脂肪組織からのSIRT1を介したeNAMPT分泌は、視床下部のNAD +とマウスの機能を調節します

Size Exclusion Chromatography Method for Purification of Nicotinamide Mononucleotide (NMN) from Bacterial Cells


哺乳類とNMNの関係 

主要なNAD +生合成酵素であるニコチンアミドホスホリボシルトランスフェラーゼ(NAMPT)は、哺乳類では細胞内と細胞外(iNAMPTとeNAMPT)の2つの異なる形態を持っています。ただし、eNAMPT分泌の重要性は不明であります。私たちは、哺乳類のNAD+依存性脱アセチル化酵素SIRT1によるiNAMPTの脱アセチル化が、脂肪細胞でのタンパク質の分泌を促していることを明らかにしました。このように、今回の発見は全身レベルでのNAD +生合成の調節のためのモジュレーターとしての脂肪組織の重要な役割を示しています。

ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD +)の生合成は、細胞のエネルギー代謝に不可欠な補酵素および重要な通貨であり、ポリADPリボースポリメラーゼ(PARP)を含む主要なNAD +消費メディエーターを介した多様な生物学的プロセス調節に重要な役割を果たします。 NAD +は、ニコチンアミド、ニコチン酸、トリプトファン、ニコチンアミドリボシド(NR)の4つの異なる基質から合成できます(Houtkooper et al。、2010、Imai and Guarente、2014)。その中で、ニコチンアミドは主に哺乳類でNAD +を合成するために使用されます(Stein and Imai、2012)。ニコチンアミドから始まり、NAD +生合成は、ニコチンアミドホスホリボシルトランスフェラーゼ(NAMPT)とニコチンアミドモノヌクレオチドアデニリルトランスフェラーゼ(NMNAT)の2つの主要酵素によって触媒されます(Garten et al。、2009、Imai、2009、Imai and Guarente、2014)。

脂肪細胞から分泌される成分

iNAMPTのアセチル化レベルはeNAMPTの分泌に影響を与えます。完全に分化した褐色脂肪細胞や白色脂肪細胞は、iNAMPTよりも2-4倍高い酵素活性を持つeNAMPTを分泌します(Revollo et al.)。私たちは,この酵素活性の変化とeNAMPTの分泌には,翻訳後修飾が関与しているのではないかと考えました。アセチル化およびADPリボシル化を含むその翻訳後修飾の分析は、iNAMPTが褐色および白色脂肪組織(それぞれBATおよびWAT)でアセチル化されていることを明らかにしました。興味深いことに、iNAMPTのアセチル化レベルは48時間の絶食に反応して約50%減少しました。 NAMPTのアセチル化がその機能と分泌に及ぼす影響をさらに評価するために、非常に高レベルのiNAMPTを発現し、eNAMPTを培養上清に分泌する分化したHIB-1B褐色脂肪細胞を調べました(Revollo et al。、2007)。それらの細胞抽出物では、比較的低レベルのアセチル化iNAMPTが検出されました。

研究の結果

私たちの現在の研究は、eNAMPTの分泌と酵素活性が脂肪細胞のSIRT1依存性脱アセチル化により調節されていることを示しています。確かに、この高度に規制されたプロセスは、栄養の利用可能性の変化に応じて、特に脂肪組織で重要であるように見えます。興味深いことに、SIRT1とNAMPTは、末梢組織でNAD +の概日振動を生成する新しい転写酵素フィードバックループを構成します。私たちの現在の研究は、SIRT1とNAMPTが脂肪組織からのeNAMPT分泌の調節を介して別のNAD +調節フィードバックループを構成することを明らかにしました。この新しいメカニズムでは、K53でのiNAMPTのSIRT1依存性脱アセチル化により、タンパク質が分泌されやすくなります。脱アセチル化イベントは分化した脂肪細胞の細胞質で発生するようであり、1時間あたりのiNAMPTの約0.5%が分化したHIB-1B脂肪細胞でeNAMPTとして分泌されると推定され(データは示していません)、iNAMPTの非常に特定の部分が運命づけられていることを示唆していますこのSIRT1に依存する分泌機構に入る。 K53のK-to-RおよびK-to-Q変異体を用いた実験は、K53のアセチル化状態がiNAMPTの運命を決定するために重要であることを示しています。 K53A変異はeNAMPT分泌も大幅に増加させるため、K53はiNAMPTの運命を決定する上で重要な役割を果たしているようであり、iNAMPTのアセチル化K53と相互作用して分泌を妨げ、未確認の因子へドッキング部位を提供している可能性があります 。アセチル化は、NAMPTの酵素活性を調節するためにも重要です。 iNAMPTで5つのアセチル化部位を特定し、これら5つの部位のうち4つがeNAMPTで脱アセチル化されていることがわかりました。 iNAMPTの酵素活性はeNAMPTのそれより2-4倍低く(Revollo et al。、2007)、K53Q変異体はこのアセチル化依存性の酵素活性の低下を再現することができます。 K53は、触媒部位を含む「裂け目」に位置するため、他のリジン残基と区別されますが、他のリジンは、異なる生物学的状況で他の機能を持っている可能性があります。これらの結果は、アセチル化/脱アセチル化がNAMPT構造のコンフォメーション変化を誘発し、その酵素活性を調節する可能性があることを示しています。