Efeito do ritmo circadiano no NAD cerebral medido por espectroscopia de ressonância magnética de fósforo a 7 Tesla (ChronoBrain)

A descoberta do relógio circadiano estabeleceu pela primeira vez uma base genética para o comportamento, e nossa compreensão do ritmo circadiano (CIR) desde então se expandiu para fornecer insights moleculares sobre fisiologia e doença. No entanto, permanece o desafio de traduzir esses insights sobre o papel do CIR em células e tecidos para a clínica. Muitos experimentos pré-clínicos mecanísticos mostraram que o CIR está diretamente ligado aos níveis de nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) e à razão redox do NAD e que a amplitude de oscilação do NAD diminui durante o envelhecimento e no modelo de doenças neurológicas. Os dados ex-vivo humanos também mostraram que o NAD oscila ao longo do tempo nos glóbulos vermelhos humanos. Embora evidências crescentes em organismos modelo ilustrem o papel central do NAD cerebral para manter a homeostase energética e o CIR, dados semelhantes em humanos são escassos. Até o momento, nenhum estudo foi relatado em humanos sobre o efeito do CIR nos níveis cerebrais de NAD.

O NAD é um cofator vital envolvido na bioenergética cerebral para o metabolismo e a produção de trifosfato de adenosina (ATP), a moeda energética do cérebro. O NAD existe na forma oxidada (NAD+) ou reduzida (NADH), sendo o NAD+/NADH (a razão redox) um importante determinante da homeostase metabólica citosólica e mitocondrial. Além disso, NAD+ é um substrato chave para várias enzimas dependentes de NAD+ e é consumido por pelo menos quatro classes de enzimas envolvidas na estabilidade genômica, homeostase mitocondrial, respostas adaptativas ao estresse e sobrevivência celular, incluindo Sirtuins. A modulação da síntese de NAD+ subcelular pode regular o tempo das vias de sinalização. Os ritmos circadianos dos mamíferos são coordenados com a atividade metabólica através da expressão controlada da nicotinamida fosforibosiltransferase (NAMPT). A regulação do NAMPT, por sua vez, resulta em níveis oscilantes de NAD+. A oscilação rítmica do NAD+ serve como um 'temporizador' de feedback, modulando as atividades das enzimas dependentes do NAD+, incluindo as sirtuínas, ajudando a estabelecer a periodicidade dos ciclos. As oscilações do NAMPT também determinam os níveis mitocondriais de NAD+ e coordenam a respiração celular com os períodos de vigília. Nesses casos, a modulação dos níveis de NAMPT impulsiona o aumento e a queda das concentrações de NAD+ que servem para limitar a duração da atividade das sirtuínas.

O controle fino do neurometabolismo é necessário para a função cerebral, porque o disparo neuronal produz mudanças dinâmicas na demanda local de energia. A Hipótese do Shuttle do Lactato do Neurônio do Astrócitos (ANLS) fornece uma maneira de entender como essas necessidades de mudança são atendidas. Nesse modelo, a atividade neuronal aumenta o glutamato extracelular, que estimula o aumento da captação de glicose e da glicólise nos astrócitos. Dentro dos astrócitos, o lactato é produzido a partir do piruvato de maneira reversível pela enzima lactato desidrogenase no citoplasma. Essa enzima requer NAD como cofator e um NADH é convertido em NAD+ quando uma molécula de piruvato é convertida em lactato. Os astrócitos então liberam esse lactato, aumentando sua concentração extracelular. Importante para a hipótese do ANLS, o lactato pode ser usado por neurônios próximos como fonte de energia.

Além disso, sob a influência do regulamento CIR, as funções psicológicas e fisiológicas humanas flutuam com o tempo durante o dia. Esse efeito foi observado em muitos domínios cognitivos, bem como na tomada de decisões arriscadas e na função de recompensa.

A hipótese é que o nível de NAD cerebral é modulado pelo CIR e que a razão redox de NAD deve aumentar durante o dia. O objetivo principal deste projeto é determinar o estado do NAD cerebral pela manhã e à tarde. Muitos resultados pré-clínicos sugeriram um efeito diurno no NAD cerebral, mas não há dados clínicos disponíveis.

Neste estudo, o nível de NAD+ e NADH da região occipital será determinado por espectroscopia 31P-MR a 7 T. NAD total (tNAD) e NAD redox ratio NAD+/NADH também serão calculados. A medição será realizada pela manhã em jejum (sessão AM) e no meio da tarde (sessão PM) 3 horas após a ingestão do almoço. Para confirmar que as medições AM e PM são feitas em dois estados circadianos diferentes, o cortisol salivar será medido. Detecção simultânea de outros metabólitos energéticos (por exemplo, lactato, PCr, ATP) serão adquiridos para análise exploratória. Para explorar como o status NAD se correlaciona com medidas comportamentais de ativação de recompensa, o teste automático Balloon Analogue Risk Task (BART) será realizado no final de cada sessão AM e PM.