NQO1 Pro187Ser (C609T)

NQO1 Pro187Ser — Kinonavgiftaren och CoQ10-återbildaren

NQO1 (NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1) är ett
avgiftningsenzym i fas II | Enzymer i fas II konjugerar eller reducerar reaktiva metaboliter som produceras av enzymer i fas I, vilket gör dem säkrare och lättare att utsöndra
som utför en ovanlig och kritiskt viktig reaktion: det reducerar toxiska
kinoner direkt till stabila hydrokinoner via en tvåelektronöverföring,
vilket helt kringgår den farliga enelektron-
semikinonradikalen | En delvis reducerad kinon som reagerar med syre och genererar superoxid och andra reaktiva syreföreningar (ROS), vilket orsakar oxidativ skada på DNA, proteiner och lipider
intermediären. Detta gör NQO1 till en unikt effektiv avgiftare av
kinonföreningar, som uppstår vid metabolism av bensen,
miljöföroreningar, vissa läkemedel och normala cellulära processer.

Utöver avgiftning har NQO1 en andra viktig roll: det är ett av de
primära enzymer som ansvarar för att reducera CoQ10 (ubiquinon) till dess
aktiva antioxidantform, ubiquinol. Forskare har föreslagit att
NQO1 selekterades under evolutionen främst som ett CoQ-reduktas | Ross & Siegel 2017, Functions of NQO1 in Cellular Protection and CoQ10 Metabolism,
och att dess förmåga att avgifta xenobiotiska kinoner var en sekundär
funktionsökning. NQO1 stabiliserar också tumörsuppressorproteinerna
p53 och p73 och skyddar dem från proteasomal nedbrytning.

Varianten rs1800566 (C609T i cDNA) orsakar en prolin-till-serin-
substitution vid position 187, i en region som är kritisk för
bindningen av
FAD-kofaktorn | Flavinadenindinukleotid, den essentiella kofaktor som NQO1 behöver för att katalysera elektronöverföringsreaktioner.
Denna enda aminosyraförändring får dramatiska konsekvenser för proteinets
stabilitet och enzymfunktion.

Mekanismen

Pro187Ser-substitutionen stör den strukturella integriteten hos
NQO1-proteinet på ett sätt som är ovanligt allvarligt för en enskild missense-
variant. Serin vid position 187 destabiliserar proteinets tertiärstruktur,
särskilt vid FAD-bindningsstället i den N-terminala
domänen och den C-terminala domänen som är viktig för substratbindning. Det
mutanta proteinet
polyubikvitineras snabbt och bryts ned av proteasomen | Siegel et al. Rapid polyubiquitination and proteasomal degradation of a mutant form of NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1. Mol Pharmacol, 2001,
vilket resulterar i dramatiskt minskade intracellulära nivåer av NQO1.

Heterozygoter (AG-genotyp, en variantkopia) behåller ungefär
en tredjedel av normal enzymaktivitet. Homozygoter (AA-genotyp, två
variantkopior) behåller endast 2–4 % av vildtypens aktivitet -- i praktiken
inget funktionellt NQO1. Detta beror på att det mutanta proteinet är så
instabilt att det bryts ned nästan lika snabbt som det bildas.

Utan funktionellt NQO1 förskjuts kinonmetabolismen till enelektron-
vägen via cytokrom P450-reduktas, vilket genererar reaktiva
semikinonradikaler som producerar superoxid, väteperoxid och
hydroxylradikaler genom
redoxcykling | En process där en molekyl upprepade gånger reduceras och sedan återoxideras av syre, vilket genererar en kontinuerlig ström av reaktiva syreföreningar vid varje cykel.
Detta ökar oxidativ stress och förklarar, i samband med
bensenexponering, den ökade sårbarheten för hematotoxicitet.

Evidensen

Proteinstabilitet och aktivitet: Det grundläggande arbetet av
Siegel et al. | Siegel D et al. Rapid polyubiquitination and proteasomal degradation of a mutant form of NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1. Mol Pharmacol, 2001
visade att medan NQO1 av vildtyp kvarstår i celler, blir
Pro187Ser-mutanten snabbt ubikvitinerad och skickad till proteasomen
för nedbrytning. Denna eleganta studie förklarade varför TT-homozygoter har
nästan ingen enzymaktivitet trots normal gentranskription.

Bensentoxicitet: Sambandet mellan NQO1 och bensen fastställdes i
en banbrytande studie av kinesiska arbetare av
Rothman et al. | Rothman N et al. Benzene poisoning, a risk factor for hematological malignancy, is associated with the NQO1 609C>T mutation. Cancer Res, 1997,
som fann 7,6 gånger ökad risk för bensenförgiftning hos arbetare
med TT-genotypen i kombination med CYP2E1-status som ultrasnabb metaboliserare. En efterföljande studie i PNAS visade att TT-homozygoter
integer kan inducera NQO1 som svar på hydrokinonexponering | Moran JL, Siegel D, Ross D. A potential mechanism underlying the increased susceptibility of individuals with a polymorphism in NQO1 to benzene toxicity. PNAS, 1999,
vilket gör att de inte kan mobilisera det normala skyddande enzymatiska svaret.
Ytterligare studier på arbetare exponerade för bensen fann att de med
TT-genotypen som rökte eller drack alkohol hade
8- till 21-faldigt ökad risk för bensenförgiftning | Wan J et al. Association of genetic polymorphisms in CYP2E1, MPO, NQO1, GSTM1, and GSTT1 genes with benzene poisoning. Environ Health Perspect, 2002.

Cancerrisk: En omfattande metaanalys av
92 studier omfattande 21 178 fall och 25 157 kontroller | Lajin B, Alachkar A. The NQO1 polymorphism C609T and cancer susceptibility: a comprehensive meta-analysis. Br J Cancer, 2013
fann ett statistiskt signifikant samband mellan TT-genotypen
och total cancerrisk (OR 1,18, 95 % KI 1,07–1,31). Den starkaste
kopplingen sågs för urinblåsecancer (TT vs CC: OR 1,70, 95 % KI
1,17–2,46). Noterbart var att sambandet var mer uttalat i
kaukasiska populationer (OR 1,28) än i asiatiska populationer, trots
den mycket högre variantfrekvensen hos östasiater.

Bröstcancer och kemoterapi: En
Nature Genetics-studie | Fagerholm R et al. NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1 NQO1*2 genotype (P187S) is a strong prognostic and predictive factor in breast cancer. Nat Genet, 2008
fann att homozygoti för NQO1*2 starkt förutsade sämre överlevnad i
två oberoende serier av patienter med bröstcancer, med särskilt tydlig
påverkan efter antracyklinbaserad kemoterapi. Detta
återspeglar NQO1:s dubbla roll i läkemedelsaktivering och stabilisering av p53.

CoQ10-återbildning: NQO1 är ett av minst fem enzymsystem
som reducerar ubiquinon till dess aktiva antioxidantform, ubiquinol. Hos
individer som saknar funktionellt NQO1 är denna återbildningsväg
nedsatt. Preliminär evidens tyder på att
plasmanivåerna av CoQ10 kan vara lägre hos bärare av NQO1*2 | Ross D, Siegel D. Functions of NQO1 in Cellular Protection and CoQ10 Metabolism. Front Physiol, 2017,
även om större bekräftande studier behövs.

Praktiska implikationer

TT (AA)-genotypen är särskilt relevant för individer med
yrkesmässig kemisk exponering, personer som genomgår kemoterapi och
alla som är intresserade av att optimera antioxidantstatus. Viktiga överväganden:

Kemiska exponeringar: Individer med AA-genotypen bör vara
särskilt försiktiga med exponering för bensen och kinonbildande föreningar.
Bensen finns i bensin, industriella lösningsmedel och
cigarettrök. Att minimera exponeringen är viktigare när kroppen
inte effektivt kan avgifta de resulterande kinonmetaboliterna.

CoQ10-tillskott: Eftersom NQO1 är ett av de viktigaste enzymerna
som återbildar CoQ10 från dess oxiderade form (ubiquinon) till dess reducerade
form (ubiquinol), bör individer med nedsatt NQO1-aktivitet
använda ubiquinolformen av CoQ10 snarare än ubiquinon, eftersom de kan
ha minskad kapacitet att själva göra denna omvandling.

Antioxidantstöd: Utan effektiv kinonavgiftning
utsätts kroppen för högre grundläggande oxidativ stress. Att stödja
andra antioxidantvägar -- genom en kost rik på färgstarka frukter
och grönsaker, samt tillräckligt med selen, vitamin C och vitamin E --
blir viktigare.

Onkologisk relevans: NQO1-genotypen kan vara relevant för
val av kemoterapiläkemedel, särskilt för kinonbaserade medel
och antracykliner. Detta är ett område med aktiv forskning och bör
diskuteras med en onkolog om det är relevant.

Interaktioner

NQO1 interagerar med andra avgiftnings- och antioxidant-
enzymer i fas II. SOD2 (rs4880) omvandlar superoxid till väteperoxid,
medan NQO1 förhindrar superoxidbildning från första början genom att
kringgå semikinonsteget. När både NQO1 och SOD2 är
nedsatta förstärks bördan av oxidativ stress -- NQO1-brist
tillåter mer superoxidbildning, och SOD2-varianter minskar
kapaciteten att neutralisera den.

GSTP1 (rs1695) är ett annat enzym i fas II som konjugerar
reaktiva metaboliter med glutation. Kombinerad nedsättning av NQO1
och GSTP1 kan ytterligare minska kroppens kapacitet att hantera
kinontoxicitet och elektrofila föreningar.

GPX1 (rs1050450) kodar för glutationperoxidas 1, som
neutraliserar väteperoxid. I kombination med förlust av NQO1 skapar
reducerad GPX1-aktivitet en situation där både bildningen av
reaktiva syreföreningar (via kinon-redoxcykling) och deras
eliminering (via peroxidreduktion) är komprometterade.

Den kombinerade effekten av NQO1 TT med CYP2E1-status som ultrasnabb metaboliserare
på bensentoxicitet är väl dokumenterad: CYP2E1
omvandlar snabbt bensen till kinonmetaboliter medan NQO1-brist
förhindrar deras säkra avgiftning, vilket skapar en metabolisk tratt
mot toxicitet.