By Jonathan D. Grinstein, Ph.D.

Published: 12:04 p.m. PST Dec 22, 2021 | Updated: 3:54 p.m. PST Dec 28, 2021

重大亮點

● 日本研究人員研究了煙酰胺單核苷酸 (NMN) 對人體腎細胞粒線體的作用。

● 使用 NMN 提高煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+) 水平可能有助於通過增加粒線體代謝來阻止衰老。

我們的細胞包含不止一組 DNA：我們細胞核中的一組編碼大多數細胞過程，另一組編碼細胞的能量產生結構，稱為粒線體。就像每個細胞核中的 DNA 一樣，粒線體 DNA (mtDNA) 的複制和完整性對於細胞的功能和繁榮以及我們實現健康長壽至關重要。但是，在衰老和長壽的背景下，關於 mtDNA 與粒線體線體功能之間的聯繫，我們還有很多東西需要了解。這樣做可以使我們能夠加強這一關鍵細胞結構的活動及其獨立遺傳硬盤的完整性，以改善健康和壽命。

日本九州大學的 Kang 及其同事在學術期刊《生物化學雜誌》(The Journal of Biochemistry)上報導說，煙酰胺單核苷酸 (NMN) 可增強 mtDNA 複製。代表日本生化學會撰文的研究人員發現，用 NMN 介入人類腎細胞會激活並通過增加粒線體線體中 DNA（核苷酸）的構建塊數量，同時減少其降解產物（核苷）來提高 mtDNA 複製率。這些發現表明了 NMN 如何有益於粒線體、新陳代謝以及最終衰老的機制。

研究揭示 NAD+ 在 mtDNA 複製中的作用

與許多核編碼蛋白質合作，mtDNA 基因包含對基本細胞過程（例如產生能量）組件的指令。粒線體 DNA 拷貝數是衡量每個細胞粒線體基因組數量的指標，是粒線體功能的微創指標，與多種衰老相關疾病和全因死亡率有關。然而，我們對粒線體內的新陳代謝如何影響 mtDNA 的維持和復制仍然知之甚少，更不用說這些過程如何成為衰老和長壽的基礎。

為了解決這個問題，Kang 及其同事創建了一種測量粒線體內代謝的新方法，他們稱之為 SLO，使他們能夠了解粒線體代謝如何調節 mtDNA 複製。為此，日本研究團隊使用基因操作來控制稱為“twinkle”的 mtDNA 複製機制的水平，據報導，它可以激活 mtDNA 複製並增加 mtDNA 拷貝數。

(Kang et al., 2021 | Journal of Biochemistry) 粒線體的DNA 複製會改變核苷酸和 NAD+ 的水平。 該圖顯示了在線粒體 DNA (mtDNA) 複製通過稱為 Twinkle 的基因受控激活期間代謝物的水平如何變化。 這些結果中一些值得注意的核苷酸代謝物與腺苷 (AMP、ADP) 和尿苷 (UTP、UDP) 以及磷酸核糖二磷酸 (PRPP) 相關，這對於核苷酸的產生至關重要。 紅色，大的顯著變化； 藍色，小的顯著變化； 綠色，變化不大； 黑色，沒有變化。

NMN 調節粒線體複製激活

Kang 及其同事隨後檢查了 mtDNA 複製與 NAD+ 之間關係的性質。 為了證明 NAD+ 對 mtDNA 產生因果影響，而不僅僅是相關性，研究人員連續三天用 NMN（NAD+ 的前體）介入人類腎細胞，然後量化 mtDNA 的數量。 在 NMN 處理的細胞中，通過控制執行這種 mtDNA 複製過程的“Twinkle”蛋白，mtDNA 的數量增加到與激活 mtDNA 複製的條件相當的水平。 在確定 NMN的介入可以增加 mtDNA 的數量後，Kang 及其同事表明，NMN 也增加了 mtDNA 複製的速度。 結合 NMN 管理和瞬間激活(twinkly activation)增強了對 mtDNA 複製和拷貝數的有益影響。

(Kang et al., 2021 | Journal of Biochemistry) NMN 增強 mtDNA 複製。 Kang 及其同事比較了粒線體 DNA 數量（mtDNA 拷貝數）在 mtDNA 複製蛋白閃爍被激活 (DOX)、施用 NMN 以及這兩者的組合的條件下。 這些結果表明，相對於未經處理的細胞，所有條件都顯示出 mtDNA 數量的增加。 閃爍激活(twinkly activation)與 NMN 的作用具有綜合效果。

Kang 及其同事通過討論這些數據如何表明 NMN 和 mtDNA 複製通過核苷酸池合成的調節在功能上相關聯來結束這篇文章。 他們表示他們正在進一步調查這個問題以澄清潛在的機制。

參考文獻:

Nomiyama T, Setoyama D, Yasukawa T, Kang D. Mitochondria Metabolomics Reveals a Role of β-Nicotinamide Mononucleotide Metabolism in Mitochondrial DNA Replication. J Biochem. 2021 Dec 4:mvab136. doi: 10.1093/jb/mvab136. Epub ahead of print. PMID: 34865026.

文章來源:

https://www.nmn.com/news/nmn-enhances-mitochondrial-genome-replication-in-human-cells