NAD+ in onderzoek: co-enzym, sirtuïnen en veroudering

NAD+ is geen peptide, maar wel een van de meest bestudeerde moleculen in het verouderingsonderzoek. Het zit in elke levende cel, het vervoert elektronen in de energiestofwisseling en het dient als grondstof voor enzymen die betrokken zijn bij DNA-herstel en genregulatie. Dit artikel beschrijft wat NAD+ is, wat preklinisch onderzoek laat zien over de daling met de leeftijd, hoe voorlopers als NR en NMN in de literatuur figureren en wat humane studies feitelijk meten. Tot slot: hoe NAD+ als laboratoriumstof wordt beoordeeld en bewaard.

Wat NAD+ is

NAD+ staat voor nicotinamide-adenine-dinucleotide. Het molecuul bestaat uit twee nucleotiden, één met de base adenine en één met nicotinamide, die via hun fosfaatgroepen aan elkaar vastzitten. Het komt voor in een geoxideerde vorm (NAD+) en een gereduceerde vorm (NADH).

In de glycolyse en de citroenzuurroute neemt NAD+ elektronen op en wordt het NADH. In de mitochondriale ademhalingsketen geeft NADH die elektronen weer af, en de energie die daarbij vrijkomt wordt gebruikt om ATP te vormen. De verhouding tussen NAD+ en NADH is daarmee een maat voor de redoxtoestand van de cel. De verwante vorm NADP+/NADPH speelt vooral een rol in biosynthese en in de antioxidantverdediging, bijvoorbeeld bij het terugvormen van gereduceerd glutathion.

Belangrijk onderscheid: in deze redoxrol wordt NAD+ niet verbruikt, het pendelt heen en weer tussen twee vormen. Bij de tweede rol ligt dat anders.

Sirtuïnen, PARP's en CD38: de verbruikers

Verdin (2015) beschreef in Science hoe NAD+ naast co-enzym ook cosubstraat is voor sirtuïnen en poly(ADP-ribose)polymerasen (PARP's). Sirtuïnen, bij zoogdieren SIRT1 tot en met SIRT7, halen acetylgroepen en andere acylgroepen van eiwitten af en splitsen daarbij NAD+ in nicotinamide en een ADP-ribosedeel. PARP's, vooral PARP1, gebruiken NAD+ om ketens van ADP-ribose aan eiwitten te bouwen wanneer DNA beschadigd raakt. Een derde verbruiker is CD38, een enzym dat NAD+ afbreekt.

Omdat deze enzymen NAD+ echt opmaken, moet de cel het voortdurend bijmaken. Covarrubias en collega's (2021) beschrijven in Nature Reviews Molecular Cell Biology drie aanmaakroutes: de novo uit het aminozuur tryptofaan, de Preiss-Handler-route vanuit nicotinezuur, en de zogenoemde salvage-route, die vrijgekomen nicotinamide via het enzym NAMPT weer inzet. In de meeste zoogdierweefsels draagt die laatste route het grootste deel.

Daling met de leeftijd in modellen

In diverse diermodellen zijn lagere NAD+-niveaus gemeten in weefsels van oudere dieren. Verdin (2015) vat samen dat de cellulaire NAD+-concentratie tijdens veroudering verandert en dat ingrepen in aanmaak of verbruik in modelorganismen gezondheidsduur en levensduur beïnvloedden.

Een invloedrijke studie is die van Camacho-Pereira en collega's (2016) in Cell Metabolism. In muizen nam de hoeveelheid CD38 in weefsels toe met de leeftijd. Muizen zonder CD38 hielden hogere NAD+-niveaus en een betere mitochondriale functie, via een mechanisme dat afhing van het mitochondriale sirtuïne SIRT3. Die studie verschoof de aandacht van de aanmaak naar de afbraak van NAD+.

Een methodologische kanttekening: de gemeten daling verschilt per weefsel en per meetmethode. NAD+ en NADH zetten snel om en kunnen tijdens het verwerken van monsters veranderen, wat absolute waarden gevoelig maakt voor de onderzoeksopzet.

Voorlopers als context: NR en NMN

Omdat NAD+ als groot, geladen molecuul niet zomaar celmembranen passeert, richt veel onderzoek zich op voorlopers: nicotinamide-riboside (NR) en nicotinamide-mononucleotide (NMN). Beide zijn tussenstappen in de aanmaakroutes. Rajman, Chwalek en Sinclair (2018) zetten in Cell Metabolism het in-vivobewijs voor deze NAD-verhogende moleculen op een rij; het grootste deel daarvan komt uit knaagdiermodellen.

Trammell en collega's (2016) vergeleken in Nature Communications NR met nicotinezuur en nicotinamide in muizen en maten in een kleine humane studie het NAD-metaboloom in bloed. Daarbij kwam NAAD (nicotinezuur-adenine-dinucleotide) naar voren als gevoelige biomarker voor een stijging van NAD+. Deze voorlopers vormen in dit artikel alleen context: ze zijn een ander molecuul dan NAD+ zelf.

Humane studies met NAD-gerelateerde stoffen werken met uitkomstmaten, niet met conclusies over de lezer. Veelgebruikte metingen zijn:

• NAD+ en verwante metabolieten in volbloed of in perifere bloedcellen;
• NAAD als gevoelige marker van het NAD-metaboloom;
• NAD+-gehalte in spierbiopten;
• markers van mitochondriale functie;
• metabole uitkomstmaten zoals insulinegevoeligheid.

De studies zijn doorgaans klein en van korte duur, en een hogere waarde in bloed betekent niet automatisch dat er in andere weefsels iets verandert. Uit deze metingen volgen geen claims over werking bij mensen. NAD+ is geen geneesmiddel, en het product op deze site is uitsluitend bedoeld voor laboratoriumonderzoek, niet voor gebruik bij mensen.

NAD+ als stof: stabiliteit en opslag

Voor wie NAD+ als referentie- of reagensstof in het lab gebruikt, zijn enkele chemische eigenschappen relevant. NAD+ is betrekkelijk stabiel in licht zuur tot neutraal milieu en breekt sneller af in alkalische oplossing; bij NADH is het omgekeerd. Het droge poeder is vochtgevoelig en wordt koel, droog en beschermd tegen licht bewaard. In oplossing degradeert NAD+ geleidelijk, sneller bij hogere temperatuur. Laboratoria werken daarom vaak met vers bereide oplossingen of ingevroren porties en vermijden herhaald invriezen en ontdooien. Algemene uitleg over oplossen staat in de reconstitutiegids; de bewaarinstructie op de productpagina gaat voor.

Het labrapport lezen

Op de productpagina van NAD+ staat, waar beschikbaar, het rapport van BTLabs. De HPLC-bepaling geeft de zuiverheid: het aandeel van het hoofdsignaal ten opzichte van alle gedetecteerde componenten. Afbraakproducten zoals nicotinamide of ADP-ribose zouden als extra pieken zichtbaar worden. De FTIR-identificatie bevestigt de identiteit door het infraroodspectrum van het monster te vergelijken met dat van een referentie voor NAD+.

Controleer of het lotnummer op het rapport overeenkomt met dat op de vial en gebruik de verify-link om het rapport bij het laboratorium na te trekken. Achtergrond staat in zuiverheid, HPLC en massaspectrometrie en op de pagina certificaten. Het rapport is een analyse van de stof, geen gebruiksadvies. Wie zich verdiept in mitochondriale signaalmoleculen, vindt een vergelijkbaar overzicht in het artikel over MOTS-c in onderzoek.

Veelgestelde vragen

Is NAD+ een peptide?

Nee. NAD+ is een dinucleotide: twee nucleotiden die via fosfaatgroepen verbonden zijn. Het staat in het assortiment naast peptiden omdat het in hetzelfde onderzoeksveld rond mitochondriën en veroudering wordt bestudeerd.

Daalt NAD+ met de leeftijd?

In diverse diermodellen zijn lagere NAD+-niveaus gemeten in weefsels van oudere dieren, onder meer in verband met een toename van het enzym CD38. Voor mensen zijn de gegevens beperkter en sterker afhankelijk van weefsel en meetmethode.

Wat is het verschil tussen NAD+, NR en NMN?

NR en NMN zijn voorlopers die de cel via de aanmaakroutes omzet in NAD+. NAD+ is het eindproduct dat als co-enzym en cosubstraat dient. Het zijn drie verschillende moleculen met eigen chemische eigenschappen.

Hoe wordt NAD+ in het lab bewaard?

Als droog poeder koel, droog en beschermd tegen licht. In oplossing is NAD+ minder stabiel, vooral in alkalisch milieu en bij hogere temperatuur. De bewaarinstructie op de productpagina is leidend.

Bronnen

1. Verdin E, NAD+ in aging, metabolism, and neurodegeneration, Science, 2015, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26785480/
2. Covarrubias AJ et al., NAD+ metabolism and its roles in cellular processes during ageing, Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2021, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33353981/
3. Camacho-Pereira J et al., CD38 Dictates Age-Related NAD Decline and Mitochondrial Dysfunction through an SIRT3-Dependent Mechanism, Cell Metabolism, 2016, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27304511/
4. Rajman L, Chwalek K, Sinclair DA, Therapeutic Potential of NAD-Boosting Molecules: The In Vivo Evidence, Cell Metabolism, 2018, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29514064/
5. Trammell SA et al., Nicotinamide riboside is uniquely and orally bioavailable in mice and humans, Nature Communications, 2016, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27721479/