Aumentare i livelli di NAD+ per prevenire la propagazione della senescenza nella microglia

Abstract

I disturbi neurodegenerativi (NDDs) sono caratterizzati da una progressiva perdita neuronale e da alterazioni cellulari che coinvolgono la microglia. Quest'ultime, cellule immunitarie del sistema nervoso centrale, svolgono un ruolo fondamentale nell’omeostasi cerebrale ma, con l’età, possono andare incontro a senescenza replicativa, perdere le proprie funzioni protettive e promuovere uno stato infiammatorio cronico. La senescenza microgliale è caratterizzata da arresto del ciclo cellulare, perdita delle funzioni omeostatiche, secrezione del fenotipo secretorio associato alla senescenza (SASP) e accumulo intracellulare di ferro. In questo studio, abbiamo analizzato la disfunzione metabolica della microglia senescente, concentrandoci sul ruolo del Nicotinammide Adenina Dinucleotide (NAD⁺), un coenzima essenziale per il metabolismo energetico, la riparazione del DNA e la longevità cellulare. Colture primarie murine di microglia e una linea cellulare microgliale (BV-2) sono state indotte alla senescenza tramite trattamento con elevate concentrazioni di ferro e utilizzate per valutare i livelli di NAD⁺, NADPH e degli enzimi correlati al NAD⁺, come CD38 (dotato di attività NAD⁺-glico-idrolasica), NAMPT (Nicotinamide Fosforibosiltransferasi, coinvolto nella sintesi di NAD⁺) e SIRT6 (un membro della famiglia delle Sirtuine, deacetilasi NAD⁺-dipendenti), al fine di comprenderne la modulazione nella microglia senescente. Abbiamo osservato una riduzione dei livelli di NAD⁺ e NADPH nella microglia senescente, associata ad un aumento dell’attività NAD⁺-asica di CD38, a una ridotta espressione di NAMPT e SIRT6. Inoltre, è stata rilevata una maggiore secrezione di vescicole extracellulari (EVs) da parte della microglia senescente, potenzialmente in grado di indurre senescenza in cellule microgliali sane, contribuendo alla propagazione del danno. Infine, abbiamo valutato diversi approcci per ripristinare l’omeostasi cellulare, tra cui la somministrazione di precursori del NAD⁺ (Nic

Neurodegenerative disorders (NDDs) are characterized by progressive neuronal loss and cellular alterations involving microglia. This latter, resident immune cells of the central nervous system, play a fundamental role in brain homeostasis but, with age, may undergo replicative senescence, lose their protective functions and promote a chronic inflammatory state. Microglial senescence is characterized by cell cycle arrest, loss of homeostatic functions, secretion of SASP (senescence-associated secretory phenotype) and intracellular Iron accumulation. In this study, we analysed the metabolic dysfunction of senescent microglia, focusing on the role of Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD⁺), a coenzyme essential for energy metabolism, DNA repair and cell longevity. Primary murine cultures of microglia and a microglia cell line (BV-2) were induced to senescence by treatment with high Iron concentrations and used to assess levels of NAD+, NADPH and NAD+-related enzymes, such as CD38 (endowed with NAD+-glycohydrolase activity), NAMPT (Nicotinamide Phosphoribosyltransferase, involved in NAD+ synthesis) and SIRT6 (a member of the Sirtuins family, NAD+-dependent deacetylases), to understand their modulation in senescent microglia. We observed decreased levels of NAD⁺ and NADPH in senescent microglia, associated with increased CD38/NAD+-ase activity, reduced expression of NAMPT and SIRT6. Furthermore, an increased secretion of extracellular vesicles (EVs) by senescent microglia was revealed, possibly able to induce senescence in healthy microglial cells, contributing to the propagation of damage. Finally, we evaluated approaches to restore cellular homeostasis, including supplementation of a NAD⁺ precursor (Nicotinamide, NAM), inhibition of CD38 and modulation of SIRT6 expression. Our data suggests that enhancing the metabolism of NAD⁺ represents a promising strategy to counteract microglial senescence and limit the progression of NDDs.