NQO1-Gen

Das NQO1-Gen (NAD(P)H Chinon-Dehydrogenase 1) kodiert für das gleichnamige Enzym NQO1, das eine zentrale Rolle im zellulären Redoxhaushalt und bei der Bioaktivierung von Chinonverbindungen spielt. Das Gen ist auf Chromosom 16 an der Position q22.1 (langer Arm des Chromosoms) lokalisiert und umfasst etwa 20.000 Basenpaare. Das von NQO1 codierte Enzym ist ein zytosolisches Flavoprotein, das FAD (Flavin-Adenin-Dinukleotid) als prosthetische Gruppe benötigt und unter Verbrauch des Reduktionsäquivalents NADH oder NADPH arbeitet.

Die Reduktion von Ubichinon zu Ubichinol stellt einen zentralen biochemischen Vorgang dar, der sowohl für die mitochondriale Energieproduktion als auch für den Schutz vor oxidativem Stress von entscheidender Bedeutung ist. Coenzym Q10, auch als Ubichinon bezeichnet, ist ein Chinonmolekül mit einem lipophilen Seitenkettenrest, der es ihm ermöglicht, sich in biologischen einzulagern. Dort übernimmt es im Rahmen der Atmungskette die Funktion eines mobilen Elektronenträgers und pendelt zwischen oxidierter (Ubichinon) und reduzierter (Ubichinol) Form. Die Fähigkeit, zwischen diesen beiden Redoxzuständen zu wechseln, ist die Grundlage seiner biologischen Wirksamkeit. Der Umwandlungsprozess von Ubichinon in Ubichinol erfolgt über die Übertragung von zwei Elektronen und zwei Protonen auf den aromatischen Chinonring. Diese Reaktion wird unter physiologischen Bedingungen hauptsächlich durch das Enzym NAD(P)H Chinon-Dehydrogenase 1, kurz NQO1, katalysiert. Im ersten Schritt reduziert NAD(P)H das FAD im aktiven Zentrum des Enzyms zu FADH₂. Diese reduzierte Form des Flavins überträgt anschließend zwei Elektronen auf Ubichinon. Parallel dazu werden zwei Protonen aus dem zellulären Milieu aufgenommen, sodass letztlich Ubichinol, die vollständig reduzierte, antioxidativ wirksame Form des Moleküls, entsteht. Besonders bemerkenswert an diesem Prozess ist, dass NQO1 eine sogenannte zweielektronische Reduktion vermittelt. Das bedeutet, dass Ubichinon in einem einzigen, koordinierten Reaktionsschritt zu Ubichinol überführt wird, ohne dass eine instabile Zwischenform, das sogenannte Semichinon-Radikal, entsteht. Diese Reduktionsstrategie ist ein hochentwickelter zellulärer Schutzmechanismus: Würde die Reduktion über eine einzelektronische Übertragung ablaufen, wie sie z. B. durch Cytochrom-P450-Reduktasen erfolgen kann, entstünde ein Semichinon-Radikal. Dieses kann in Anwesenheit von molekularem Sauerstoff Superoxid-Radikale bilden, die zu oxidativem Stress, Lipidperoxidation und mitochondrialer Dysfunktion führen. Durch die kontrollierte zweielektronische Reaktion verhindert NQO1 die Bildung solcher reaktiven Zwischenprodukte und schützt die Zelle gezielt vor radikalvermittelten Schädigungen. Das entstehende Ubichinol verbleibt in der Membran und übernimmt dort seine antioxidativen Aufgaben. Es ist in der Lage, freie Radikale, insbesondere Lipidperoxid-Radikale, zu neutralisieren und so die Kettenreaktionen der Lipidperoxidation zu unterbrechen. Dabei wird Ubichinol selbst wieder zu Ubichinon oxidiert, sodass ein kontinuierlicher Redoxzyklus entsteht. Die Wiederherstellung der reduzierten Form, also die erneute Reduktion zu Ubichinol, ist notwendig, um die Schutzfunktion aufrechtzuerhalten. Dieser Kreislauf läuft unter physiologischen Bedingungen fortwährend ab und ist in Phasen erhöhten oxidativen Stresses oder hoher mitochondrialer Aktivität besonders ausgeprägt.

Störungen im NQO1-System – etwa durch Veränderungen in der Genaktivität oder funktionelle Einschränkungen auf Enzymebene – können weitreichende Auswirkungen haben, darunter eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber oxidativen Zellschäden, eine verringerte Wirksamkeit von Coenzym Q10 in der Nahrungsergänzung sowie eine gestörte Regulation von zellulären Entgiftungsvorgängen. Entsprechend nimmt NQO1 eine Schlüsselfunktion in der funktionellen Zellbiologie und der personalisierten Mikronährstoffversorgung ein.

Relevante Genvarianten

Damit Ubichinon im Körper zuverlässig in die biologisch aktive, antioxidativ wirksame Form Ubichinol umgewandelt werden kann, ist die Aktivität des Enzyms NQO1 (NAD(P)H Chinon-Dehydrogenase 1) von zentraler Bedeutung. Das von NQO1 codierte Enzym ist dafür verantwortlich, Ubichinon unter Verbrauch von NADH oder NADPH zweielektronisch zu reduzieren, ein hochregulierter Vorgang, der entscheidend dafür ist, dass Coenzym Q10 seine antioxidativen Schutzfunktionen überhaupt erfüllen kann. Diese enzymatische Umwandlung erfolgt sicher und effizient nur dann, wenn die Struktur des Enzyms intakt ist. Eine genetische Veränderung im NQO1-Gen, insbesondere am Einzelnukleotid-Polymorphismus (SNP) rs1800566, kann die Funktionsfähigkeit dieses Schutzmechanismus erheblich beeinflussen. Bei diesem SNP wird die Base Guanin (G) durch Adenin (A) ausgetauscht, was zu einer Veränderung der Aminosäuresequenz führt: Anstelle von Prolin wird an einer bestimmten Stelle im Enzym Serin eingebaut. Dieser Austausch kann die dreidimensionale Struktur und Stabilität des Enzyms verändern, mit teils deutlichen Auswirkungen auf dessen Aktivität.

Im Rahmen der Genanalysen von NovoMedic kann durch die Bestimmung des NQO1-Genotyps (G/G, G/A oder A/G und A/A) die individuelle Veranlagung zur Umwandlungsfähigkeit von Ubichinon zu Ubichinol erfasst werden. Beim häufigsten Genotyp G/G, der in etwa 51 % der Bevölkerung vorkommt, liegt die ursprüngliche, funktionell intakte Enzymstruktur auf beiden Allelen vor. Die Dehydrogenase arbeitet hier voll funktionsfähig. Das bedeutet: Ubichinon kann effizient in Ubichinol überführt werden, wodurch sowohl die antioxidative Kapazität als auch die Bioverfügbarkeit von Coenzym Q10 optimal sichergestellt sind. Bei der heterozygoten Genvariante G/A oder A/G, die etwa 40 % der Bevölkerung tragen, ist eines der beiden Allele verändert. Die Folge ist in der Regel eine verringerte Stabilität und reduzierte Aktivität des Enzyms, was zu einer verminderten Reduktionsrate von Ubichinon zu Ubichinol führen kann. Personen mit dieser Variante können Coenzym Q10 aus oxidierten Quellen weniger effizient aktivieren. Insbesondere bei erhöhtem Bedarf (z. B. bei oxidativem Stress, erhöhter körperlicher Belastung oder mitochondrialer Dysfunktion) empfiehlt sich in diesen Fällen die gezielte Zufuhr von Ubichinol, also der bereits reduzierten Form, um die volle Wirksamkeit sicherzustellen. Bei der Genvariante A/A, die etwa 9 % der Bevölkerung betrifft, liegt die Veränderung auf beiden Allelen vor. In diesem Fall ist die enzymatische Aktivität von NQO1 stark eingeschränkt oder vollständig aufgehoben. Das bedeutet: Der Körper ist kaum in der Lage, Ubichinon in die antioxidativ aktive Form Ubichinol umzuwandeln. Die Folge kann eine eingeschränkte antioxidative Kapazität, ein erhöhtes Risiko für oxidative Zellschäden und eine geringere Wirksamkeit von Ubichinon-haltigen Nahrungsergänzungsmitteln sein. Betroffene Personen sollten auf eine gezielte Zufuhr von Ubichinol achten, um eine direkte Verfügbarkeit der aktiven Form sicherzustellen. Darüber hinaus kann es sinnvoll sein, den körpereigenen Reduktionsstatus mit unterstützenden Mikronährstoffen wie NADH, Vitamin C, Selen oder Glutathion zu fördern.