
Швейцарские ученые обнаружили, что окисленный никотинамидадениндинуклеотид
(НАД+) управляет процессом старения стволовых клеток, действуя на
активность митохондрий. В эксперименте назначение биологического
предшественника НАД+ никотинамидрибозида (НР) мышам улучшило состояние их
мышечных, нервных и пигментных стволовых клеток, что увеличило продолжительность
жизни животных. При этом НР представляет собой ничто иное как производное ниацина, или витамина В3. В другом исследовании американский научный коллектив определил
концентрацию НАД+ в разных клеточных структурах и выявил механизмы ее
поддержания в митохондриях. Отчеты о работах и экспертный комментарий к ним
опубликованы в журнале Science.
Сотрудники Федеральной политехнической школы в Лозанне с
коллегами сравнили экспрессию генов в мышечных стволовых клетках молодых (около
трех месяцев) и пожилых (около 24 месяцев) мышей. Они выяснили, что наиболее
сильно при старении снижается активность митохондриальных генов цикла
трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования. Эти процессы тканевого
дыхания обеспечивают клетку энергией в виде АТФ. Дисфункцию митохондрий подтвердило
также непосредственное выявление снижения их мембранного потенциала, уменьшение
уровня дыхания и истощение клеточных запасов АТФ. Также при старении снижалась
экспрессия генов сигнального пути стрессорного ответа UPRmt, который обеспечивает
адаптацию митохондрий, и генов клеточного цикла. При этом повышалась экспрессия
генов старческого воспалительного секретома клеток.
Также ученые убедились, что в стволовых клетках пожилых
мышей снижена концентрация НАД+. Этот кофактор окислительно-восстановительных
ферментов, служащий переносчиком электронов, необходим для работы митохондрий,
ядра и других клеточных структур. Шестинедельный курс НР повысил концентрацию НАД+
в мышечных стволовых клетках и молодых, и пожилых мышей, и увеличил их
количество в мышцах. Кроме того, у мышей старшего возраста препарат независимо
от стволовых клеток улучшил функцию мышц, действуя непосредственно на их
волокна. Положительное влияние НР на состояние мышечной ткани подтвердили у
животных с токсическим повреждением мускулатуры и трансгенных животных с
мышечной дистрофией.
Иммунохимический анализ и электрофорез на геле выявили в
клетках пролеченных пожилых мышей уменьшение уровней маркеров возрастных повреждений
ДНК — разрывов цепей, фофорилирования гистона 2A.X и бета-галактозидазы. Также
в клетках снизилось содержание мРНК, кодирующих циклинзависимый ингибитор
киназы 1 типа (CDKN1A) и связанных с ним провоспалительных белков. При этом
повысилась экспрессия ферментов окислительного фосфорилирования и пути UPRmt, а
также белков клеточного цикла, увеличились мембранный потенциал митохондрий и
концентрация АТФ в клетке. Опыты с трансгенными мышами показали, что
положительный эффект терапии связан с ее действием на сиртуин-1 — НАД+-зависимую
деацилазу, стимулирующую биогенез митохондрий. Также ученые выяснили, что
повышение уровня белков UPRmt и клеточного цикла обусловлено тем, что НР
стимулирует экспрессию прогибитинов, реагирующих на митохондриальный стресс. Изучение других тканей до и после курса НР показало, что
препарат повышает пролиферацию нервных стволовых клеток в мозге и предотвращает
возрастное уменьшение числа меланоцитов в волосяных фолликулах.Также НР
вызывал небольшое, но значимое увеличение средней продолжительности жизни
пожилых мышей (868 против 829 дней в контрольной группе). По мнению исследователей,
слабо выраженное действие препарата на продолжительность жизни связано с тем,
что его назначали животным, уже достигшим пожилого возраста (24 месяца). Это
значит, что процесс старения может быть отчасти обусловлен нарушением гомеостаза
НАД+ в стволовых клетках, заключили авторы работы.
Группа ученых из Орегонского университета здоровья и наук
уточнила распределение НАД+ в разных клеточных структурах. Для этого
они создали количественный молекулярный сенсор, состоящий из флуоресцирующего
белка Venus и НАД+-связывающего домена бактериальной ДНК-лигазы. С
его помощью они выяснили, что содержание кофермента примерно соответствует константе
Михаэлиса для поли(АДФ-рибоза)-полимеразы (PARP) в ядре и сиртуинов в
митохондриях. Это свидетельствует о том, что концентрация НАД+ регулирует
активность указанных ферментов в соответствующих клеточных структурах.
Дальнейшие эксперименты с выключением ферментов семейства NMNAT, синтезирующих НАД+,
показали, что митохондрии имеют по меньшей мере два источника этого кофермента.
Они могут как получать его из цитоплазмы, так и синтезировать самостоятельно.
Значение НАД+ для функционирования митохондрий и,
как следствие, для контроля клеточного старения делает направленные на его
метаболизм лечебные методики потенциальным способом продления жизни. Однако для
этого необходимо подтвердить полученные результаты в исследованиях на людях, а
также разработать оптимальные схемы терапии.
Олег Лищук
