Che cos'è l'NQO1?

NQO1 è l'acronimo di NAD(P)H deidrogenasi (chinone) 1.

Si tratta di un enzima coinvolto nella protezione delle cellule dallo stress ossidativo, un processo dannoso associato a infiammazioni, invecchiamento, malattie cardiovascolari e cancro.

I livelli di NQO1 prodotti dalle cellule aumentano drasticamente quando queste ultime sono sottoposte a stress ossidativo e ad altre condizioni avverse.

Come vedremo in questo articolo, la capacità di produrre NQO1 è influenzata in modo significativo dalle varianti del gene NQO1.

PUNTI CHIAVE

• L'NQO1 è un enzima che contribuisce a proteggere le cellule dai danni causati dallo stress ossidativo.

Che cos'è lo stress ossidativo?

Abbiamo già affrontato il tema dello stress ossidativo negli articoli dedicati alla SOD2, al rischio di stress ossidativo (Gpx-1) e al consumo energetico (UCP2). Invitiamo i lettori a consultare questi articoli per avere una visione più completa degli aspetti biologici alla base di questo processo.

Per riassumere brevemente, lo stress ossidativo è un processo dannoso causato dall'accumulo nell'organismo di sostanze nocive chiamate radicali liberi e specie reattive dell'ossigeno (ROS).

Il danno cellulare causato dallo stress ossidativo è stato associato all'infiammazione, all'invecchiamento e allo sviluppo del diabete di tipo II, delle malattie cardiovascolari e dei tumori.

PUNTI CHIAVE

• Lo stress ossidativo è un processo in cui le cellule subiscono danni a causa dell'accumulo di radicali liberi nocivi e di specie reattive dell'ossigeno (ROS).

Cosa sono i radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS)?

I radicali liberi sono atomi e molecole che possiedono elettroni spaiati. Ciò li rende altamente reattivi, poiché tendono a cedere o a sottrarre elettroni ad altre molecole presenti nell'organismo, danneggiandole nel processo.

Le specie reattive dell'ossigeno (ROS), come suggerisce il nome, sono molecole altamente reattive contenenti ossigeno. Molte ROS (come l'anione superossido) sono anche radicali liberi: presentano elettroni spaiati (indicati in rosso qui sotto).

Altre ROS (come il perossido di idrogeno) non sono tecnicamente radicali liberi, ma sono comunque altamente reattive.

Essendo altamente reattivi, i radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS) possono danneggiare molecole fondamentali all'interno delle cellule, tra cui i lipidi (come quelli presenti nelle membrane che circondano le cellule), le proteine (tra cui enzimi, recettori e proteine di trasporto) e il DNA.

Sebbene siano sostanze dannose, i radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS) sono in realtà generati da normali processi biologici all'interno dell'organismo. La respirazione cellulare (il processo attraverso il quale produciamo energia chimica), l'attività dei globuli bianchi e le reazioni metaboliche durante l'esercizio fisico generano tutti radicali liberi e ROS.

Fortunatamente, le nostre cellule dispongono di diversi meccanismi di protezione pensati per ridurre i livelli di radicali liberi. Tra questi meccanismi figurano sostanze chiamate antiossidanti.

PUNTI CHIAVE

• I radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS) sono sostanze altamente reattive in grado di danneggiare molecole fondamentali quali lipidi, proteine e DNA.
• I radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS) sono generati da normali processi dell'organismo (ad esempio, la respirazione cellulare).
• Le nostre cellule e i nostri tessuti dispongono di diversi meccanismi di protezione per difendersi dai danni causati dai radicali liberi e dalle specie reattive dell'ossigeno (ROS).

Cosa sono gli antiossidanti?

Gli antiossidanti sono sostanze presenti nell'organismo che neutralizzano, eliminano e/o limitano la produzione di radicali liberi e ROS, impedendo così che causino danni alle cellule.

In linea di massima, esistono due tipi principali di antiossidanti:

• Non enzimatico
• Enzimatico

Antiossidanti non enzimatici

Gli antiossidanti non enzimatici, come suggerisce il nome, non sono enzimi, ma sono in genere sostanze che neutralizzano i radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS), impedendo loro così di reagire con molecole importanti e di danneggiarle.

Ad esempio, antiossidanti come la vitamina C, la vitamina E e l'ubichinone-10 (coenzima Q10) sono in grado di donare un elettrone ai radicali liberi, rendendoli meno reattivi (poiché non hanno più elettroni spaiati). Questa azione è nota come attività"scavenger".

Assumiamo diversi antiossidanti non enzimatici attraverso la nostra alimentazione. Frutta e verdura, ad esempio, sono ricche di antiossidanti quali la vitamina C, la vitamina E, il beta-carotene e il licopene. Inoltre, le nostre cellule dispongono di enzimi che producono e mantengono i livelli di antiossidanti.

Antiossidanti enzimatici

Gli antiossidanti enzimatici sono enzimi che trasformano i radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS) in sostanze meno nocive.

Abbiamo già incontrato due diversi antiossidanti enzimatici nelle caratteristiche precedenti: SOD2(superossido dismutasi 2) e GPx-1 (glutatione perossidasi 1). Questi enzimi aiutano rispettivamente a eliminare gli anioni superossido e il perossido di idrogeno, entrambi ROS potenzialmente dannosi.

Eliminando i radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS), gli antiossidanti enzimatici proteggono le cellule dai danni.

PUNTI CHIAVE

• Gli antiossidanti sono sostanze che neutralizzano ed eliminano i radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS).
• Gli antiossidanti non enzimatici neutralizzano i radicali liberi e comprendono la vitamina C, la vitamina E e il coenzima Q10.
• Gli antiossidanti enzimatici eliminano i radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS) e li trasformano in sostanze meno nocive.

Quali sono le cause dello stress ossidativo?

In condizioni normali, la velocità con cui i radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS) vengono prodotti all'interno dell'organismo è bilanciata dalla loro neutralizzazione ed eliminazione da parte dei nostri sistemi antiossidanti.

Durante lo stress ossidativo, tuttavia, i radicali liberi e le ROS vengono prodotti a un ritmo superiore rispetto a quello con cui vengono neutralizzati ed eliminati dagli antiossidanti. Questo squilibrio porta quindi all'accumulo di radicali liberi e ROS, che causano danni a molecole importanti.

PUNTI CHIAVE

• Lo stress ossidativo è causato da uno squilibrio tra la produzione di radicali liberi e ROS e la loro neutralizzazione ed eliminazione da parte degli antiossidanti.

In che modo l'NQO1 protegge dallo stress ossidativo?

L'NQO1 è un enzima la cui espressione viene aumentata dalle cellule in risposta allo stress ossidativo. Si ritiene che le reazioni catalizzate dall'NQO1 abbiano diversi effetti più ampi che proteggono le cellule dallo stress ossidativo.

Produzione di antiossidanti non enzimatici

Uno dei principali antiossidanti utilizzati dal nostro organismo è l'ubichinone-10 ( noto anche come coenzima Q10).

Gli studi dimostrano che l'enzima NQO1 contribuisce a mantenere livelli elevati di coenzima Q10. Ciò aiuta a neutralizzare i radicali liberi e le specie reattive dell'ossigeno (ROS), prevenendo così il danno cellulare (in particolare alle membrane cellulari lipidiche) causato dallo stress ossidativo.

Un altro potente antiossidante presente nell'organismo è la vitamina E (α-tocoferolo). Se sottoposta all'azione dei radicali liberi, la vitamina E si trasforma in un'altra molecola chiamata vitamina E chinone. Questa molecola non svolge la funzione di antiossidante e quindi non è in grado di proteggere dallo stress ossidativo.

L'NQO1 converte il chinone della vitamina E in un altro derivato della vitamina E chiamato idrochinone della vitamina E. Questa forma svolge una funzione antiossidante e contribuisce quindi a proteggere dai danni causati dai radicali liberi e dallo stress ossidativo.

Agisce come enzima antiossidante

Esistono prove che dimostrano che l'NQO1 agisce direttamente come un tipo di enzima chiamato superossido reduttasi.

Questi enzimi trasformano il superossido (una specie reattiva dell'ossigeno [ROS] dannosa) in perossido di idrogeno, che può essere successivamente convertito in acqua. Riducendo i livelli di superossido nelle cellule, l'NQO1 contribuisce a prevenire lo stress ossidativo.

Riduce la formazione di radicali liberi e ROS

Altri due gruppi di molecole potenzialmente dannose generate da reazioni metaboliche sono i chinoni e i semichinoni ( che si formano dai chinoni).

Questi gruppi di molecole sono in grado di generare specie reattive dell'ossigeno (ROS), causando danni cellulari dovuti allo stress ossidativo. Alcuni chinoni e semichinoni sono inoltre tossici per le cellule in modo più diretto.

L'NQO1 contribuisce a proteggere da questo processo convertendo i chinoni in molecole meno nocive chiamate idrochinoni, che possono poi essere espulse dall'organismo.

Disintossicazione dal benzene

Attraverso un meccanismo simile, l'NQO1 contribuisce anche alla disintossicazione di una sostanza chiamata benzene. Il benzene è un idrocarburo presente nel fumo di tabacco, nei gas di scarico dei veicoli, nelle emissioni industriali e in varie colle, vernici, cere per mobili e detergenti.

Il benzene viene degradato nel fegato, ma può poi essere ulteriormente metabolizzato dalle cellule del midollo osseo in chinoni denominati benzochinoni. Questi sono altamente tossici e l'esposizione a lungo termine ai benzochinoni può provocare alterazioni cancerose nel midollo osseo e nelle cellule del sangue.

L'NQO1 protegge dalla formazione dei benzochinoni, trasformandoli nuovamente in molecole meno nocive come l'idrochinone e il catecolo.

PUNTI CHIAVE

• NQO1 contribuisce a mantenere i livelli di coenzima Q10 e degli antiossidanti correlati alla vitamina E.
• L'NQO1 agisce come enzima contribuendo all'eliminazione degli anioni superossido (un tipo di ROS).
• L'NQO1 impedisce l'accumulo di molecole chiamate chinoni e semichinoni, che possono generare radicali liberi e ROS.
• L'NQO1 contribuisce a prevenire la formazione di prodotti di degradazione tossici del benzene.

In che modo le varianti del gene NQO1 influenzano l'attività dell'enzima NQO1?

L'enzima NQO1 è codificato dal gene NQO1.

Un SNP (polimorfismo a singolo nucleotide) all'interno del gene NQO1 (contrassegnato dal codice rs1800566) dà origine a due diverse varianti o "alleli": l'allele "C" e l'allele "T".

Alcuni studi indicano che le persone che ereditano due copie dell'allele «T» (ovvero quelle con genotipo TT) presentano livelli praticamente pari a zero dell'enzima NQO1. Di conseguenza, l'attività dell'enzima NQO1 risulta notevolmente ridotta e, pertanto, la loro protezione contro lo stress ossidativo potrebbe essere meno efficace.

Si ritiene che circa il 4% dei caucasici presenti il genotipo TT e, di conseguenza, un'attività dell'NQO1 estremamente ridotta.

Si ritiene che questa drastica riduzione dei livelli e dell'attività dell'enzima NQO1 sia dovuta all'allele «T», che codifica una proteina NQO1 che viene rapidamente degradata nell'organismo.

Alcuni studi dimostrano inoltre che le persone con genotipo TT potrebbero essere maggiormente a rischio di danni cellulari causati dall'esposizione al benzene.

PUNTI CHIAVE

• Lo SNP rs1800566 dà origine a due varianti del gene NQO1: «C» e «T».
• L'eredità di due copie della variante "T" (genotipo TT) è associata a un'attività enzimatica della NQO1 praticamente nulla.
• Le persone con genotipo TT sono maggiormente esposte al rischio di stress ossidativo e di danni causati dall'esposizione al benzene.

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