1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Цитология
  4. T. 65, № 3, 2023

Цитология, 2023, T. 65, № 3, стр. 273-282

Влияние стимуляции и подавления биосинтеза NAD+ на поддержание плюрипотентности эмбриональных стволовых клеток мыши

М. В. Антипова 1, В. А. Куликова 1, 2, Л. В. Соловьева 1, А. В. Кропотов 1, М. П. Светлова 1, А. П. Якимов 1, 3, К. Б. Нериновский 4, Е. И. Бахмет 1, А. А. Никифоров 1, *

1 Институт цитологии РАН
194064 Санкт-Петербург, Россия

2 Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
194223 Санкт-Петербург, Россия

3 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
195251 Санкт-Петербург, Россия

4 Санкт-Петербургский государственный университет
199034 Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: andrey.nikiforov@gmail.com

Поступила в редакцию 30.11.2022
После доработки 05.12.2022
Принята к публикации 05.12.2022

Аннотация

Никотинамидадениндинуклеотид (NAD+) играет ключевую роль в клеточном метаболизме и сигналинге. В последние годы появилось множество свидетельств того, что NAD+-зависимые процессы принимают участие в регуляции плюрипотентности и дифференцировки эмбриональных стволовых клеток млекопитающих. Основным способом поддержания уровня NAD+ в клетках млекопитающих является его биосинтез из различных форм витамина В3. В настоящей работе мы выяснили, как стимуляция и подавление биосинтеза NAD+ влияют на поддержание плюрипотентности эмбриональных стволовых клеток мыши линии Е14 Tg2a (клетки Е14). Статус плюрипотентности клеток Е14 оценивали при помощи иммуноцитохимического анализа и иммуноблоттинга с использованием антител к фактору плюрипотентности Oct4, а также окраски на щелочную фосфатазу. С помощью метода ЯМР-спектроскопии мы установили, что концентрация NAD+ в плюрипотентных клетках Е14, культивируемых в присутствии фактора ЛИФ, составляет около 4 нмоль/мг и остается неизменной после индукции дифференцировки ретиноевой кислотой. Также мы показали, что фармакологическая стимуляция биосинтеза NAD+ никотинамидрибозидом повышает уровень внутриклеточного NAD+ на 20%, и это не влияет на поддержание плюрипотентности клеток Е14. Более того, в условиях критического истощения внутриклеточного пула NAD+ при подавлении его синтеза из никотинамида ингибитором Nampt (FK866) клетки Е14 сохраняли плюрипотентность, в то время как уровень белка Oct4 был понижен.

Ключевые слова: NAD+, ЯМР-спектроскопия, мышиные эмбриональные стволовые клетки Е14 Tg2α, плюрипотеность, дифференцировка, Oct4

Список литературы

  1. Bieganowski P., Brenner C. 2004. Discoveries of nicotinamide riboside as a nutrient and conserved NRK genes establish a Preiss-Handler independent route to NAD+ in fungi and humans. Cell. V. 117. P. 495. https://doi.org/10.1016/s0092-8674(04)00416-7

  2. Cercillieux A., Ciarlo E., Canto C. 2022. Balancing NAD(+) deficits with nicotinamide riboside: therapeutic possibilities and limitations. Cell. Mol. Life Sci. V. 79 P. 463. https://doi.org/10.1007/s00018-022-04499-5

  3. Fang Y., Tang S., Li X. 2019. Sirtuins in metabolic and epigenetic regulation of stem cells. Trends Endocrino. Metabolism. V. 30 P. 177. https://doi.org/10.1016/j.tem.2018.12.002

  4. Ginsburg M., Snow M.H., McLaren A. 1990. Primordial germ cells in the mouse embryo during gastrulation. Development (Cambridge, England), V. 110. P. 521. https://doi.org/10.1242/dev.110.2.521

  5. Gu W., Gaeta X., Sahakyan A., Chan A.B., Hong C.S., Kim R., Braas D., Plath K., Lowry W.E., Christofk H.R. 2016. Glycolytic metabolism plays a functional role in regulating human pluripotent stem cell state. Cell Stem Cell. V. 19. P. 476. https://doi.org/10.1016/j.stem.2016.08.008

  6. Hasmann M., Schemainda I. 2003. FK866, a highly specific noncompetitive inhibitor of nicotinamide phosphoribosyltransferase, represents a novel mechanism for induction of tumor cell apoptosis. Cancer Res. V. 63 P. 7436.

  7. Hwang B., Madabushi A., Adhikary G., Kerr C., Lu A. 2017. Histone deacetylase SIRT1 facilitates Oct4 gene expression and generation of induced pluripotent stem cells. Stem Cell Adv. Res. Ther. V. P. J108. https://doi.org/. 000008https://doi.org/10.29011/SCRT-108

  8. Kellner S., Kikyo N. 2010. Transcriptional regulation of the Oct4 gene, a master gene for pluripotency. Histol. Histopathol. V. 25 P. 405. https://doi.org/10.14670/hh-25.405

  9. Kropotov A., Kulikova V., Nerinovski K., Yakimov A., Svetlova M., Solovjeva L., Sudnitsyna J., Migaud M.E., Khodorkovskiy M., Ziegler M., Nikiforov A. 2021. Equilibrative nucleoside transporters mediate the import of nicotinamide riboside and nicotinic acid riboside into human cells. Int. J. Mol. Sci. V. 22 P. 1391. https://doi.org/10.3390/ijms22031391

  10. Kropotov A., Kulikova V., Solovjeva L., Yakimov A., Nerinovski K., Svetlova M., Sudnitsyna J., Plusnina A., Antipova M., Khodorkovskiy M., Migaud M.E., Gambaryan S., Ziegler M., Nikiforov A. 2022. Purine nucleoside phosphorylase controls nicotinamide riboside metabolism in mammalian cells. J. Biol. Chem. V. 298 P. 102615. https://doi.org/10.1016/j.jbc.2022.102615

  11. Kulikova V.A., Gromyko D.V., Nikiforov A.A. 2018. The regulatory role of NAD in human and animal cells. Biochemistry. Biokhimiia. V. 83 P. 800. https://doi.org/10.1134/s0006297918070040

  12. Laemmli U.K. 1970. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. V. 227 P. 680. https://doi.org/10.1038/227680a0

  13. Nikiforov A., Dölle C., Niere M., Ziegler M. 2011. Pathways and subcellular compartmentation of NAD biosynthesis in human cells: from entry of extracellular precursors to mitochondrial NAD generation. J. Biol. Chem. V. 286 P. 21767. https://doi.org/10.1074/jbc.M110.213298

  14. Nikiforov A., Kulikova V., Ziegler M. 2015. The human NAD metabolome: functions, metabolism and compartmentalization. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. V. 50 P. 284. https://doi.org/10.3109/10409238.2015.1028612

  15. Roper S.J., Chrysanthou S., Senner C.E., Sienerth A., Gnan S., Murray A., Masutani M., Latos P.,Hemberger M. 2014. ADP-ribosyltransferases Parp1 and Parp7 safeguard pluripotency of ES cells. Nucleic Acids Res. V. 42. P. 8914. https://doi.org/10.1093/nar/gku591

  16. Semrau S., Goldmann J.E., Soumillon M., Mikkelsen T.S., Jaenisch R.,van Oudenaarden A. 2017. Dynamics of lineage commitment revealed by single-cell transcriptomics of differentiating embryonic stem cells. Nature Commun. V. 8. P. 1096. https://doi.org/10.1038/s41467-017-01076-4

  17. Shabalin K., Nerinovski K., Yakimov A., Kulikova V., Svetlova M., Solovjeva L., Khodorkovskiy M., Gambaryan S., Cunningham R., Migaud M.E., Ziegler M., Nikiforov A. 2018. NAD Metabolome analysis in human cells using 1H NMR spectroscopy. Int. J. Mol. Sci. V. 19. P. 3906. https://doi.org/10.3390/ijms19123906

  18. Wulansari N., Sulistio Y.A., Darsono W.H.W., Kim C.H., Lee S.H. 2021. LIF maintains mouse embryonic stem cells pluripotency by modulating TET1 and JMJD2 activity in a JAK2-dependent manner. Stem Cells. V. 39 P. 750. https://doi.org/10.1002/stem.3345

  19. Yang T., Chan N.Y.,Sauve A.A. 2007. Syntheses of nicotinamide riboside and derivatives: effective agents for increasing nicotinamide adenine dinucleotide concentrations in mammalian cells. J. Med. Chem. V. 50 P. 6458. https://doi.org/10.1021/jm701001c

  20. Yang Y., Sauve A.A. 2016. NAD+ metabolism: bioenergetics, signaling and manipulation for therapy. Biochim. Biophys. Acta. – Proteins and Proteomics. V. 1864. P. 1787. https://doi.org/10.1016/j.bbapap.2016.06.014

  21. Ying W. 2008. NAD+/NADH and NADP+/NADPH in cellular functions and cell death: regulation and biological consequences. Antioxidants Redox Signal. V. 10 P. 179. https://doi.org/10.1089/ars.2007.1672

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Цитология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал