NADファミリー:NAD(H)およびNADP(H)レドックスカップルと細胞エネルギー代謝

ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD +)/還元型NAD +(NADH)およびNADP+/還元型NADP+(NADPH)酸化還元対は、細胞の酸化還元ホメオスタシスを維持し、細胞代謝を含む多数の生物学的事象を調節するために不可欠です。これら2つの酸化還元カップルの欠乏または不均衡は、多くの病理学的障害と関連しています。

細胞エネルギー代謝におけるNAD(H)およびNADP(H)酸化還元結合の重要性

NAD(H)とNADP(H)の酸化還元対は、細胞のエネルギー代謝と酸化還元恒常性の維持に不可欠です。これらの酸化還元対は、解糖系、トリカルボン酸回路、酸化的リン酸化など、さまざまな代謝経路に関与する多くの酵素の補因子または基質として機能します。NAD(H)とNADP(H)は、電子伝達体およびドナーとして作用することにより、細胞の酸化還元バランスの調節にも重要な役割を果たします。したがって、NAD(H)とNADP(H)のレベルのバランスを維持することは、細胞機能とエネルギー代謝にとって重要です。

図 1

病理学的状態におけるNAD(H)およびNADP(H)酸化還元カップルの調節不全

NAD(H)およびNADP(H)酸化還元対の調節不全は、癌、神経変性疾患、代謝障害、老化など、さまざまな病理学的状態に関連しています。例えば、NAD +レベルの低下とNADHレベルの上昇がさまざまな癌細胞で観察されており、代謝と酸化還元シグナル伝達の変化につながります。同様に、NAD(H)およびNADP(H)酸化還元対の調節不全は、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患の病因に関与しています。したがって、NAD(H)とNADP(H)の酸化還元対の調節と機能を理解することは、これらの疾患の新しい治療戦略を開発するために重要です。

酵素と区画化によるNAD(H)およびNADP(H)酸化還元カップルの制御

NAD(H)とNADP(H)の酸化還元対は、生合成と消費に関与するさまざまな酵素によって制御されています。例えば、ペントースリン酸経路(PPP)は、活性酸素種(ROS)の無害化を含むさまざまな酸化還元反応に関与するNADPHの主要な生合成経路です。同様に、ポリ(ADP-リボース)ポリメラーゼ(PARP)やサーチュインなどのNAD +を消費する酵素は、NAD +を消費することによってNAD(H)およびNADP(H)レベルを調節します。

図 2

NAD(H)プールとNADP(H)プールの区画化は、細胞の酸化還元バランスと代謝の調節にも重要です。例えば、ミトコンドリアのNAD(H)プールは酸化的リン酸化に関与し、細胞質のNAD(H)プールは解糖系やその他の代謝経路に関与しています。最近の研究では、いくつかの生合成酵素と遺伝的にコードされたバイオセンサーが特定されており、これらの酸化還元対の調節と機能をよりよく理解することができます。例えば、生合成酵素であるニコチンアミドモノヌクレオチドアデニリルトランスフェラーゼ(NMNAT)は、NAD +の生合成に関与し、代謝、老化、ストレス応答など、さまざまな細胞プロセスを調節することが示されています。さらに、細胞の酸化還元と代謝ホメオスタシスの調節におけるNAD +消費タンパク質の新たな役割は、さまざまな疾患の治療戦略を開発するための新しい道を開きました。 要約すると、NAD(H)とNADP(H)の酸化還元対は、細胞のエネルギー代謝と酸化還元恒常性において重要な役割を果たします。これらの酸化還元カップルの調節不全は、癌、神経変性疾患、代謝障害、老化など、さまざまな病理学的状態に関連しています。NAD(H)とNADP(H)の酸化還元対の調節と機能は複雑で、さまざまな生合成酵素、NAD +を消費するタンパク質、および区画化が関与しています。これらの酸化還元対の制御と機能を理解することは、さまざまな疾患の新しい治療戦略を開発するために不可欠です。