Идентифициран митохондриален NAD+ транспортер

Изследователите на UPenn идентифицират неуловим механизъм за навлизането на митохондриален  NAD+ в електроцентралата на клетката.

Баур и колеги от Медицинския факултет на Университета на Пенсилвания съобщават в проучване, публикувано в Nature, че клетъчен транспортер, SLC25A51, позволява навлизането на основен клетъчен коензим в структурата, генерираща енергия на клетката, митохондриите. Основният коензим, никотинамид аденин динуклеотид (митохондриален  NAD+), има решаваща роля в митохондриалния клетъчен метаболизъм, където превръща хранителните вещества в клетъчна енергия.

Ниските клетъчни нива на NAD+ са отличителен белег на стареенето

Учените свързват понижените нива на NAD+ с възрастовите заболявания – болестта на Алцхаймер, сърдечната недостатъчност.

„Отдавна знаем, че NAD+ играе критична роля в митохондриите, но въпросът как се стига до там беше оставен без отговор“, казва д-р Джоузеф А. Баур, автор на изследването и доцент по Физиология в UPenn в съобщение за пресата. „Това откритие открива изцяло нова област на изследване, където всъщност можем да манипулираме – селективно да изчерпваме или добавяме – NAD+ на субклетъчно ниво, след като знаем как се транспортира.“

Откритието слага край на мистерията как NAD+ попада в митохондриите за производството на енергийната молекула аденозин трифосфат (АТФ) за клетките. Учените, изучаващи въпроса, имаха няколко идеи по темата, включително, че митохондриите при бозайниците не могат да транспортират NAD+, но вместо това синтезът на NAD+ се случва в митохондриите. Баур и колегите му считат SLC25A51 за кандидат-транспортер, тъй като той е класифициран като основен в екраните на всички гени и защото е митохондриален протеин без известна преди това функция.

Доказателствата от проучването

Показващи, че транспортерът SLC25A51 диктува нивата на NAD+ в митохондриите, идват от тестове, направени върху човешки клетки, при които учените намаляват или елиминират протеиновите нива на този транспортер чрез генетични манипулации. Те използвали биосензори NAD+ за измерване на нивата на NAD+ и потвърдили намаляване на митохондриалните нива на NAD+ в клетки с дефицит на транспортера. Освен това, повишаването на нивата на транспортния протеин повишава митохондриалните нива на NAD+.

Елиминирането на транспортера довело до загуба на NAD+ от митохондриите, докато нивата на NAD+ останали непроменени в клетката като цяло, което показва, че ефектите на този NAD+ транспортер се отнасят конкретно за митохондриите в клетките.

Елиминирането на транспортера SLC25A51 намалява нивата на NAD+ в митохондриите на човешките клетки, но не и в клетката като цяло. Учените елиминирали протеиновите нива на SLC25A51 в човешките клетки с генетична манипулация (KO).

Графиката вляво показва данните от биосензора

Те са тези който те са използвали за измерване на нивата на NAD+, което показва, че генетичната манипулация, водеща до елиминиране на SLC25A51 (KO), намалява митохондриалното съдържание на NAD+ в сравнение със здравите (WT) клетки. Графиката вдясно илюстрира как нивата на NAD+ остават същите в клетката като цяло с елиминирането на транспортера SLC25A51. Следователно, транспортерът специфично засяга навлизането на NAD+ в митохондриите.

Проучването показва, че наличието на транспортера SLC25A51 влияе върху реакциите в клетките, използващи NAD+ за превръщане на хранителните вещества в клетъчна енергия, процес, наречен клетъчно дишане. Дефицитът или елиминирането на транспортера с генетична манипулация нарушава способността за възникване на тези генериращи енергия реакции. Възстановяването на присъствието на транспортера отново инициира клетъчното дишане за производство на енергия.

В своето проучване изследователите продължили да предоставят доказателства, които предполагат, че транспортерът SLC25A51 управлява митохондриалното усвояване на NAD+.

За да направят това, те изолирали митохондриите от клетки с изчерпан или генетично елиминиран SLC25A51, които инкубират с допълнен NAD+. В митохондриите, в които липсва SLC25A51, инкубацията с разтвор на добавен NAD+ не повишавала съдържанието на NAD+ в митохондриите. Когато те възстановили присъствието на SLC25A51, това довело до поглъщането на администрирания NAD+, като по този начин била показана критичната роля, която този транспортер има в регулирането на нивата на NAD+ в митохондриите.

Транспортерът SLC25A51 е необходим за усвояването на NAD+ в митохондриите.

Фигури (A) и (B) показват резултати от два различни типа човешки клетки, 293T и HAP1 клетки. Сивите ленти на всяка графика представляват нивата на NAD+ в митохондриите преди третиране с NAD+, а сините ленти представляват нивата на NAD+ в митохондриите след 40-минутна инкубация с 1 mM NAD+. И в двете клетъчни линии дефицитът или елиминирането на SLC25A51 води до значително инхибиране на усвояването на NAD+ в митохондриите. Възстановяването на транспортера с A51 аденовирус води до възстановяване на митохондриалното усвояване на NAD+.

(A) В 293 T, Ctrl представлява стандартни клетки без промени, Ctrl + FK представлява лечение с NAD+ инхибитор, KD представлява дефицит на SLC25A51 транспортер и KD + A51 представлява възстановяване на нивото на SLC25A51 с техника, наречена вмъкване на аденовирус. (B) В HAP1 клетките WT представляват стандартни клетки без промени. WT + FK представлява клетки, третирани с инхибитор на синтеза на NAD+. KO представлява клетки без SLC25A51 транспортера и KO + A51 представлява възстановените нива на експресия на SLC25A51 транспортера.

„Подходът за специфична промяна на митохондриален  NAD+ пул е нещо, което много изследователи търсят, така че бих очаквал, че ще видим този ген, насочен към множество системи“, казва Баур в прессъобщението. „Мисля, че това ще бъде наистина ценен инструмент, който да ни помогне да разберем по-добре функцията на митохондриалната NAD+ и неговия терапевтичен потенциал.“

Откритието, че SLC25A51 е транспортер за навлизане на митохондриална NAD+

To е важно, тъй като може да доведе до манипулиране на нивата на митохондриален  NAD+ за лечение на заболявания като видове рак. Например, промяната на нивата на NAD+ в митохондриите може да се насочи към ракови заболявания с голяма зависимост от клетъчното дишане. Също така клетъчните реакции, използващи NAD+ за превръщане на хранителни вещества в клетъчна енергия.

В същото време увеличаването на използването на клетъчното дишане на клетките може да се насочи към други форми на рак. Те се разчитат на различен път за генериране на клетъчна енергия, наречен гликолиза. Следователно манипулирането на нивата на NAD+ в митохондриите може да доведе до значителни клинични пробиви.

Източник:

Luongo TS, Eller JM, Lu MJ, Niere M, Raith F. Perry C, Bornstein MR, Oliphint P, Wang L. McReynolds MR. Migaud ME, Rabinowitz JD, Johnson FB, Johnsson K, Ziegler M, Cambronne XA, Baur JA . SLC25A51 е митохондриален  NAD+ транспортер на бозайници. Природата. 9 септември 2020 г. doi: 10.1038/s41586-020-2741-7. Epub преди печат. PMID: 32906142.

Референции:

Медицински факултет на Университета на Пенсилвания. (2020 г., 9 септември). Изследователите разрешават митохондриална мистерия от десетилетия, която може да доведе до нови лечения на болести. ScienceDaily. Посетен на 13 ноември 2020 г.