Doped Graphene To Mimic the Bacterial NADH Oxidase for One-Step NAD+ Supplementation in Mammals

NAD+激酶 化学 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 烟酰胺 NAD(P)H氧化酶 辅因子 生物化学 氧化酶试验 细菌 立体化学 生物 遗传学
作者
Xi Liu,Jingkun Li,Andrea Zitolo,Meng Gao,Jun Jiang,Xucheng Geng,Qianqian Xie,Di Wu,Huizhen Zheng,Xiaoming Cai,Jianmei Lu,Frédéric Jaouen,Ruibin Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (5): 3108-3120 被引量:21
标识
DOI:10.1021/jacs.2c12336
摘要

Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) is a critical regulator of metabolic networks, and declining levels of its oxidized form, NAD+, are closely associated with numerous diseases. While supplementing cells with precursors needed for NAD+ synthesis has shown poor efficacy in combatting NAD+ decline, an alternative strategy is the development of synthetic materials that catalyze the oxidation of NADH into NAD+, thereby taking over the natural role of the NADH oxidase (NOX) present in bacteria. Herein, we discovered that metal-nitrogen-doped graphene (MNGR) materials can catalyze the oxidation of NADH into NAD+. Among MNGR materials with different transition metals, Fe-, Co-, and Cu-NGR displayed strong catalytic activity combined with >80% conversion of NADH into NAD+, similar specificity to NOX for abstracting hydrogen from the pyridine ring of nicotinamide, and higher selectivity than 51 other nanomaterials. The NOX-like activity of FeNGR functioned well in diverse cell lines. As a proof of concept of the in vivo application, we showed that FeNGR could specifically target the liver and remedy the metabolic flux anomaly in obesity mice with NAD+-deficient cells. Overall, our study provides a distinct insight for exploration of drug candidates by design of synthetic materials to mimic the functions of unique enzymes (e.g., NOX) in bacteria.
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