P) é tão dinâmico poderia ser para promover a reciclagem contínua do pool de NAD(P) a fim de evitar o acúmulo desses metabólitos tóxicos. Um fluxo rápido e dinâmico poderia influenciar o acúmulo desses metabólitos tóxicos através de diferentes mecanismos. Uma vez que pelo menos parte da geração desses metabólitos é mediada por processos não enzimáticos, espera-se que a alta renovação do pool de NAD e NADP nos tecidos favoreça uma desvantagem cinética para a geração dos metabólitos tóxicos. Além disso, uma alta renovação de NAD no baço e intestino também é acompanhada por níveis de estado estacionário mais baixos, o que se espera que diminua o efeito de massa que poderia impulsionar a geração dos metabólitos tóxicos. Finalmente, também é possível que esses metabólitos sejam diretamente degradados pelas mesmas NADases que são importantes para a alta renovação do pool de NAD. Por exemplo, a inibição de enzimas degradadoras de NAD(P), como CD38, SARM1 e PARP1, poderia levar ao acúmulo desses metabólitos tóxicos ao longo do tempo, aumentando o pool de NAD(P)? Assim, é fundamental compreender as potenciais consequências das manipulações dos fluxos metabólicos de NAD(P) no acúmulo e metabolismo dos metabólitos tóxicos NADHX e NADPHX. Em particular, a compartimentalização do fluxo e metabolismo do pool de NAD(P) e desses metabólitos tóxicos são questões em aberto na área.
Outra questão importante sobre este tópico é se as enzimas metabolizadoras de NAD(P) podem gerar outros subprodutos que podem ser tóxicos para as células. Por exemplo, tanto CD38 quanto SARM1 hidrolisam NAD em ADPR e nicotinamida, mas também ger
Três estudos recentes exploraram a regulação do SARM1 usando uma abordagem baseada em estrutura (). Esses estudos relatam a descoberta única e inesperada de que a ligação de NAD+ ao domínio armadillo/heat repeat motifs (ARM) do SARM1 facilita a inibição da NADase do domínio TIR através da interface do domínio, e que a interrupção do sítio de ligação de NAD+ ou da interação ARM-TIR causa ativação constitutiva do SARM1 e degeneração axonal (Figura 2). Essas descobertas sugerem que o próprio NAD+ medeia a autoinibição desta proteína pró-neurodegenerativa central e controla seu próprio destino (Figura 2). Outra descoberta interessante foi a demonstração de que a ligação de NAD+ a este sítio inibitório pode ser deslocada pelo precursor de NAD+, NMN. O NMN desloca o NAD+ do seu sítio de ligação no ARM, levando à ativação do SARM1 (Figura 2). Por outro lado, foi proposto que um declínio inicial de NAD+ induzido por disfunção metabólica ou talvez por dano ao DNA e ativação de PARP1 ou ativação de CD38 poderia liberar NAD+ do seu sítio de ligação no ARM. Essa liberação de NAD+ poderia liberar o domínio TIR para ser dimerizado e ativado, levando ao consumo de NAD, colapso metabólico e morte celular neural (Figura 2).

Estudos adicionais são necessários para delinear claramente os mecanismos envolvidos na ativação do SARM1 in vivo. Isto é de particular importância ao considerar o uso potencial de NMN como precursor de NAD. É essencial saber se a suplementação com NMN pode levar ao deslocamento do NAD+ do sítio regulatório no SARM1, induzindo a ativação da atividade NADase do SARM1, colapso metabólico do NAD+ e morte celular. De fato, um estudo recente apoia a noção de que o SARM1 é um sensor da razão NMN/NAD.

Novas descobertas e controvérsias no transporte de nucleotídeos de nicotinamida.

Outro aspecto importante da biologia dos nucleotídeos de nicotinamida que está sendo intensamente investigado diz respeito à maquinaria usada por células e organelas para transportar metabólitos e precursores da via do NAD (Figura 3). Este aspecto da biologia do NAD é fonte de debates acalorados (Grozio et. al., 2019a; Grozio et.al., 2019b). Questões-chave neste campo são como os precursores de NAD(P) são transportados do espaço extracelular para o intracelular e se o NAD é transportado para dentro das mitocôndrias.
Curiosamente, patógenos como H. aegyptius, H. influenzae, H. haemolyticus, H. parainfluenzae e H. parahaemolyticus, responsáveis por um espectro de infecções, não possuem a capacidade de sintetizar NAD+ e dependem, em vez disso, da captação de NAD extracelular e moléculas precursoras de NAD (por exemplo, NMN, NR) para sustentar seu metabolismo e crescimento. De fato, o NAD e seus precursores são necessários para o crescimento dessas bactérias e devem ser incluídos nos meios de cultura como o fator V. Essas bactérias expressam transportadores de nucleotídeos para facilitar a incorporação intracelular de nucleotídeos de nicotinamida, e foi sugerido que NR, NMN e NAD podem ser transportados através das membranas de H. influenzae por diferentes canais putativos. Em contraste, em células de mamíferos, foi proposto que apenas nicotinamida, ácido nicotínico, NR e uma forma reduzida de NR (NRH) podem ser transportados do exterior para o interior das células através de transportadores específicos. A conversão de NAD e NMN extracelulares por CD38 e CD73 em nicotinamida livre ou NR seria o mecanismo disponível para incorporar esses precursores extracelulares nas células (Figura 3). No entanto, o debate sobre como o NMN extracelular é incorporado nas células persiste.
Em relação ao transporte de NMN, o estudo de Grozio e colegas, e a subsequente crítica de Schmidt e Brenner merecem atenção especial (Grozio et. al., 2019a; Grozio et. al., 2019b). NMN é um precursor biossintético de NAD+ conhecido por promover a produção celular de NAD+ e por combater patologias associadas ao envelhecimento em camundongos. No entanto, ainda não está claro como o NMN é captado pelas células. Grozio et al. propuseram que o gene Slc12a8, anteriormente denominado transportador de sal, codifica um transportador específico de NMN que é regulado pelo NAD no intestino delgado de camundongos (Grozio et. al., 2019a). Eles relatam que o knockdown de Slc12a8 abole a captação de NMN em células cultivadas e em um modelo de camundongo com knockdown (Grozio et. al., 2019a). Os autores propõem ainda que Slc12a8 transporta especificamente NMN, mas não NR, e que o transporte de NMN depende da presença de íons sódio (Grozio et. al., 2019a). No entanto, Schmidt e Brenner afirmam que os dados analíticos e de transporte não são sólidos e não suportam o transporte de NMN por Slc12a8. Além disso, eles afirmam que há evidências genéticas, farmacológicas e cinéticas suficientes indicando que o NMN é desfosforilado em NR antes de entrar na célula. Portanto, dois cenários podem existir, um onde o NMN é de fato transportado para dentro das células através de um transportador como Slc12a8, e outro onde o NMN deve ser convertido em NR por uma enzima como a CD73, para ser incorporado pelas células. Para aumentar a controvérsia, estudos sobre o papel da CD73 na conversão de NMN em NR chegaram a conclusões muito diferentes. Em um estudo, foi demonstrado que a CD73 é necessária para o efeito celular do NMN tanto in vivo quanto in vitro em células endoteliais. Em contraste, em um estudo diferente, foi proposto que a CD73 não converte eficientemente NMN em NR, e que a captação de NMN em algumas células cancerígenas ocorre independentemente da CD73. É possível que esses diferentes mecanismos para incorporar precursores de NAD estejam presentes, ou sejam mais abundantes, em tipos celulares específicos. Como os estudos in vitro geralmente se concentram em um ou poucos tipos celulares, um quadro mais completo ainda está faltando. Por exemplo, é possível que o mecanismo para incorporar NAD e NMN in vivo possa ser dependente de célula, tecido e contexto. Assim, parece que ainda há muito a ser aprendido sobre os mecanismos que as células usam para captar precursores de NAD do espaço extracelular (Figura 3).
Outro aspecto fundamental do metabolismo e transporte de NMN diz respeito aos níveis dramaticamente diferentes desse metabólito relatados na circulação. Vale a pena notar que a faixa de níveis de NMN relatados na circulação varia de quase indetectável até a faixa de μM. A razão para esses resultados diferentes não é conhecida, mas pode provavelmente ser explicada pela falta de padronização comum na área. De fato, a coleta de amostras, extração de nucleotídeos, armazenamento e os ensaios de detecção específicos utilizados podem todos ser responsáveis por essas diferenças. Portanto, acreditamos que a padronização de protocolos experimentais na análise de metabólitos e precursores de NAD é imperativa para ser capaz de comparar diferentes estudos e chegar ao fundo da controvérsia sobre os níveis e transporte de NMN. Curiosamente, observamos que após a administração de doses orais de NMN, os níveis de NMN são quase indetectáveis no plasma. No entanto, os níveis de NMN podem ser aumentados pela inibição da enzima CD38, indicando que essa ectoenzima desempenha um papel importante na farmacocinética de NMN no plasma. Um fator importante a considerar sobre o metabolismo de NMN é o papel potencial de exossomos secretados contendo a enzima limitante para a síntese de NMN (eNAMPT). Esses exossomos poderiam potencialmente apresentar um local para a síntese de NMN na circulação e, também, uma fonte de comunicação entre tecidos, entre adipócitos e o cérebro, como proposto pelo grupo de Imai. Embora sejam possibilidades intrigantes, elas ainda aguardam validação experimental e confirmação na literatura. Como discutiremos a seguir, a captação de NAD e seus precursores por organelas como as mitocôndrias também é objeto de descobertas muito importantes na área, e pode fornecer pistas para descobrir como NAD e NMN podem ser incorporados pelas células.
NAD+ pode ser transportado para dentro das mitocôndrias de mamíferos, afinal.
Um tópico importante que tem sido debatido na área do transporte de precursores de NAD é se o NAD+ nas mitocôndrias surge da nicotinamida, NMN ou do próprio NAD. Recentemente, um estudo de Davila et al. sugeriu a existência de um transportador mitocondrial de NAD+ (ou NADH) não reconhecido, desafiando a visão antiga de que as mitocôndrias eram impermeáveis ao NAD+. Para expandir ainda mais essa importante descoberta, três estudos independentes identificaram simultaneamente o transportador de solutos MCART1/SLC25A51 como o primeiro transportador mitocondrial de NAD+ de mamíferos descoberto (Figura 3).
O par NAD+/NADH é particularmente crítico nas mitocôndrias, pois conecta a oxidação de substratos pelo ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) à geração de trifosfato de adenosina (ATP) pela cadeia de transporte de elétrons (ETC) e pela fosforilação oxidativa. Usando diferentes abordagens, incluindo dados de essencialidade gênica e redes de interação gênica, o MCART1 (SLC25A51) foi identificado como um transportador mitocondrial de NAD+. Em apoio a isso, todos os três estudos mostraram que células nulas para MCART1 apresentam reduções significativas nos níveis mitocondriais de NAD+, no fluxo do ciclo TCA e na respiração mitocondrial (por exemplo, na atividade do complexo I mitocondrial dependente de NAD). Além disso, esses três estudos independentes também demonstraram que mitocôndrias isoladas de células sem MCART1 apresentavam captação prejudicada de NAD+. Importante, as consequências funcionais da ausência de MCART1 nas células puderam ser prevenidas pela expressão de NDT1, um transportador mitocondrial de NAD+ de levedura. Assim, esses estudos propõem que o MCART1 é o tão procurado transportador mitocondrial de NAD+ em células humanas.
À luz dessas descobertas descritas acima, pode-se prever que transportadores para outras formas de metabólitos da via do NAD possam ser revelados em um futuro próximo, aprimorando ainda mais nossa compreensão do metabolismo e da biologia do NAD. A identificação desses transportadores pode ter implicações fisiológicas e translacionais importantes. Por exemplo, além do MCART1, os humanos têm outro gene homólogo chamado MCART2 que parece ser expresso quase exclusivamente em espermatozoides. É possível que a exploração do papel específico do transportador mitocondrial de NAD em espermatozoides possa levar ao desenvolvimento de um contraceptivo masculino específico. Além disso, o renovado interesse no transporte de NAD e seus precursores levou agora à identificação de um mecanismo de transporte para a forma mais clinicamente utilizada de vitamina B3, a saber, o ácido nicotínico.
Em conclusão, o renovado interesse no metabolismo, transporte e biologia do NAD incentivou pesquisadores a explorar várias questões abertas extremamente importantes no campo, o que levou a uma expansão de nossa compreensão do transporte e metabolismo do NAD em células de mamíferos. O uso de dados de essencialidade gênica e redes de interação gênica provavelmente será fundamental para continuar investigando essas questões.
NAD, inflamação-senescência e envelhecimento: o bom, o mau e o feio.
O envelhecimento é caracterizado por muitas mudanças nos níveis celular e molecular, incluindo alterações epigenéticas, instabilidade genômica, disfunção mitocondrial e desregulação da detecção de nutrientes (López-Otín e Kroemer, 2020). Células que não funcionam adequadamente podem morrer ou se tornar senescentes (López-Otín e Kroemer, 2020). No estado senescente, as células secretam muitos fatores pró-inflamatórios, incluindo uma variedade de citocinas e quimiocinas inflamatórias (SASP), resultando em uma inflamação de baixo grau chamada “inflammaging”. Outra característica do envelhecimento e das patologias associadas ao envelhecimento é o declínio nos níveis de NAD+ nos tecidos, o que pode influenciar a atividade das sirtuínas e promover a ruptura metabólica relacionada à idade. Para entender melhor o papel do declínio de NAD+ durante o envelhecimento, é importante caracterizar o metabolismo de NAD+ e suas enzimas durante o envelhecimento. Em particular, dois tópicos críticos precisam ser melhor compreendidos: quais são os papéis do NAD+ em diferentes tipos celulares, incluindo células senescentes, e se as células senescentes e o “inflammaging” regulam o metabolismo de NAD+ (Figura 4).
Em relação ao metabolismo de NAD+ em células senescentes, um estudo recente propõe que o metabolismo de NAD+ desempenha um papel chave nas células senescentes ao determinar a força do SASP pró-inflamatório (Figura 4). Em um modelo de senescência associada a alto SASP pró-inflamatório, senescência induzida por oncogene (SIO), foram observados aumentos significativos na razão NAD+/NADH, nos níveis de NAD+ e na expressão de NAMPT, e o knockdown de NAMPT diminuiu não apenas os níveis de NAD+, mas também a secreção do SASP pró-inflamatório. Assim, este estudo propõe que na SIO o alto SASP pró-inflamatório parece ser predominantemente impulsionado pela razão NAD+/NADH. No entanto, em um modelo de senescência replicativa (SR), que é uma senescência associada a baixo SASP pró-inflamatório, os autores descobriram que a NAMPT foi regulada negativamente e a razão NAD+/NADH foi diminuída. Parece que na SR, a senescência é impulsionada principalmente por danos no DNA. Além disso, este estudo relatou que o aumento da razão NAD+/NADH na SR por RAS oncogênico ectópico ou suplementação de NMN aumentou significativamente o SASP in vitro Porque o SASP pró-inflamatório demonstrou ser tumorigênico, este estudo sugere que a suplementação com precursores de NAD deve ser abordada com cautela, pois pode ser pró-inflamatória ou tumorigênica em algumas condições.
Em contraste com a hipótese de que o aumento de NAD+ em células senescentes pode ser pró-inflamatório, um novo estudo publicado na Science mostrou que a disfunção mitocondrial em células T gerou células T defeituosas que iniciaram um processo de inflamaging em tecidos distais desses animais. A senescência observada nesses camundongos foi acompanhada por baixas razões NAD+/NADH nos tecidos periféricos. Notavelmente, a administração de NR restaurou a razão NAD+/NADH, preveniu alterações transcricionais relacionadas ao envelhecimento e resgatou a síndrome de multimorbidade nesses camundongos. Em apoio a este estudo, um estudo de Elhassan e colegas em 2019 mostrou que a suplementação com NR em indivíduos idosos reduziu os níveis de algumas citocinas inflamatórias circulantes, propondo que a administração de NR em humanos idosos pode ter efeitos anti-inflamatórios. Diante desses achados, várias questões precisam ser abordadas para entender melhor o papel do metabolismo do NAD+ no desenvolvimento da senescência durante o envelhecimento. É fundamental caracterizar completamente o papel das enzimas de síntese e consumo de NAD em células senescentes e investigar o papel do metabolismo do NAD em outros modelos celulares de senescência. Mais importante, é necessário manipular os níveis de NAD+ por meio de diferentes mecanismos in vivo, usando diferentes precursores de NAD ou manipulando enzimas do metabolismo do NAD, para ter uma visão clara de seu papel no desenvolvimento da senescência e da inflamação relacionada à idade in vivo.
Outro tópico interessante no metabolismo do NAD e no envelhecimento é como as células senescentes e seu fenótipo secretor regulam o metabolismo do NAD em células não senescentes. Três estudos recentes, incluindo dois do nosso grupo, exploraram esse tópico e forneceram uma conexão fundamental entre células senescentes e a ectoenzima CD38 degradadora de NAD+. Esses estudos mostram que as células imunes são as principais células que acumulam CD38 durante o envelhecimento. Além disso, o SASP induz a expressão de CD38 em células imunes in vitro e in vivo, especialmente em macrófagos, mas também em células não imunes (Figura 4). A indução de senescência in vivo aumentou a expressão de CD38 no tecido adiposo branco e no fígado. Importante, a depleção de células senescentes ou de seu fenótipo secretor in vivo diminuiu os níveis de CD38 e resgatou parcialmente os níveis de NAD+ em tecidos envelhecidos, demonstrando que as células senescentes contribuem para o declínio do NAD+ observado durante o envelhecimento. Portanto, o aumento da expressão de CD38 em células imunes durante o envelhecimento é um evento-chave que conecta o acúmulo de células senescentes com inflamação e metabolismo do NAD+. Como a CD38 degrada não apenas o NAD+ intracelular, mas também o NMN extracelular, o bloqueio da atividade extracelular da CD38 com um anticorpo específico aumentou os níveis de NAD e NMN nos tecidos de camundongos envelhecidos. Essa descoberta levanta a possibilidade de que a inibição da atividade ectoenzimática da CD38 com anticorpos específicos possa ser usada em conjunto com outras terapias de aumento de NAD em estudos de terapias de reposição de NAD. Também seria interessante investigar os efeitos da inibição da CD38 em combinação com outras terapias de envelhecimento, como agentes senolíticos ou senomórficos, para melhorar doenças relacionadas ao envelhecimento. Mais importante, no entanto, é a necessidade de determinar se um aumento na expressão de CD38 durante o processo de envelhecimento pode ter um potencial efeito de feedback negativo sobre o SASP em tecidos enriquecidos com células senescentes. Assim, se o declínio do NAD tecidual durante o envelhecimento é amigo ou inimigo ainda não foi completamente elucidado.
Considerações Finais
A pesquisa sobre o metabolismo de nucleotídeos de nicotinamida em estados fisiológicos e patológicos evoluiu rapidamente nos últimos anos e transformou nossa compreensão dos papéis desses nucleotídeos no metabolismo. No entanto, no momento, parece que ainda estamos longe de entender o quadro completo de como todos esses metabólitos de NAD são integrados. Muitas perguntas em aberto permanecem para serem exploradas para melhorarmos nossa compreensão da biologia desses nucleotídeos e seus potenciais papéis terapêuticos. Primeiro, como os precursores de NAD entram nas células e organelas? Este ainda é um ponto de debate, especialmente devido ao uso de diferentes células e tecidos em estudos específicos. Importa quais precursores são usados e quais vias são alvo? Por que o metabolismo de nucleotídeos de nicotinamida é tão rápido e dinâmico? Os metabólitos tóxicos de NAD, como R-S-NADPHX, se acumulam durante diferentes estados fisiológicos e patológicos? Como os múltiplos braços do metabolismo de nucleotídeos de nicotinamida são integrados com outras vias metabólicas, como o ciclo da metionina? Quais são os papéis não oxidativos emergentes de NAD e seus derivados, como o papel do capeamento de RNA por NAD? Responder a essas perguntas nos forneceria um quadro claro sobre os papéis e a biologia desses nucleotídeos.

Declaração de Interesses

E.N.C. detém uma patente sobre o uso de inibidores de CD38 para doenças metabólicas, licenciada pela Elysium Health. E.N.C. é consultor para TeneoBio, Calico, Mitobridge e Cytokinetics. E.N.C. faz parte do conselho consultivo da Eolo Pharma. E.N.C. possui ações da Teneobio. A pesquisa no laboratório de E.N.C. foi conduzida em conformidade com as políticas de Conflito de Interesses da Mayo Clinic.

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Referências:

Nicotinamida para o tratamento de insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada
Detecção de isquemia miocárdica precoce em coração de rato por espectrometria de massas por imagem MALDI
A porina OmpP2 de Haemophilus influenzae mostra especificidade por substratos de nucleotídeos derivados de nicotinamida
Nicotinamida produz resultados impressionantes no câncer de pele
O fator 1 de barreira à autointegração (Banf1) regula a atividade da poli [ADP-ribose] polimerase 1 (PARP1) após dano oxidativo ao DNA
Enzimas de reparo de metabólitos controlam danos metabólicos na glicólise
A deficiência genética de Nicotinamida N-Metiltransferase (Nnmt) em camundongos machos melhora a sensibilidade à insulina na obesidade induzida por dieta, mas não afeta a tolerância à glicose
Regulação estrutural e mecanística da NAD hidrolase pró-degenerativa SARM1
CD38 Dita o Declínio de NAD Relacionado à Idade e a Disfunção Mitocondrial por meio de um Mecanismo Dependente de SIRT3
Mortalidade em quinze anos em pacientes do Projeto Coronary Drug: benefício de longo prazo com niacina
Um ensaio clínico randomizado de Fase 3 de Nicotinamida para Quimioprevenção do Câncer de Pele
Um ensaio clínico randomizado controlado de fase II de nicotinamida para quimioprevenção do câncer de pele em transplantados renais
A NADase CD38 é induzida por fatores secretados por células senescentes, fornecendo uma possível ligação entre senescência e declínio celular de NAD+ relacionado à idade
A ecto-enzima CD38 em células imunes é induzida durante o envelhecimento e regula os níveis de NAD+ e NMN
De Camundongos a Humanos: o Aumento de NAD+ com Niacina Oferece Esperança para Pacientes com Miopatia Mitocondrial
Degeneração axonal programada: do camundongo ao mecanismo e à medicina
Células senescentes promovem o declínio de NAD+ tecidual durante o envelhecimento via ativação de macrófagos CD38+
Metabolismo do NAD+ e seus papéis nos processos celulares durante o envelhecimento
A nicotinamida adenina dinucleotídeo é transportada para as mitocôndrias de mamíferos
Células T com mitocôndrias disfuncionais induzem multimorbidade e senescência prematura
A NMN Desamidase Retarda a Degeneração Walleriana e Resgata Defeitos Axonais Causados pela Deficiência de NMNAT2 In Vivo
Um ensaio clínico randomizado controlado por placebo de nicotinamida ribosídeo em homens obesos: segurança, sensibilidade à insulina e efeitos de mobilização lipídica
A nicotinamida ribosídeo não altera a respiração mitocondrial, o conteúdo ou a morfologia no músculo esquelético de homens obesos e resistentes à insulina
Efeitos da Nicotinamida Ribosídeo na Função Pancreática Endócrina e Hormônios Incretínicos em Homens Não Diabéticos com Obesidade
Proteômica revela NNMT como um regulador metabólico mestre de fibroblastos associados ao câncer
A Nicotinamida Ribosídeo Aumenta o Metaboloma de NAD+ do Músculo Esquelético Humano Envelhecido e Induz Assinaturas Transcriptômicas e Anti-inflamatórias
O Domínio do Receptor Toll/Interleucina-1 da SARM1 Possui Atividade Intrínseca de Clivagem de NAD+ que Promove a Degeneração Axonal Patológica
Proteínas do Domínio TIR São uma Família Antiga de Enzimas Consumidoras de NAD+
SARM1 é um sensor metabólico ativado por um aumento da razão NMN/NAD+ para desencadear a degeneração axonal
Inflamação crônica (inflammaging) e sua contribuição potencial para doenças associadas à idade
A estrutura cristalina de alta resolução da NAD nucleotidase periplasmática de Haemophilus influenzae revela uma nova função enzimática da CD73 humana relacionada ao metabolismo de NAD
A ativação de SARM1 desencadeia a degeneração axonal localmente via destruição de NAD⁺
Identificação baseada em epistasia de SLC25A51 como um regulador da importação mitocondrial de NAD humano
Uma forma reduzida de nicotinamida ribosídeo define um novo caminho para a biossíntese de NAD+ e atua como um precursor de NAD+ oralmente biodisponível
Slc12a8 é um transportador de nicotinamida mononucleotídeo
Resposta a: Ausência de evidências de que Slc12a8 codifica um transportador de nicotinamida mononucleotídeo
A ecto-enzima multifacetada CD38: Papéis na Imunomodulação, Câncer, Envelhecimento e Doenças Metabólicas
Efeito da administração oral de mononucleotídeo de nicotinamida nos parâmetros clínicos e nos níveis de metabólitos da nicotinamida em homens japoneses saudáveis
O mecanismo de autoinibição mediada por NAD+ do SARM1 pró-neurodegenerativo
Homeostase do NAD+ na saúde e na doença
Tratamento eficaz da miopatia mitocondrial com ribosídeo de nicotinamida, uma vitamina B3
O MCART1/SLC25A51 é necessário para o transporte mitocondrial de NAD
Mutações do NAXE interrompem o sistema de reparo celular de NAD(P)HX e causam um distúrbio neurometabólico letal na primeira infância
Células T auxiliares foliculares de vida longa retêm plasticidade e ajudam a sustentar a imunidade humoral
A eficácia lipídica da niacina é independente tanto do receptor de niacina GPR109A quanto da supressão de ácidos graxos livres
NAD+ no envelhecimento cerebral e nos distúrbios neurodegenerativos
A N1-metilnicotinamida sérica está associada à disfunção sistólica do ventrículo esquerdo em chineses
Análise quantitativa dos fluxos de síntese e degradação de NAD
Marcos da saúde
SLC25A51 é um transportador mitocondrial de NAD+ em mamíferos
Nicotinamida para quimioprevenção do câncer de pele: efeitos da nicotinamida no melanoma in vitro e in vivo
A suplementação crônica com ribosídeo de nicotinamida é bem tolerada e eleva o NAD+ em adultos saudáveis de meia-idade e idosos
Reversão da disfunção endotelial pelo mononucleotídeo de nicotinamida via conversão extracelular em ribosídeo de nicotinamida
O transporte de ácido nicotínico para o fígado humano envolve o transportador de ânions orgânicos 2 (SLC22A7)
Declínio do NAD+ relacionado à idade
A administração de longo prazo de mononucleotídeo de nicotinamida mitiga o declínio fisiológico associado à idade em camundongos
O receptor de ácido nicotínico GPR109A (HM74A ou PUMA-G) como um novo alvo terapêutico
O metabolismo do NAD+ governa o secretoma associado à senescência pró-inflamatório
P2X7R: O calcanhar de Aquiles das células T de memória auxiliares foliculares
CD38: Uma molécula imunomoduladora na inflamação e autoimunidade
A Niacina Cura a Deficiência Sistêmica de NAD+ e Melhora o Desempenho Muscular na Miopatia Mitocondrial de Início na Idade Adulta
Comprometimento da biossíntese de novo de NAD+ na lesão renal aguda em humanos
Homeostase do NAD+ na saúde e na doença renal
NRK1 controla o metabolismo do mononucleotídeo de nicotinamida e do ribosídeo de nicotinamida em células de mamíferos
A suplementação com ribosídeo de nicotinamida altera a composição corporal e as concentrações de acetilcarnitina no músculo esquelético em humanos obesos saudáveis
Ausência de evidências de que Slc12a8 codifique um transportador de mononucleotídeo de nicotinamida
Ecto-ADP-ribosiltransferases (ARTs): novos atores na comunicação e sinalização celular
Morte de células T induzida por NAD: a ADP-ribosilação de proteínas da superfície celular pela ART2 ativa o purinoceptor citolítico P2X7
Bactérias Aumentam o Metabolismo de NAD do Hospedeiro Mamífero ao Engajar a Via de Biossíntese Desamidada
Deficiência de NAD, Malformações Congênitas e Suplementação com Niacina
Base estrutural para a inibição e ativação do SARM1 sob estresse energético
O ribosídeo de dihidronicotinamida promove citotoxicidade celular específica ao inclinar o equilíbrio entre regulação metabólica e estresse oxidativo
Deficiência de NAD(P)HX desidratase (NAXD): um novo distúrbio neurodegenerativo exacerbado por doenças febris
O NAD+ extracelular aumenta a capacidade de reparo do DNA dependente de PARP independentemente da atividade da CD73
O elusivo transportador de NMN é encontrado
Macrófagos que expressam CD38 impulsionam o declínio do NAD+ relacionado à idade
A diidronicotinamida ribosídeo é um potente intensificador da concentração de NAD+ in vitro e in vivo
Secreção de eNAMPT mediada por SIRT1 do tecido adiposo regula o NAD+ hipotalâmico e a função em camundongos
Intermediários do NAD+: A Biologia e o Potencial Terapêutico do NMN e NR
Uma visão geral do metaboloma de NAD e das vias metabólicas.
Esta figura é uma visão integrativa das redes relacionadas ao metabolismo do NAD, incluindo síntese (vias de novo, Preiss-Handler e de salvamento), degradação, excreção e vias de reparo. A estrutura do NAD, NMN e NR é mostrada (canto superior direito). A estrutura do S-NADHX é mostrada (via de reparo - verde) e o grupo hidroxila localizado na posição 6 do anel nicotinílico é destacado. Na configuração R, o grupo hidroxila do anel nicotinílico está localizado na posição 2 (não mostrado). Formas cíclicas de S- e R-NAD(P)HX (não mostradas) também são metabólitos tóxicos. 2-PY= N-metil-2-piridona-5-carboxamida; 4PY= N-metil-4-piridona-3-carboxamida; ACMS= 2-Amino-3-carboximuconato semialdeído; AFMID= Arilformamidase; AOX= aldeído oxidase; ARTs= ADP-ribosil-transferases; CYP2E1= Citocromo P450 2E1; GAPDH= Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase; HAAO= 3-hidroxiantranilato 3,4-dioxigenase; IDO= indoleamina 2,3-dioxigenase; KMO= quinurenina 3-monooxigenase; KYNU= quinureninase; M-NAM= metil nicotinamida; NA= ácido nicotínico; NaAD= ácido nicotínico adenina dinucleotídeo; NAD= nicotinamida adenina dinucleotídeo; NAM= nicotinamida; NaMN= ácido nicotínico mononucleotídeo; NAMPT= nicotinamida fosforribosiltransferase; NaPRT1= ácido nicotínico fosforribosiltransferase 1; NAXD= NAD(P)HX Desidratase; NAXE= NAD(P)H-hidrato epimerase; NMN= nicotinamida mononucleotídeo; NMNAT1= nicotinamida/ácido nicotínico mononucleotídeo adenililtransferase 1; NNMT= nicotinamida N-metiltransferase; NR= nicotinamida ribosídeo; PARP= poli (ADP-ribose) polimerase; PRPP= fosforribosil pirofosfato; QPRT= quinolato fosforribosil transferase; SARM1= abreviação de proteína 1 contendo motivo alfa estéril e receptor Toll/interleucina (TIR); TPO= triptofano 2,3-dioxigenase;
Mecanismos potenciais envolvidos na ativação de Sarm1.
SARM1 homo-octâmero assume uma conformação inativa compacta que é estabilizada pela ligação de NAD a sítios alostéricos localizados nos domínios ARM. O declínio de NAD leva à desmontagem do anel ARM periférico do SARM1, permitindo a formação de dímeros TIR, que são responsáveis pela atividade NADase do SARM1. Postulou-se que o NMN pode promover o deslocamento do NAD dos sítios alostéricos inibitórios do SARM1, resultando na ativação da NADase do SARM1. A) Em contexto fisiológico normal, o NAD está ligado a sítios alostéricos nos oligômeros de SARM1, distantes de seus sítios catalíticos. O CD38 presente na membrana plasmática celular levaria à degradação do NMN extracelular, prevenindo o aumento dos níveis intracelulares de NMN. B) Em uma condição onde a atividade do CD38 extracelular está bloqueada, o consequente aumento nos níveis intracelulares de NMN poderia levar ao deslocamento do NAD dos sítios alostéricos inibitórios do SARM1, resultando na ativação do SARM1. C) O aumento da expressão/atividade de NADases intracelulares como PARPs ou CD38 intracelular (iCD38) pode levar a uma diminuição nos níveis intracelulares de NAD e consequente ativação da atividade do SARM1. Uma diminuição adicional nos níveis de NAD poderia levar ao colapso metabólico e morte celular. SAM= motivo alfa estéril; TIR= domínio de homologia do receptor toll/interleucina-1 (TIR); ARM= domínio de repetição armadillo.
Transporte de nucleotídeos de nicotinamida para dentro das células e organelas.
Acredita-se que o NAD e o NMN extracelulares são degradados em ADPR e NAM ou NR por exonuclease como CD38 ou CD73, respectivamente, antes de serem transportados para dentro das células. O transporte de NR é mediado por transportadores de nucleosídeos equilibradores (ENT). Se o NMN pode ser captado pelas células através do transportador Slc12a8 ou qualquer outro transportador ainda está em debate. Sabe-se que o NAM entra nas células, mas a proteína que medeia seu transporte ainda é desconhecida. O produto do CD38, ADPR, pode ser usado como substrato por outras nucleotidases, como a nucleotídeo pirofosfatase CD203a, que gera AMP. O AMP é o principal substrato da CD73, que gera adenosina, um metabólito imunossupressor. O Slc25a51, um membro da família de transportadores de solutos, foi recentemente identificado como o transportador de NAD na membrana interna mitocondrial. NAM= nicotinamida; NMN= mononucleotídeo de nicotinamida; NR= ribosídeo de nicotinamida; ADPR= difosfato de adenosina ribose; AMP= mononucleotídeo de adenosina; ADO= adenosina.
NAD, inflamação e senescência: uma faca de dois gumes?
Na senescência induzida por oncogenes (SIO), a proteína do grupo A de alta mobilidade (HMGA) regula positivamente a expressão da nicotinamida fosforribosiltransferase (NAMPT), a enzima limitante da via de salvamento de NAD. A expressão de NAMPT mediada por HMGA induz a síntese de NAD, levando a maiores razões NAD+/NADH. Essa alteração metabólica pode induzir um SASP pró-inflamatório mais intenso, o que acelera a progressão do câncer nas células circundantes. Durante a senescência relacionada ao envelhecimento (SRE), o SASP crônico causa um ambiente pró-inflamatório de baixo nível, levando ao inflamaging e à regulação positiva da expressão de CD38 em macrófagos M1 e outras células imunológicas. A indução da expressão de CD38, por sua vez, causa uma redução nos níveis de NAD e NMN nos tecidos circundantes. Células imunológicas pró-inflamatórias também apresentam níveis reduzidos de NAD, mas essa redução depende de outras enzimas além da CD38, como a PARP1. Terapias de aumento de NAD são abordagens terapêuticas atraentes, mas é crucial considerá-las com cuidado. NAD= nicotinamida adenina dinucleotídeo; NMN= nicotinamida mononucleotídeo; SASP= fenótipo secretor associado à senescência; SIO= senescência induzida por oncogenes