NAD+ in der Forschung: Coenzym, Sirtuine und Alterung

NAD+ ist kein Peptid, aber eines der am intensivsten untersuchten Moleküle in der Alternsforschung. Es kommt in jeder lebenden Zelle vor, transportiert Elektronen im Energiestoffwechsel und dient als Ausgangsstoff für Enzyme, die an der DNA-Reparatur und Genregulation beteiligt sind. Dieser Artikel beschreibt, was NAD+ ist, was präklinische Forschung über den Rückgang mit dem Alter zeigt, wie Vorstufen wie NR und NMN in der Literatur dargestellt werden und was Humanstudien tatsächlich messen. Schließlich: wie NAD+ als Laborsubstanz beurteilt und gelagert wird.

Was NAD+ ist

NAD+ steht für Nicotinamidadenindinukleotid. Das Molekül besteht aus zwei Nukleotiden, eines mit der Base Adenin und eines mit Nicotinamid, die über ihre Phosphatgruppen miteinander verbunden sind. Es kommt in einer oxidierten Form (NAD+) und einer reduzierten Form (NADH) vor.

In der Glykolyse und im Citratzyklus nimmt NAD+ Elektronen auf und wird zu NADH. In der mitochondrialen Atmungskette gibt NADH diese Elektronen wieder ab, und die dabei freigesetzte Energie wird zur Bildung von ATP genutzt. Das Verhältnis zwischen NAD+ und NADH ist somit ein Maß für den Redoxzustand der Zelle. Die verwandte Form NADP+/NADPH spielt vor allem eine Rolle bei der Biosynthese und der antioxidativen Abwehr, beispielsweise bei der Regeneration von reduziertem Glutathion.

Wichtige Unterscheidung: In dieser Redoxfunktion wird NAD+ nicht verbraucht, es pendelt zwischen zwei Formen hin und her. Bei der zweiten Funktion verhält es sich anders.

Sirtuine, PARPs und CD38: die Verbraucher

Verdin (2015) beschrieb in Science, wie NAD+ neben seiner Eigenschaft als Coenzym auch als Cosubstrat für Sirtuine und Poly(ADP-Ribose)-Polymerasen (PARPs) fungiert. Sirtuine, bei Säugetieren SIRT1 bis SIRT7, entfernen Acetylgruppen und andere Acylgruppen von Proteinen und spalten dabei NAD+ in Nicotinamid und einen ADP-Ribose-Teil. PARPs, insbesondere PARP1, nutzen NAD+, um Ketten von ADP-Ribose an Proteine anzubringen, wenn DNA beschädigt wird. Ein dritter Verbraucher ist CD38, ein Enzym, das NAD+ abbaut.

Da diese Enzyme NAD+ tatsächlich aufbrauchen, muss die Zelle es kontinuierlich neu bilden. Covarrubias und Kollegen (2021) beschreiben in Nature Reviews Molecular Cell Biology drei Synthesewege: de novo aus der Aminosäure Tryptophan, den Preiss-Handler-Weg aus Nicotinsäure und den sogenannten Salvage-Pathway, der freigesetztes Nicotinamid über das Enzym NAMPT wiederverwendet. In den meisten Säugetiergeweben trägt letzterer Weg den größten Anteil bei.

Rückgang mit dem Alter in Modellen

In verschiedenen Tiermodellen wurden niedrigere NAD+-Spiegel in Geweben älterer Tiere gemessen. Verdin (2015) fasst zusammen, dass sich die zelluläre NAD+-Konzentration während des Alterns verändert und dass Eingriffe in die Synthese oder den Verbrauch bei Modellorganismen die Gesundheitsspanne und Lebensdauer beeinflussten.

Eine einflussreiche Studie ist die von Camacho-Pereira und Kollegen (2016) in Cell Metabolism. Bei Mäusen nahm die Menge an CD38 in Geweben mit dem Alter zu. Mäuse ohne CD38 behielten höhere NAD+-Spiegel und eine bessere mitochondriale Funktion über einen Mechanismus, der vom mitochondrialen Sirtuin SIRT3 abhing. Diese Studie verlagerte den Fokus von der Synthese auf den Abbau von NAD+.

Eine methodische Anmerkung: Der gemessene Rückgang variiert je nach Gewebe und Messmethode. NAD+ und NADH setzen sich schnell um und können sich während der Probenverarbeitung verändern, was absolute Werte empfindlich gegenüber dem Versuchsaufbau macht.

Vorstufen als Kontext: NR und NMN

Da NAD+ als großes, geladenes Molekül Zellmembranen nicht ohne Weiteres passiert, konzentriert sich viel Forschung auf Vorstufen: Nicotinamid-Ribosid (NR) und Nicotinamid-Mononukleotid (NMN). Beide sind Zwischenstufen in den Biosynthesewegen. Rajman, Chwalek und Sinclair (2018) fassen in Cell Metabolism die In-vivo-Evidenz für diese NAD-erhöhenden Moleküle zusammen; der größte Teil davon stammt aus Nagetiermodellen.

Trammell und Kollegen (2016) verglichen in Nature Communications NR mit Nicotinsäure und Nicotinamid bei Mäusen und maßen in einer kleinen Humanstudie das NAD-Metabolom im Blut. Dabei erwies sich NAAD (Nicotinsäure-Adenin-Dinukleotid) als empfindlicher Biomarker für einen Anstieg von NAD+. Diese Vorstufen dienen in diesem Artikel lediglich als Kontext: Sie sind ein anderes Molekül als NAD+ selbst.

Humanstudien mit NAD-verwandten Substanzen arbeiten mit Endpunkten, nicht mit Schlussfolgerungen für den Leser. Häufig verwendete Messungen sind:

• NAD+ und verwandte Metaboliten im Vollblut oder in peripheren Blutzellen;
• NAAD als empfindlicher Marker des NAD-Metaboloms;
• NAD+-Gehalt in Muskelbiopsien;
• Marker der mitochondrialen Funktion;
• metabolische Endpunkte wie Insulinsensitivität.

Die Studien sind in der Regel klein und von kurzer Dauer, und ein höherer Wert im Blut bedeutet nicht automatisch, dass sich in anderen Geweben etwas verändert. Aus diesen Messungen lassen sich keine Aussagen über Wirkungen beim Menschen ableiten. NAD+ ist kein Arzneimittel, und das Produkt auf dieser Website ist ausschließlich für die Laborforschung bestimmt, nicht für die Anwendung beim Menschen.

NAD+ als Substanz: Stabilität und Lagerung

Für diejenigen, die NAD+ als Referenz- oder Reagenzsubstanz im Labor verwenden, sind einige chemische Eigenschaften relevant. NAD+ ist in leicht saurem bis neutralem Milieu relativ stabil und wird in alkalischer Lösung schneller abgebaut; bei NADH ist es umgekehrt. Das trockene Pulver ist feuchtigkeitsempfindlich und wird kühl, trocken und lichtgeschützt gelagert. In Lösung degradiert NAD+ allmählich, bei höherer Temperatur schneller. Labore arbeiten daher häufig mit frisch zubereiteten Lösungen oder eingefrorenen Portionen und vermeiden wiederholtes Einfrieren und Auftauen. Allgemeine Erläuterungen zum Lösen finden sich im Rekonstitutionsleitfaden; die Lagerungsanweisung auf der Produktseite hat Vorrang.

Den Laborbericht lesen

Auf der Produktseite von NAD+ ist, soweit verfügbar, der Bericht von BTLabs zu finden. Die HPLC-Bestimmung gibt die Reinheit an: den Anteil des Hauptsignals im Verhältnis zu allen detektierten Komponenten. Abbauprodukte wie Nicotinamid oder ADP-Ribose würden sich als zusätzliche Peaks zeigen. Die FTIR-Identifizierung bestätigt die Identität durch den Vergleich des Infrarotspektrums der Probe mit dem einer Referenz für NAD+.

Prüfen Sie, ob die Chargennummer auf dem Bericht mit der auf der Vial übereinstimmt, und nutzen Sie den Verify-Link, um den Bericht beim Labor zu überprüfen. Hintergrundinformationen finden Sie unter Reinheit, HPLC und Massenspektrometrie und auf der Seite Zertifikate. Der Bericht ist eine Analyse der Substanz, keine Anwendungsempfehlung. Wer sich mit mitochondrialen Signalmolekülen befasst, findet eine ähnliche Übersicht im Artikel über MOTS-c in der Forschung.

Häufig gestellte Fragen

Ist NAD+ ein Peptid?

Nein. NAD+ ist ein Dinukleotid: zwei Nukleotide, die über Phosphatgruppen miteinander verbunden sind. Es befindet sich im Sortiment neben Peptiden, da es im selben Forschungsfeld rund um Mitochondrien und Alterung untersucht wird.

Sinkt NAD+ mit dem Alter?

In verschiedenen Tiermodellen wurden niedrigere NAD+-Spiegel in Geweben älterer Tiere gemessen, unter anderem im Zusammenhang mit einer Zunahme des Enzyms CD38. Für den Menschen sind die Daten begrenzter und stärker abhängig von Gewebe und Messmethode.

Was ist der Unterschied zwischen NAD+, NR und NMN?

NR und NMN sind Vorstufen, die die Zelle über Biosynthesewege in NAD+ umwandelt. NAD+ ist das Endprodukt, das als Coenzym und Cosubstrat dient. Es handelt sich um drei verschiedene Moleküle mit jeweils eigenen chemischen Eigenschaften.

Wie wird NAD+ im Labor gelagert?

Als trockenes Pulver kühl, trocken und vor Licht geschützt. In Lösung ist NAD+ weniger stabil, insbesondere in alkalischem Milieu und bei höheren Temperaturen. Die Lagerungsanweisung auf der Produktseite ist maßgebend.

Quellen

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/