Using NAD+ precursor for treatment of global cerebral ischemia

利用NAD前体治疗全脑缺血

基本信息

  • 批准号:
    10439887
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.63万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-01 至 2026-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Summary: Ischemic brain damage due to cardiac arrest or stroke is one of the most complex pathophysiologic processes. To successfully treat ischemic brain injury, one need to target several cellular pathways and cell-type within the brain. NAD+ is an essential cofactor involved in multiple bioenergetic reactions and its degradation after ischemia leads to pathologic cellular metabolism and inhibition of energy production. The majority of cellular NAD+ is re-synthetized via the salvage pathway, where nicotinamide mononucleotide (NMN) is converted to NAD+. Our recent studies demonstrated that administration of NMN dramatically ameliorates ischemic brain injury following transient global cerebral ischemia. Furthermore, NMN treatment inhibited post-ischemic NAD+ catabolism, reduced poly-ADP-ribose generation, and reversed the excessive mitochondrial fragmentation. Finally, the ischemia-induced changes in mitochondrial protein acetylation were inhibited in NMN injected animals. Overall goal of this proposed project is to develop the most effective treatment strategy utilizing NMN that will dramatically reduce ischemic brain damage and characterize the mechanism of its neuroprotection. We hypothesize that NMN administration after ischemia will significantly inhibit neurodegeneration due to its multi-targeted effect and ability to improve mitochondrial functions and cellular bioenergetics. Specific Aim 1 is focused on the NMN-induced protein acetylation mechanisms that modulate mitochondrial dynamics and function. The role of Sirt1 and Sirt3 dependent deacetylation in mitochondrial fusion and fission will be determined using our transgenic animal models that concomitantly express mitochondria targeted eYFP and Sirt1 or Sirt3. Additionally, SIRT1, and SIRT3 knockout animals will be used as tools for inhibition of deacetylase activity. In specific Aim 2, we will perform time-dependent studies of NMN administration following global cerebral ischemia in mice. We will use unbiased stereological quantification of neuronal cell death, and multiple cognitive tests will be performed to assess the efficacy of treatment. The recovery periods will vary from 7 days up to 6 months after ischemic insult. In specific Aim 3, we will determine the neuroprotective effect of the NMN treatment by using the most neuroprotective protocol determined in Aim 2 on female and aged animals. The significance of this work is that it proposes to identify NMN as a protective compound that will significantly impact the clinical application of NAD+ precursors as therapeutic compounds for acute brain injury and potentially reveal new targets for neuroprotection.
概括: 心脏骤停或中风引起的缺血性脑损伤是最复杂的病理生理学之一 流程。为了成功治疗缺血性脑损伤,需要针对多种细胞途径和 大脑内的细胞类型。 NAD+ 是参与多种生物能反应及其降解的重要辅助因子 缺血后会导致病理性细胞代谢和能量产生的抑制。大多数 细胞 NAD+ 通过挽救途径重新合成,其中烟酰胺单核苷酸 (NMN) 转化为 NAD+。我们最近的研究表明,NMN 的施用显着 改善短暂性全脑缺血后的缺血性脑损伤。此外,NMN 治疗抑制缺血后 NAD+ 分解代谢,减少聚 ADP 核糖生成,并逆转 线粒体过度破碎。最后,缺血引起的线粒体变化 注射 NMN 的动物中蛋白质乙酰化受到抑制。该拟议项目的总体目标是 利用 NMN 开发最有效的治疗策略,将显着减少脑缺血 损伤并表征其神经保护机制。我们假设 NMN 由于其多靶点作用,缺血后给药将显着抑制神经退行性变 以及改善线粒体功能和细胞生物能学的能力。 具体目标 1 重点关注 NMN 诱导的蛋白质乙酰化机制 线粒体动力学和功能。 Sirt1 和 Sirt3 依赖性脱乙酰化的作用 线粒体融合和裂变将使用我们的转基因动物模型来确定 同时表达靶向 eYFP 和 Sirt1 或 Sirt3 的线粒体。此外,SIRT1 和 SIRT3 基因敲除动物将被用作抑制脱乙酰酶活性的工具。在具体目标 2 中,我们将 对小鼠全脑缺血后 NMN 给药进行时间依赖性研究。我们 将使用神经元细胞死亡的无偏立体定量,并且将进行多项认知测试 进行以评估治疗效果。恢复期从 7 天到 6 天不等 缺血性损伤后几个月。在具体目标 3 中,我们将确定 NMN 的神经保护作用 使用目标 2 中确定的最具神经保护性的方案对雌性和老年动物进行治疗。 这项工作的意义在于,它提出将 NMN 确定为一种保护性化合物, 将显着影响 NAD+ 前体作为急性治疗化合物的临床应用 脑损伤并可能揭示神经保护的新目标。

项目成果

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