NAD (никотинамидадениндинуклеотид) является ключевым посредником различных метаболических и регуляторных процессов в клетках человека и животных. Значительное падение уровня внутриклеточного NAD наблюдается при развитии различных патологических состояний, включающих нарушения обмена веществ, нейродегенеративные заболевания, болезни сердца и другие. Более того, в процессе старения организма количество NAD снижается во многих тканях у грызунов и людей.

Основным источником для пополнения запаса NAD в клетках служит витамин B3: никотинамид (Nam), никотиновая кислота и нуклеозидная форма этого витамина – никотинамидрибозид (NR). Как было относительно недавно установлено, NR, присутствующий в молоке и в пищевых продуктах, содержащих дрожжи, является эффективным предшественником NAD у млекопитающих. Многочисленные исследования NR демонстрируют, что его введение в организм повышает уровень внутриклеточного NAD и тем самым восстанавливает физиологические функции, ослабленные или утерянные в экспериментальных моделях старения и различных патологий. Однако несмотря на активное использование NR в прикладной биомедицине, механизмы его действия все еще исследованы недостаточно хорошо.

“В нашей работе мы изучали механизмы синтеза NAD из нуклеозида NR в клетках человека и животных. Для этого мы использовали фармакологическое и генетическое подавление активности белков, а также метод количественной оценки продуктов метаболизма NR в клетках при помощи ЯМР-спектроскопии”, – рассказывает заведующий Лабораторией клеточного метаболизма и сигналинга ИНЦ РАН Андрей Никифоров.

Известно, что в клетках млекопитающих синтез NAD из NR осуществляется в два этапа, на первом из которых к данному нуклеозиду добавляется фосфатная группа с образованием никотинамидмононуклеотида (NMN). Далее к NMN присоединяется аденозинмонофосфат, в результате чего получается NAD. Однако в ходе экспериментов ученые ИНЦ РАН показали, что у млекопитающих доминирует альтернативный механизм утилизации NR в качестве предшественника NAD,- после попадания в клетку данный нуклеозид в основном расщепляется до другой формы витамина B3 – Nam, из которого также эффективно синтезируется NAD через образование NMN. Далее исследователи установили фермент, отвечающий за расщепление NR, – им оказался белок PNP (пуриннуклеозидфосфорилаза). Подавление его активности специфическим ингибитором Иммуциллин H полностью блокировало превращение NR в Nam в различных типах клеток. Более того, на клеточных и мышиных лабораторных моделях ученые показали, что ингибирование PNP может значительно усиливать синтез NAD из NR. Это позволило сделать вывод о том, что белок PNP является основным регулятором метаболизма NR у млекопитающих.

В ходе исследования также выяснилось, что в случае, если NAD в тканях эффективно синтезируется напрямую из NR, то блокировка белка PNP делает эту форму витамина еще более эффективным источником для синтеза NAD. Так, после введения мышам NR совместно с Иммуциллин H наблюдалось увеличение уровня NAD в почках животных на 30 % по сравнению с введением только NR. Однако подавление белка PNP не приводило к усилению эффекта от действия NR в печени, поскольку выяснилось, что в этом органе NAD достаточно эффективно синтезируется из Nam.

“В перспективе полученные результаты будут актуальны для разработки новых стратегий применения различных форм витамина B3 (NR и Nam) в клинической практике. Например, если мы имеем задачу повысить уровень NAD в почке, то эффективнее будет использовать комбинацию NR и Иммуциллин H. А в случае печени такая терапия будет не столь эффективна”, – поясняет Андрей Никифоров.

В исследовании приняли участие ученые ИНЦ РАН, Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, Санкт-Петербургского государственного университета, а также Бергенского Университета (Норвегия) и Университета Южной Алабамы (США). Проект поддержан грантами РФФИ (№ 19-34-60039) и РНФ (№ 21-14-00319).