NAD+ regulates nucleotide metabolism and genomic DNA replication

NAD+激酶 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 生物化学 生物 PARP1 DNA修复 细胞生物学 DNA复制 嘧啶代谢 DNA 聚ADP核糖聚合酶 嘌呤 聚合酶
作者
Sebastian Howen Nesgaard Munk,Joanna Maria Merchut‐Maya,Alba Adelantado Rubio,Arnaldur Hall,George D. Pappas,Giacomo Milletti,Myung‐Hee Lee,Lea G. Johnsen,Per Guldberg,Jiří Bártek,Apolinar Maya‐Mendoza
出处
期刊:Nature Cell Biology [Nature Portfolio]
卷期号:25 (12): 1774-1786 被引量:8
标识
DOI:10.1038/s41556-023-01280-z
摘要

The intricate orchestration of enzymatic activities involving nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) is essential for maintaining metabolic homeostasis and preserving genomic integrity. As a co-enzyme, NAD+ plays a key role in regulating metabolic pathways, such as glycolysis and Kreb's cycle. ADP-ribosyltransferases (PARPs) and sirtuins rely on NAD+ to mediate post-translational modifications of target proteins. The activation of PARP1 in response to DNA breaks leads to rapid depletion of cellular NAD+ compromising cell viability. Therefore, the levels of NAD+ must be tightly regulated. Here we show that exogenous NAD+, but not its precursors, has a direct effect on mitochondrial activity. Short-term incubation with NAD+ boosts Kreb's cycle and the electron transport chain and enhances pyrimidine biosynthesis. Extended incubation with NAD+ results in depletion of pyrimidines, accumulation of purines, activation of the replication stress response and cell cycle arrest. Moreover, a combination of NAD+ and 5-fluorouridine selectively kills cancer cells that rely on de novo pyrimidine synthesis. We propose an integrated model of how NAD+ regulates nucleotide metabolism, with relevance to healthspan, ageing and cancer therapy.
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