Effect van nicotinamide mononucleotide op hersenen mitochondriale respiratoire tekortkomingen bij een relevante ziekte van Alzheimer Murine Model Effect van nicotinamide mononucleotide op hersenen mitochondriale respiratoire tekortkomingen bij relevante ziekte van Alzheimer bij muizen Model-1

Achtergrond

De ziekte van Alzheimer (AD) is de meest voorkomende oorzaak van dementie bij ouderen, waarbij veroudering de belangrijkste risicofactor is [1]. Mitochondriale disfunctie is een kenmerk van neurodegeneratieve ziekten met morfologische en functionele afwijkingen die de elektronentransportketen en de productie van adenosinetrifosfaat (ATP) beperken, gezien in AD [2].

Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) is een cofactor die essentieel is voor veel biologische reacties in de geoxideerde (NAD +) of gereduceerde (NADH) vorm [3]. NAD + en NADH bemiddelen overdracht van waterstoffen in oxidatieve en reductieve metabole reacties [4]. NAD + is essentieel voor veel mitochondriale enzymatische reacties en geschikt cellulair bio-energetisch metabolisme [5,6]. NAD + -niveaus nemen op natuurlijke wijze af met het ouder worden [4]. Onder normale omstandigheden remt het verlies van NAD + cellulaire ademhaling, resulterend in verlies van mitochondriale ATP-productie en mogelijk cellulaire dood [5]. NAD + wordt als een substraat gebruikt door verschillende NAD + afhankelijke enzymen, waaronder poly (ADPribose) polymerase 1 (PARP1), Sirtuin 1 (SIRT1) en ADPribosylcyclase (CD38) [4,5,7,8].  

Het voorkomen van NAD + uitputting en cellulaire energietekorten kan een therapeutisch doelwit zijn voor neurodegeneratieve ziekten en fungeren als een neuroprotectief mechanisme [7]. Vier routes kunnen NAD + in zoogdieren synthetiseren. NAD + kan worden gesynthetiseerd uit de bergingsroute (primaire route) met behulp van nicotinamide, nicotinezuur, nicotinamide riboside of de de novo-route met behulp van tryptofaan [9]. Nicotinamide fosforibosyltransferase (Nampt) helpt een fosforibosyl over te dragen

residu tot nicotinamide en vormt nicotinamide mononucleotide (NMN) [9]. NAD + bestaat uit NMN covalent gebonden aan adenosinemonofosfaat (AMP) [4]. Het enzym NMN adenyltransferase (NMNAT) zet NMN in één stap om in NAD + [4,9,10] waardoor NMN een belangrijke voorloper is met mogelijke therapeutische implicaties voor verhoogde NAD + -niveaus [11,12]. Verder is NMN beter oplosbaar dan NAD + in fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) en wordt het efficiënter opgenomen door het plasmamembraan [9,13].

We hebben onlangs aangetoond in het goed bestudeerde chimère AD-muismodel (swe) / PS1 ( Δ E9) muismodel, tekorten in mitochondriale zuurstofverbruiksnelheden (OCR) in zowel hersenen als spieren [14]. Deze tekorten in OCR kunnen het gevolg zijn van een gebrek aan voldoende NAD + als gevolg van toegenomen katabolisme. Daarom hebben we in de huidige studie de hypothese getest dat het verhogen van de beschikbaarheid van NAD + door toediening van de precursor NMN de mitochondriale OCR-deficiënties in deze AD-ziekte-relevante dieren zou omkeren. Van mitochondriale ademhaling, calciumhomeostase en organeltransport is ook aangetoond dat ze worden beïnvloed door mitochondriale morfologie [15,16].

Fusie van twee mitochondriën veroorzaakt een langwerpige morfologie die een beschermende rol kan spelen in het zenuwstelsel, terwijl splijting een goede verdeling van mitochondriën mogelijk maakt en ook wordt gebruikt om beschadigde organellen te verwijderen [17]. Mitochondriale dynamiek is de balans tussen splijting en fusie,

het beheersen van de morfologie, het aantal en de functie van mitochondriën [17-19]. Abnormale veranderingen in deze dynamiek zijn in verband gebracht met veroudering en verschillende neurodegeneratieve ziekten (bijv. AD, de ziekte van Huntington (HD), de ziekte van Parkinson (PD), multiple sclerose (MS) en amyotrofische laterale sclerose (ALS)). Bij deze ziekten neigt mitochondriale morfologie de neiging te verschuiven naar verhoogde fragmentatie, hetgeen een toename in splijting of verminderde fusie aangeeft [19]. Om veranderingen in mitochondriale morfologie te onderzoeken, werden aan NMN muizen toegediend die een fluorescent eiwit hadden gericht op neuronale mitochondriën (CaMK2a-mito / eYFP).

We demonstreren herstel van OCR in de NMN-behandelde AD dubbele transgene (AD-Tg) muizen, wat aangeeft dat NAD + niveaus waarschijnlijk beperkend waren. Om de basis van dit effect verder te evalueren, hebben we de immunoreactiviteit van de NAD + -consumptie-eiwitten SIRT1 en CD38 gemeten en bepaald

dat ze veranderen met de leeftijd en een functie van NMN-behandeling. Verder vonden we een verschuiving in dynamiek van splijting naar fusie-eiwitten in de met NMN behandelde muizen. Dit is de eerste studie om direct verbetering van NAD + katabolisme en veranderingen in mitochondriale morfologische dynamiek in hersenen van AD-muizen te onderzoeken met behulp van de directe voorloper NMN als een potentiële therapeutische verbinding.