二氢烟酰胺核糖苷是一种强有力的 NAD + 浓度增强剂在体内外

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Dihydronicotinamide riboside is a potent NAD +concentration enhancer in vitro and in vivo

Abstract

摘要

Interest in pharmacological agents capable of increasing cellular NAD+ concentrations has stimulated investigations of nicotinamide riboside (NR) and nicotinamide mononucleotide (NMN). NR and NMN require large dosages for effect. Herein, we describe synthesis of dihydronicotinamide riboside (NRH) and the discovery that NRH is a potent NAD+ concentration-enhancing agent, which acts within as little as 1 h after administration to mammalian cells to increase NAD+ concentrations by 2.5-10-fold over control values. Comparisons with NR and NMN show that in every instance, NRH provides greater NAD+ increases at equivalent concentrations. NRH also provides substantial NAD+ increases in tissues when administered by intraperitoneal injection to C57BL/6J mice. NRH substantially increases NAD+/NADH ratio in cultured cells and in liver and no induction of apoptotic markers or significant increases in lactate levels in cells. Cells treated with NRH are resistant to cell death caused by NAD+-depleting genotoxins such as hydrogen peroxide and methylmethane sulfonate. Studies to identify its biochemical mechanism of action showed that it does not inhibit NAD+ consumption, suggesting that it acts as a biochemical precursor to NAD+ Cell lysates possess an ATP-dependent kinase activity that efficiently converts NRH to the compound NMNH, but independent of Nrk1 or Nrk2. These studies identify a putative new metabolic pathway to NAD+ and a potent pharmacologic agent for NAD+ concentration enhancement in cells and tissues.

对能够增加细胞 NAD + 浓度的药物的兴趣刺激了对烟酰胺核糖苷(NR)和烟酰胺单核苷酸(NMN)的研究。NR 和 NMN 需要大剂量才能达到效果。在此,我们描述了二氢烟酰胺核糖苷(NRH)的合成和发现,NRH 是一个强有力的 NAD + 浓度增强剂,其行为在短短1小时内给予哺乳动物细胞,以提高 NAD + 浓度2.5-10倍的控制值。与 NR 和 NMN 的比较表明,在每个实例中,NRH 提供了更大的 NAD + 在等效浓度增加。当腹腔注射给予 C57BL/6J 小鼠时,NRH 在组织中也提供了大量的 NAD + 增加。NRH 大幅度增加培养细胞和肝脏中 NAD +/NADH 比率,并且没有诱导凋亡标记物或细胞中乳酸水平的显著增加。用 NRH 处理过的细胞能够抵抗 NAD + 消耗基因毒素引起的细胞死亡,如过氧化氢和甲基甲烷磺酸盐。确定其作用的生化机制的研究表明,它并不抑制 NAD + 的消耗,这表明它作为 NAD + 细胞裂解物的生化前体具有 atp 依赖性激酶活性,能够有效地将 NRH 转化为化合物 NMNH,但不依赖于 Nrk1或 Nrk2。这些研究确定了一个假定的新的 NAD + 代谢途径和一个强有力的药物代理剂,提高 NAD + 在细胞和组织中的浓度。

Keywords: ADP-ribosylation; NAD biosynthesis; NAD+ precursor; NRH; biosynthesis; dihydronicotinamide riboside; nicotinamide adenine dinucleotide (NAD); nicotinamide adenine dinucleotide (NADH); nicotinamide riboside.

关键词: ADP核糖基化; NAD 生物合成; NAD + 前体; NRH; 生物合成; 二氢烟酰胺核苷; 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸; 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸; 烟酰胺核苷。

Conflict of interest statement

利益冲突声明

The authors A. A. Sauve, Y. Yang, and F. Sultana Mohammed have filed a patent on aspects of this work in conjunction with Cornell University. A. A. Sauve has intellectual property related to NR and derivatives of NR. Chromadex Inc. (Irvine, CA) has a license on intellectual property related to production and uses of NR. A. A. Sauve is a consultant and a co-founder of Metro MidAtlantic Biotech LLC and Metro International Biotech LLC

作者 a. a. Sauve,y. Yang,和 f. Sultana Mohammed 已经与康奈尔大学合作为这项工作的某些方面申请了专利。索夫拥有天然橡胶和天然橡胶衍生物的知识产权。Chromadex 公司拥有天然橡胶生产和使用的知识产权许可证。A. a. 索夫是麦德龙中大西洋生物技术有限责任公司和都市日报生物技术有限责任公司的顾问和联合创始人

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Scheme 1.
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NRH 挽救和转化为 NAD + 需要 NRH 激酶的活性由腺苷激酶

二氢烟酰胺核糖苷(NRH)已被认为是合成 NAD + 的前体,但其转化的生化途径尚不清楚。在这里,我们表明,NRH 可以通过腺苷激酶(ADK,也称为 AK)作为 NRH 激酶的补救途径转化为 NAD + 。利用同位素标记方法,我们证明 NRH 完全被吸收到 NAD + 中,NMNH 作为中间体。我们进一步证明,AK 富集在具有 NRH 激酶活性的细胞裂解物中,并且可以将 NRH 转化为 NAD + 。在培养的细胞和小鼠肝脏中,药物或遗传抑制 AK 阻断减少的烟酰胺单核苷酸(NMNH)的形成并抑制 nrh 刺激的 NAD + 生物合成。最后,我们用代谢组学证实了肝脏内源性 NRH 的存在。我们的研究结果确立了 NRH 作为 NAD + 的天然前体,并揭示了通过一个涉及 AK 的 NRH 挽救途径进行 NAD + 生物合成的新途径。

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