Nyoppdaget mekanisme kaster lys over aldring

I sentrum av denne nye oppdagelsen står et molekyl kalt NAD, eller Nikotinamid Adenin Dinukleotid. Professor Mathias Ziegler fra Institutt for biomedisin ved UiB leder det internasjonale forskerteamet bak den nye studien og forklarer betydningen av molekylet:

– Det fascinerende med NAD er at molekylet spiller kritiske roller i alle cellulære prosesser, og dermed i livet. Vi finner dårlig regulerte NAD-nivåer i aldringsprosesser i tillegg til i mange ulike sykdommer, fra kreft til diabetes og nevrodegenerative sykdommer. Molekylet har en nøkkelposisjon i kroppens energistoffskifte og i reguleringen av vitale funksjoner, forklarer han.

NAD er som et oppladbart batteri

Som vi alle vet: Kroppsfunksjoner våre er avhengige av energi. Uten energi kan vi verken løpe, puste eller tenke. Energien som kroppen, eller cellene våre, trenger for å fungere kommer fra maten vi spiser. Næringsstoffer, som sukker eller fett, omdannes til en universell form for energi som cellene våre kan bruke for å opprettholde alle energikrevende funksjoner.

– NAD er sentralt i disse omdannelsene, siden den fungerer som et oppladbart batteri. Det lades opp av energien som hentes fra mat og overfører den til cellene. En viktig del av denne energioverføringen finner sted i cellenes mitokondrier, det vi ofte kaller "cellens kraftverk", forklarer Ziegler.

NAD er også en viktig del av DNA-reparasjon, som finner sted i cellekjernen:

– Når vi blir eldre, kan DNA-et vårt samle opp skader som igjen vil øke behovet for NAD-molekyler. Faktisk ser vi at cellulære NAD-nivåer synker etter hvert som vi blir eldre, og det antas at økt DNA-reparasjonsaktivitet er en av hovedårsakene til denne nedgangen, sier Ziegler.

–  Problemet oppstår når mitokondriene eller deres NAD-lager påvirkes eller tappes over lengre perioder

Hvordan håndterer cellene det økte behovet for NAD når vi blir eldre og fører reduserte NAD-nivåer nødvendigvis til sykdom? Det ønsket Ziegler og hans team å finne ut av.

For å svare på disse spørsmålene utviklet de modeller for å studere hvordan celler reagerer på reduserte NAD-nivåer slik de oppstår under aldring. Tidligere hadde de utviklet en metode som gjorde det mulig for dem å oppdage cellulære NAD-molekyler og deres fordeling i levende celler.

Nå innførte de i tillegg avanserte analytiske teknikker, inkludert høyoppløselig massespektrometri, for å studere de cellulære dynamikkene til NAD-avhengige prosesser.

På denne måten oppdaget forskerne en hittil ukjent oppgave til mitokondriene i vedlikeholdet av cellulære NAD-nivåer:

– Mitokondriene fungerer som et NAD-reservoar som fylles når cellene fungerer normalt, og det forsyner cellen med NAD når det er økt behov, forklarer Lena Elise Høyland, doktorgradsstudent og førsteforfatter av studien.

Ved å bruke genteknologiske metoder som CRISPR-Cas9-genomredigering var de i stand til å etablere de molekylære mekanismene for hvordan mitokondrier motvirker cellulær reduksjon i NAD-nivået:

– Reduserte cellulære NAD-nivåer ser dermed ut til å være generelt godt tolerert av cellene, sier stipendiaten.

– Problemet oppstår imidlertid når mitokondriene eller deres NAD-lager påvirkes eller tappes over lengre perioder. Dette kan få fatale konsekvenser siden cellene kanskje ikke lenger har tilstrekkelig "NAD-batterikapasitet" til å drive vitale, energikrevende prosesser, legger professor Ziegler til.

NAD-tilskudd har gitt oppmuntrende resultater

Forskning de siste årene har etablert at mitokondriell dysfunksjon og reduserte cellulære NAD-nivåer er viktige kjennetegn ved aldring og aldersrelaterte lidelser, som demens eller nevrodegenerative sykdommer.

Basert på sine nye funn, tror forskerteamet at overdreven forbruk av mitokondriell NAD kan utgjøre en nøkkelfaktor som fører til dysfunksjonelle cellulære kraftverk og dermed aldringsrelaterte sykdommer.

Innledende kliniske studier i Norge og internasjonalt ved bruk av terapeutiske tilnærminger for å øke NAD-nivåene gitt oppmuntrende resultater.

– Vi er veldig begeistret over å ha oppdaget nok en mekanisme som kan være involvert i sykdomsutvikling og progresjon, sier Høyland. Ziegler konkluderer:

– Vår studie viser også viktigheten av grunnforskning for å identifisere lovende mål for å bremse aldring og behandle aldringsrelaterte sykdommer.

Resultatene er publisert i det anerkjente tidsskriftet Nature Metabolism og omtalt i en News and Views-artikkel i samme utgave.

Artikkelen er oversatt ved hjelp av Microsoft Co-pilot.