Glycerol-3-phosphate biosynthesis regenerates cytosolic NAD+ to alleviate mitochondrial disease

NAD+激酶 胞浆 线粒体 甘油 生物化学 生物合成 细胞生物学 甘油-3-磷酸脱氢酶 疾病 磷酸盐 化学 生物 医学 内科学
作者
Shanshan Liu,Song Fu,Guodong Wang,Yu Cao,Lanlan Li,Xuemei Li,Jun Yang,Ning Li,Yabing Shan,Yang Cao,Yan Ma,Meng‐Qiu Dong,Qinghua Liu,Hui Jiang
出处
期刊:Cell Metabolism [Cell Press]
卷期号:33 (10): 1974-1987.e9 被引量:124
标识
DOI:10.1016/j.cmet.2021.06.013
摘要

Electron transport chain (ETC) dysfunction or hypoxia causes toxic NADH accumulation. How cells regenerate NAD+ under such conditions remains elusive. Here, integrating bioinformatic analysis and experimental validation, we identify glycerol-3-phosphate (Gro3P) biosynthesis as an endogenous NAD+-regeneration pathway. Under genetic or pharmacological ETC inhibition, disrupting Gro3P synthesis inhibits yeast proliferation, shortens lifespan of C. elegans, impairs growth of cancer cells in culture and in xenografts, and causes metabolic derangements in mouse liver. Moreover, the Gro3P shuttle selectively regenerates cytosolic NAD+ under mitochondrial complex I inhibition; enhancing Gro3P synthesis promotes shuttle activity to restore proliferation of complex I-impaired cells. Mouse brain has much lower levels of Gro3P synthesis enzymes as compared with other organs. Strikingly, enhancing Gro3P synthesis suppresses neuroinflammation and extends lifespan in the Ndufs4-/- mice. Collectively, our results reveal Gro3P biosynthesis as an evolutionarily conserved coordinator of NADH/NAD+ redox homeostasis and present a therapeutic target for mitochondrial complex I diseases.
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