On the measurement and systemic relevance of extracellular nicotinamide adenine dinucleotide in human plasma

Abstract

This thesis serves to outline the relatively new field of research revolving around systemic, or extracellular nicotinamide adenine dinucleotide (eNAD+) and poses a humble yet potentially meaningful contribution towards this novel scientific niche. Firstly, the reader will be presented with an introductory summary on the pathological, regenerative as well as immunomodulatory facets of eNAD+, with special emphasis on one of its close mechanistic accomplices, connexin 43, otherwise known as gap junction alpha-1 protein. Moving on, these insights will then be utilised to carve out the 'NAD Escape' hypothesis, which postulates the involvement of eNAD+ in pathological and regenerative liver processes, under special consideration of the immune-mediating feats of eNAD+, where it mediates liver rejection reactions following total liver replacement therapies. Lastly, the relevance and establishment of this thesis’ centerpiece, a novel enzymatic cycling assay, which quantifies nanomolar concentrations of eNAD+ in human heparinised plasma, will be presented using a standalone scientific publication. Concludingly, a vertical translation opportunity of this assay within our study group is given, that is the vision of establishing an eNAD+ treatable 3D liver culture. This 3D liver culture is envisioned to aid mechanistic research into the systemic roles of eNAD+ in the context of liver regeneration and liver rejection reactions and the NAD Escape hypothesis. Initial experimental efforts, as well as a preliminary protocol are described in addition to groundwork that paves the way for a future miniaturised bioreactor housing this 3D liver culture.

Diese Dissertation dient dazu das relativ neue Forschungsgebiet des systemischen, extrazellulären Nikotinamidadenindinukleotid (eNAD+) zu skizzieren und liefert einen bescheidenen, aber möglicherweise bedeutsamen Beitrag zu dieser neuen wissenschaftlichen Disziplin. Zunächst wird eine zusammenfassende Einleitung der pathologischen, regenerativen und immunmodulatorischen Charakteristika von eNAD+ präsentiert, wobei hier der Zusammenhang mit dem Gap Junction Alpha-1-Protein, auch bekannt als Connexin 43, im Vordergrund steht. Anschließend wird, basierend auf den vorhergehenden Erkenntnissen, eine ’NAD Escape’ Hypothese herausgearbeitet, welche die Beteiligung von eNAD+ an pathologischen und regenerativen Leberprozessen, unter besonderen Gesichtspunkten der immunvermittelnden Eigenschaften von eNAD+, postuliert. Diese besagt, dass eNAD+ Leberabstoßungsreaktionen nach Lebertransplantationen unterdrücken kann und einen lebereigenen Abwehrmechanismus darstellt. Im Weiteren wird die Relevanz und Etablierung des Kernstücks dieser Arbeit, ein neuartiger enzymatischer Assay welcher nanomolare Konzentrationen von eNAD+ in humanem Heparinplasma quantifiziert, anhand einer eigenständigen wissenschaftlichen Veröffentlichung vorgestellt. Hierzu werden die Möglichkeiten für eine vertikale Translation der Anwendungszenarien des Assay innerhalb unserer Studiengruppe dargestellt. Letztlich wird die Vision, eine mit eNAD+ behandelbare 3D-Leberkultur zu etablieren, präsentiert. Diese 3D Leberkultur soll die mechanistische Erforschung der systemischen Rolle von eNAD+ im Zusammenhang mit Leberregenerations- und Leberabstoßungsreaktionen und der NAD Escape Hypothese unterstützen. Erste experimentelle Ergebnisse werden neben einem vorläufigen Protokoll aufgezeigt, welches den Weg für einen zukünftigen miniaturisierten Bioreaktor für die 3DLeberkultur ebnen soll.