Учёные обнаружили новый путь доставки топлива в клетки

Учёные из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе обнаружили ранее неизвестный путь доставки клеточного топлива. Это открытие может пролить свет на процесс старения и сопутствующие ему хронические заболевания.

С возрастом клетки постепенно теряют способность поглощать и перерабатывать топливо. Клетка, которая не может «заправить бак», не способна выполнять свои функции. Исследователи ищут способы повысить энергоснабжение стареющих клеток, чтобы противостоять негативным эффектам времени.

Ключевым элементом в цепочке поставки топлива для любой клетки является молекула никотинамидадениндинуклеотида (NAD). Ранее было показано, что уровень NAD в тканях организма снижается с возрастом. Один из способов производства NAD клетками начинается с молекулы-предшественника — никотинамидмононуклеотида (NMN), который естественным образом содержится в таких продуктах, как эдамаме, брокколи, капусте, огурце и авокадо. Однако то, как NMN попадает в клетки для переработки в NAD, долгое время оставалось загадкой.

В новом исследовании учёные под руководством профессора биологии развития Шин-ичиро Имаи (Shin-ichiro Imai) идентифицировали белок, ответственный за прямой транспорт NMN в клетки, где он может быть использован для производства клеточного топлива. Этот белок не только переносит NMN в клетки, но и делает это очень быстро.

Исследование опубликовано 7 января в первом выпуске журнала Nature Metabolism.

Имаи и его команда давно подозревали о существовании прямого пути для NMN, поскольку измерили скорость, с которой NMN перемещается из кишечника в кровоток, а затем в ткани по всему телу. У мышей этот путь занимает считанные минуты. Исследователи предположили, что для сложных биохимических реакций, которые могли бы преобразовать NMN в другую форму для поглощения клетками, просто не хватит времени.

«Чтобы достичь такого быстрого поглощения NMN тканями, мы предположили, что должен существовать специфический транспортер NMN, который перемещает NMN прямо в клетки, хотя никто никогда такого не видел», — сказал Имаи.

Исследователи под руководством первого автора, сотрудника отдела биологии развития Алессии Гроцио (Alessia Grozio), провели серию экспериментов на клетках и мышах. Они идентифицировали и подтвердили, что белок под названием Slc12a8 и является тем самым загадочным транспортером. Также было показано, что Slc12a8 требует присутствия ионов натрия для транспорта NMN в клетки.

Интригующим образом учёные также продемонстрировали, что клетки усиливают экспрессию гена Slc12a8, когда уровень NAD падает. Когда Гроцио намеренно снижала уровень NAD внутри клеток, а затем добавляла NMN для компенсации, количество произведённого в клетке NAD превышало ожидаемое. Это говорит о том, что клетки не пассивно принимают потерю NAD; они работают над поддержанием своего топливного запаса, увеличивая количество транспортера NMN и тем самым повышая свою способность вносить сырьё, необходимое для производства NAD. Таким образом, стареющие клетки могут в некоторой степени компенсировать истощение запасов топлива: когда NAD внутри клетки падает, клетки производят больше транспортеров NMN, увеличивая количество NMN, которое они могут поглотить.

Имаи и Гроцио указали на важность взаимодействия NMN и его транспортера. Например, может быть недостаточно просто давать NMN, если транспортер работает плохо. Они видят потенциал в комбинированной терапии, которая включает как добавление NMN, так и усиление функции Slc12a8 (транспортера NMN) для поддержания клеточного энергетического уровня с возрастом.

Ранее работа в лаборатории Имаи показала, что введение NMN пожилым мышам оказывает благотворное влияние на метаболизм во всём организме, включая положительные эффекты на скелетные мышцы, функцию печени, плотность костей, зрение, чувствительность к инсулину, иммунную функцию, массу тела и уровень активности. Также было обнаружено, что польза от добавок NMN наблюдалась только у старых мышей. Молодые, здоровые мыши, вероятно, не испытывают проблем с производством достаточного количества NAD.

«Важным в будущей стратегии может быть сочетание введения NMN со стимуляцией его транспорта в клетки, — сказал Имаи. — При старении мы видим «узкое место» в производстве NAD. Со временем организм теряет способность производить NAD. В то же время, вероятно, из-за хронического воспаления, он начинает сжигать больше NAD. Если мы сможем давать NMN и помогать его транспорту в клетки, это может стать способом обойти это узкое место».

Учитывая это, лаборатория Имаи уже идентифицировала малые молекулы, усиливающие функцию транспортера NMN. В сотрудничестве с Управлением по технологическому менеджменту Вашингтонского университета эта технология была лицензирована японской компании Teijin Limited, которая работает над новыми методами лечения хронических заболеваний старения. Также в Медицинской школе продолжается клиническое испытание, изучающее влияние NMN на пожилых людей.