Nikotinamid mononukleotid (NMN)

Nikotinamid mononukleotid (Slika 1), je polarna organska molekula s kemijsko formulo C11H15N2O8P in molekulsko maso 332,221g/mol. Na molekularni ravni gre za ribo-nukleotid, ki je osnovna strukturna enota nukleinske kisline RNA. Molekula je sestavljena iz dušikove baze (nikotinaminska skupina), fosfatne skupine in sladkorja (riboze) [2].

Slika 1: Molekula nikotinamida mononukleotida

Nastane z reakcijo med fosfatno skupino in nukleozidom, ki vsebuje ribozo in nikotinamid. N-acetilmuraminska kislina (NAM) se neposredno pretvori v NMN z nikotinamid fosoforiboziltransferazo (NAMPT).

Obstaja v dveh anomernih oblikah, alfa in beta, vendar je aktivna oblika le beta anomer.

Nikotinamid mononukleotid je bioaktivni nukleotid in je v človeških celicah na voljo kot vir celične energije. Je intermediat za biosintezo nikotinamid adenin dinukleotida. Deluje kot substrat za specifične encime, kot je nikotinamid mononukleotid adenilil transferaza, ki se v telesu pretvori v NAD+ [2].

NMN se naravno pojavlja v človeških celicah, nahaja pa se tudi v številnih živilih, kot je avokado z vsebnostjo 0,36–1,60 mg NMN/100 g, zelje, ki vsebuje 0,90 mg NMN/100 g, ter paradižnik in goveje meso z vsebnostjo 0,26–0,30 mg NMN/100 g in 0,06–0,42 mg NMN/100 g. Vsebnost NMN je bila izmerjena tako, da so molekulo ekstrahirali iz vsakega živila in določili s HPLC.

Glede na to, da vse človeške rdeče krvne celice, kar jih je v telesu skupaj vsebujejo približno 50 mg NMN, se lahko fiziološko pomembna količina NMN absorbira iz različnih dnevnih virov hrane v naše telo in pomaga ohranjati biosintezo NAD+ in številne fiziološke funkcije v celotnem telesu. Ker pa so koncentracije manjše od 1 mg na kg živila, je NMN možno zaužiti tudi v obliki prehranskega dopolnila [3].

3

1.1.1 Nikotinamid adenin dinukleotid (NAD+)

NAD+ (Slika 2) je pomemben presnovni koencim, ki ga najdemo v evkariontskih celicah in sodeluje pri številnih encimskih reakcijah. Sestavljen je iz dveh nukleotidov, ki sta povezana preko mostovnih fosfatnih skupin. Prvi nukleotid vsebuje adeninsko bazo, drugi pa nikotinamid. Nikotinamidna skupina je lahko na ogljik pritrjena v dveh usmeritvah, zaradi česar spojina obstaja kot dva diastereomera. V organizmih se pojavlja samo -NAD+ diastereomer. Sodeluje v redoks reakcijah in prenaša elektrone iz ene reakcije v drugo. Ima ključno vlogo pri bioloških procesih kot so popravilo DNK, metabolizem, staranje in smrt celic [1].

Slika 2: Molekula NAD+

1.1.2 Biosinteza NAD+

Telo NAD+ proizvaja naravno iz manjših komponenet, kot so nikotinamid, nikotinska kislina (niacin), nikotinamid ribozid, ki so oblike vitamina B3, ter triptofan in nikotinamid mononukleotid. Vseh 5 snovi lahko pridobimo iz prehrane. Ko pridejo v telo lahko celice sintetizirajo NAD+ po treh različnih poteh (Slika 3):

1. De novo pot: sinteza iz triptofana

Nukleotidi izhajajo iz triptofana, ki večinoma izvira iz živil bogatiih z NMN.

Zaporedje biokemičnih reakcij vodi do nastanka mononukleotida nikotinske kisline, nikotinske kisline adenin dinukleotida in NAD+ [1].

2. Reševalna pot: sinteza iz nikotinamida ali nikotinske kisline

Reševalna pot je primarni vir NAD+ v celicah sesalcev, saj je najučinkovitejša za sintezo NAD+. Na tej poti se vmesni razgradni produkti NAD+ ponovno uporabijo za proizvodnjo novega NAD+. Razgradnjo NAD+ in nadaljno pretvorbo NAM se doseže z encimi, ki porabljajo NAD+, to so sirtuini, CD38 in PARP. Pot je razdeljena na 2 koraka, hitrost sinteze NAD+ pa določa NAMPT, ki v prvem koraku pretvori NAM in PRPP v NMN, ki se konjugira z ATP in v drugem koraku pretvori v NAD+ [1,4].

4

3. Pretvorba NA (nikotinske kisline)

Ta pot se začne s pretvorbo nikotinske kisline v mononukleotid nikotinske kisline s pomočjo encima nikotin fosforiboziltransferaze (NAPRT). NAMN se nato uporablja za biosintezo adenin dinukleotida nikotinske kisline, ki ga NAD+

sintetaza pretvori v NAD+ [1,5].

Slika 3: Sintezne poti NAD+

1.1.3 Biosinteza in absorpcija NMN

NMN se v telesu proizvaja iz vitaminov B. Encim, odgovoren za njegovo tvorbo je nikotinamid fosforiboziltransferaza (NAMPT), ki veže nikotinamid (vitamin B3) na fosforibozil pirofosfat (PRPP). NMN lahko dobimo tudi iz nikotinamid ribozida ob dodatku fosfatne skupine.

Nikotinamid fosforiboziltransferaza omejuje hitrost proizvodnje NAD+, kar pomeni da nižje ravni NAMPT povzročajo zmanjšano proizvodnjo NMN. Posledično so nižje tudi ravni NAD+ [1].

Biosintezi sledi mehanizem absorpcije po peroralni uporabi.

S pomočjo mišjega modela je bilo ugotovljeno, da se absorpcija NMN iz črevesja v krvni obtok začne v 2-3 min, v 15 min pa se popolnoma absorbira v tkivo. Nato se pretvori

5

(Slika 4) in takoj shrani kot NAD + v tkivih, kot so jetra in skeletne mišice. Preden NMN vstopi v celice sesalcev, opravi defosforilacijo, da proizvede NR. Zunajcelični receptor CD73 s pirofosfatazno in 5’-ektonukleotidazno aktivnostjo izvede reakcijo [6].

NMN se v celice absorbira skozi molekularni transporter v membrani celice. Ker je molekula NMN manjša od NAD +, se lahko učinkoviteje absorbira v celice. NAD + ne more zlahka vstopiti v telo zaradi pregrade, ki jo predstavlja celična membrana.

Membrana ima brezvoden prostor, ki preprečuje vstop ionom, polarnim molekulam in velikim molekulam brez uporabe transporterjev. Celice sesalcev imajo ravnotežni nukleozidni transporter, ki olajša vstop NR. Novonastali NR deluje nato kot eksogeni predhodnik NAD + v celicah sesalcev. Nato povsod izraženi NRK1 pomaga pri nadaljnji pretvorbi NR v NMN [1].

Zunajcelični NMN se cepi s CD73, ki daje NR, ki je vgrajen v celice z uporabo ravnotežnih nukleozidnih transporterjev. NMN se pretvori v NAD+.

Slika 4: Pretvorba NMN v NAD+

Študija Medicinske fakultete Univerze v Washingtonu, objavljena v reviji Nature Metabolism, kaže, da je NMN mogoče dostaviti neposredno v celice brez pretvorbe v NAD+. Ta neposredna in hitrejša dostava je mogoča s pomočjo skrivnostnega transportnega proteina, imenovanega Slc12a8, ker celice samodejno aktivirajo Slc12a8 ko ravni NAD+ padejo [5].

6