Bruhn, Claudia: Untersuchungen zum genetischen Polymorphismus der humanen Biotransformationsenzyme Glutathion-S-Transferase T1-1 und Arylamin-N-Acetyltransferase 1

3

Kapitel 2. Literaturübersicht

2.1 Glutathion-S-Transferasen

2.1.1 Allgemeine Struktur und Nomenklatur der Glutathion-S-Transferasen

Bei den Glutathion-S-Transferasen (GSTs; EC 2.5.1.18) handelt es sich um die in vielen Spezies verbreiteten Produkte einer Supergenfamilie, die beim Menschen in nahezu allen Zellen vorkommen und an einer Vielzahl von biologischen Prozessen beteiligt sind. Es sind dimere Proteine mit einem Molekulargewicht im Bereich
23 000 - 27 000 Dalton pro Untereinheit, wobei zwei gleiche (homodimeres Enzym) oder zwei verschiedene Untereinheiten (heterodimeres Enzym) kombiniert sein können. Es existiert für jede Untereinheit ein komplettes, unabhängiges aktives Zentrum, bestehend aus einer Bindungsstelle für Glutathion (G-site), einer benachbarten hydrophoben Bindungsstelle für das elektrophile Substrat
(H-site) und einer Liganden-Bindungsstelle (L-site). Die G-site befindet sich in der N-terminalen Domäne der Untereinheit mit á,â-Faltblattstruktur und besteht aus ca. 80 Aminosäuren. Die ca. 150 Aminosäuren umfassende H-site ist in der C-terminalen, á-helikalen Domäne der Untereinheit gelegen (Wilce et al., 1995). Die heute bekannten humanen zytosolischen GST-Isoenzyme werden nach ihrer Struktur sowie ihren immunologischen und enzymatischen Eigenschaften in die Klassen Alpha, Mu, Pi, Theta und Zeta eingeteilt. Die ebenfalls löslichen Isoenzyme der Klasse Sigma wurden bisher nur in Tintenfischen nachgewiesen (Harris et al., 1991). Die Isoenzyme einer weiteren Klasse, mit Kappa bezeichnet, liegen in der Rattenleber offenbar mitochondrial gebunden vor. Mit Hilfe von Gendatenbanken wurde ein humanes homologes Enzym nachgewiesen (Pemble et al., 1996). Daneben sind an Membranen des endoplasmatischen Retikulums gebundene, sogenannte mikrosomale GSTs, beschrieben worden, die offenbar keine Sequenzhomologie zu den zytosolischen Formen aufweisen (DeJong et al., 1988). Innerhalb einer Klasse besteht in der Regel eine Homologie der Aminosäuresequenzen der Enzyme von mindestens 70%, zwischen zwei Klassen liegt sie unter 30% (Wilce et al., 1995).


4

Mannervik et al. formulierten 1992 erstmalig einheitliche Nomenklatur-Regeln für humane GSTs. Danach werden die Gene in kursiver, die Proteine in normaler Schreibweise bezeichnet. Die Zugehörigkeit zu einer Klasse wird durch einen Großbuchstaben (z. B. T für Theta) angegeben, die Untereinheiten werden mit arabischen Ziffern bezeichnet (z. B. GSTT1-1). Für die mikrosomalen GSTs werden römische Zahlen verwendet (z. B. mGST-I). Wurden für einen Genort, wie dies beispielsweise bei der GST Mu der Fall ist, verschiedene Allele nachgewiesen, so werden diese durch einen Stern hinter der Genbezeichnung und Großbuchstaben kenntlich gemacht (GSTM1*A). Bei der Bezeichnung der entsprechenden Enzyme verwendet man Kleinbuchstaben (GSTM1a-1b). Bei der Bezeichnung des Genotyps werden die beiden Allele durch einen Schrägstrich voneinander getrennt (z. B. GSTM1*A/B), bei der Bezeichnung des Phänotyps durch Komma (GSTM1 A,B). Tab. 1 gibt einen Überblick über die bisher beschriebenen humanen GST-Isoenzyme sowie die Lokalisation der entsprechenden Gene.

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Tab. 1: Nomenklatur und Einteilung der humanen Glutathion-S-Transferasen (nach Mannervik
et al., 1992).

Klasse

Bezeichnung des Gens

Chromosom

Bezeichnung des Isoenzyms

Literatur

Alpha (A)

GSTA1

6p12

GSTA1-1

Board and Webb, 1987
Tu and Qian, 1987

 

GSTA2

6p12

GSTA2-2

Stockmann et al., 1987
Rhoads et al., 1987

 

GSTA3

a

GSTA3-3

Suzuki et al., 1993
Board, 1998

 

GSTA4

a

GSTA4-4

Singhal et al., 1994
Board, 1998

Mu (M)

GSTM1

1p13

GSTM1a-1a

DeJong et al., 1988a Ross et al., 1993

 

 

 

GSTM1b-1b

Seidegard et al., 1987 Hayes et al., 1989

 

 

 

GSTM1a-1b

Widersten et al., 1991

 

GSTM2

1p13

GSTM2-2

Vorachek et al., 1991 Suzuki et al., 1987

 

GSTM3

1p13

GSTM3-3

Campbell et al., 1990

 

GSTM4

1p13

GSTM4-4

Comstock et al., 1993 Ross et al., 1993
Zhong et al., 1993

 

GSTM5

1p13

GSTM5-5

Takahashi et al., 1993 Pearson et al., 1993

Pi (P)

GSTP1

11q13

GSTP1-1

Board et al., 1989
Kano et al., 1987

Theta (T)

GSTT1

22q11.2

GSTT1-1

Meyer et al., 1991
Pemble et al., 1994
Webb et al., 1996

 

GSTT2

22q11.2

GSTT2-2

Hussey and Hayes, 1992 Tan et al., 1995

Kappa (K)

GSTK1

a

GSTK1-1

Pemble et al., 1996

Zeta (Z)

GSTZ1

14q24.3

GSTZ1-1

Board et al., 1997 Blackburn et al., 1998

mikrosomale GST

mGST-I
mGST-II
mGST-III

12
4q28.31
1q23

mGST-I
mGST-II
mGST-III

Mosialou et al., 1993
Jakobsson et al., 1996
Jakobsson et al., 1997

a noch nicht beschrieben.


6

2.1.2 Reaktionen und Substrate der Glutathion-S-Transferasen

GSH-Konjugation

Glutathion-S-Transferasen katalysieren die Konjugation elektrophiler Substrate mit dem Tripeptid ã-Glutamylcysteinylglycin (Glutathion, GSH, 1).

(1)

GSH enthält eine nucleophile Thiolgruppe im Cysteinteil, mit der einige elektrophile Substanzen bereits nichtenzymatisch reagieren können, allerdings langsamer als in Gegenwart einer GST (Hallier et al., 1990, Satoh, 1995). Die Thiol-Gruppe des enzymatisch gebundenen Glutathions liegt zum größten Teil ionisiert vor. Für diese Aktivierung zu dem bedeutend nucleophileren Thiolat-Anion wird bei den GSTs der Klasse Alpha ein Arginin-Rest (Arg15), bei GSTs der Klassen Mu und Pi ein Tyrosin-Rest nahe des N-Terminus verantwortlich gemacht. Er liegt bei physiologischem pH partiell dissoziiert vor und kann demzufolge das Proton von der Thiolgruppe übernehmen (Tan et al., 1995). Röntgenstrukturanalysen haben ergeben, dass bei der GST Theta die Funktion der GSH-Aktivierung wahrscheinlich von einem Serin-Rest (Ser11) der GSH-Bindungsstelle übernommen wird (Wilce et al., 1996).

Die entstandenen GSH-Konjugate werden häufig durch ã-Glutamyl-Transpeptidase und Cystein-Glycinase zu Cysteinkonjugaten gespalten und anschließend durch N-Acetyltransferasen zu den als Mercaptursäuren bezeichneten N-Acetyl-S-Cysteinkonjugaten acetyliert ( Schema 1 ). Diese hydrophilen Verbindungen können über Niere oder Leber ausgeschieden werden. Während o.g. Reaktionsfolge als Entgiftungsweg anzusehen ist, führt die durch Cystein-ß-Lyasen katalysierte Biotransformation der Cystein-Konjugate (häufig zu den Phase-III-Reaktionen gerechnet) zu toxisch reaktiven Metaboliten. Ausgehend von den aus GSH-Konjugaten gebildeten Cystein-Konjugaten werden dabei durch


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Spaltung der Bindung zwischen dem ß-C-Atom des Cysteins und dem S-Atom in der Regel instabile, reaktive Thiolmetaboliten sowie Pyruvat und Ammoniak gebildet. Cystein-ß-Lyasen kommen vor allem in der Leber, der Niere und in den Darmbakterien vor. Die Nierentoxizität von polyhalogenierten Alkanen ist beispielsweise durch die Aktivierung über den Cystein-ß-Lyase-Weg erklärbar. Dabei erfolgt nach GSH-Konjugation und Mercaptursäure-Bildung in der Leber eine Deacetylierung der Verbindungen. Die entstandenen Cysteinkonjugate werden durch die renale Cystein-ß-Lyase zu den elektrophilen Vinylthiolen gespalten, die mit der DNA reagieren. Dieser Weg dürfte u.a. auch für das erhöhte Auftreten von Nierenkarzinomen bei Trichlorethenexposition verantwortlich sein (Brüning et al., 1997). Bei einigen Arzneistoffen (z. B. Carbamazepin, Coffein, Paracetamol, Phenacetin, Propranolol) wird ein Mechanismus der „Methylthiolierung“ diskutiert. Dabei schließt sich an die Spaltung des Cysteinkonjugats durch die Cystein-ß-Lyase eine Methylierung der Thiolgruppe an. Für halogenierte Alkane (z. B. Dibromethan) ist die direkte Bildung toxischer Konjugate nachgewiesen worden (van Bladeren et al., 1988). Aus den entsprechenden Glutathion-Konjugaten bilden sich reaktive Episulfonium-Ionen, die an die DNA, bevorzugt in der N7- Position des Guanins, binden können (siehe Schema 2 ).

8

Schema 1: Entgiftung und metabolische Aktivierung bei der GST-vermittelten Konjugation elektrophiler Substrate mit GSH.


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Schema 2: Metabolische Aktivierung von Dibromethan durch Bildung eines Episulfonium-Ions über den GSTT1-1-Weg und Bindung an die DNA in N7-Position des Guanins (nach Hengstler et al., 1998).

Reduktion

Viele GST-Isoenzyme besitzen eine Peroxidase-Aktivität. Durch Übertragung von Elektronen aus dem Thiolat-Anion des Glutathions werden die Substrate zu den entsprechenden Alkoholen reduziert. Es sind z. B. Reaktionen mit DNA- und Phospholipid-Hydroperoxiden und 4-Hydroxyalkenalen beschrieben worden (Ketterer and Meyer, 1989, Singhal et al., 1992, 1994). Die 4-Hydroxyalkenale werden als hochtoxische Endprodukte der Lipidperoxidation angesehen (Jensson et al., 1986). Glutathion-S-Transferasen können daher dem durch die Lipidperoxidation vermittelten oxidativen Stress entgegenwirken.

Nichtkatalytische Bindungs- und Transportfunktion

Glutathion-S-Transferasen verfügen über eine als L-site bezeichnete Liganden-Bindungsstelle. Diese „nichtkatalytische“ Bindungsregion besitzt eine hohe Affinität zu einer Reihe von hydrophoben Substanzen wie Bilirubin, Häm, Dexamethason und polycyclischen Kohlenwasserstoffen. Aufgrund dieser Eigenschaft wurden die Glutathion-S-Transferasen der Leber als „Ligandin“ bezeichnet, bevor man ihre enzymatische Aktivität entdeckte. Durch die Bindung kann die Toxizität von Substanzen verringert werden (Litwack, et al., 1971, Arias et al., 1976, Jacoby, 1978, Bhargava et al., 1980, Homma et al., 1985).

Substrate

Zu den endogenen Substraten der Glutathion-S-Transferasen zählt man verschiedene Produkte des oxidativen Stoffwechsels ( Tab. 2 ). In vitro Studien belegen eine Beteiligung von GSTs an der Umsetzung von zahlreichen


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Arzneistoffen und deren Metaboliten sowie karzinogenen und toxischen Substanzen in Nahrungsmitteln, Pestiziden und aus industriellen Herstellungsprozessen. Tab. 2 zeigt eine Auswahl von Substraten der humanen GSTs der Klassen Alpha, Mu und Pi. Eine Tab. mit spezifischen Substraten von GSTT1-1 ist in Kapitel 2.1.4 enthalten.

Tab. 2: Ausgewählte Substrate der humanen GST-Isoenzyme der Klassen Alpha, Mu und Pi.

Substrat

Bedeutung

Isoenzym

Literatur

Endogene Substanzen

Leukotrien A4

Arachidonsäure-abbau

GSTA, GSTM, GSTP

Söderström et al., 1985

DNA-Hydroperoxide


Produkte des oxidativen Stoffwechsels

GSTA, GSTM, GSTP

Ketterer and Meyer, 1989

4-Hydroxynonenal

GSTA, GSTM, GSTP

Singhal et al., 1994

Linolsäure-hydroperoxid

GSTA4

Singhal et al., 1994

Arzneimittel und -metaboliten

Acrolein (Propenal)

Spaltprodukt von Zytostatika (z.B. Cyclophosphamid, Ifosfamid)

GSTP1

Berhane et al., 1994
Dirven et al., 1995

N-Acetyl-p-benzochinonimin

Paracetamol-Metabolit

GSTA1, GSTA2, GSTP

Ketterer and Taylor, 1990

á-Bromisovaleryl-harnstoff

Hypnotikum

GSTA1, GSTA2, GSTM1, GSTM2

Ketterer and Taylor, 1990

Cyclophosphamid

Zytostatikum

GSTA1

Dirven et al., 1994

Chlorambucil

Zytostatikum

GSTA1, GSTA2

Ciaccio et al., 1990, 1991

Ethacrynsäure

Diuretikum

GSTA1, GSTA2, GSTM1, GSTP1

Ploemen et al., 1993

Ifosfamid

Zytostatikum

GSTP1

Dirven et al., 1995a

Nitroglycerin

Vasodilatans

GSTA, GSTM

Tsuchida et al., 1990

Thiotepa

Zytostatikum

GSTA1, GSTP1

Dirven et al., 1995b

Karzinogene und Toxine

Aflatoxin B1-8,9-epoxid

Karzinogen

GSTM

Raney et al., 1992

Benz[a]pyren-4,5-oxid

Karzinogen

GSTM1, GSTP1

Warholm et al., 1981

DETBa

Benz(a)pyren-Metabolit

GSTA,GSTM, GSTP

Robertson et al., 1986

a DETB: 7,8-Dihydroxy-9,10-epoxy-7,8,9,10-tetrahydrobenz(a)pyren


11

2.1.3 Inhibitoren der Glutathion-S-Transferasen mit Bedeutung für die Modulation der Zytostatikaresistenz

Ein großes Problem bei der Chemotherapie maligner Erkrankungen ist die Entwicklung von Resistenzen gegen die eingesetzten Arzneistoffe. Die molekularen Mechanismen, die zu einer Resistenz führen, sind heute noch nicht vollständig aufgeklärt. Auch Glutathion-S-Transferasen sind an der Entstehung von Zytostatika-Resistenzen beteiligt. Folgende Mechanismen wurden bisher erkannt (Waxman, 1990, Ishikawa and Akimaru, 1996):

An letztgenanntem Mechanismus ist offenbar eine membranständige, ATP-abhängige Efflux-Pumpe (GS-X pump) beteiligt, die auch im physiologischen Stoffwechsel eine Rolle beim Transport verschiedener GSH-Konjugate (z. B. Leukotrien C4) spielt. Es konnte nachgewiesen werden, dass dieses Protein in Cisplatin-resistenten Zellen überexprimiert ist (Ishikawa and Akimaru, 1996). Der Mechanismus ist vergleichbar mit der verstärkten Eliminierung von Zytostatika aus Tumorzellen durch das Membranprotein P-Glykoprotein. Die Überexpression dieses Proteins in Tumorzellen wird für die sogenannte multidrug-resistance verantwortlich gemacht (Gottesman and Pastan, 1988, Endicott and Ling, 1989).

In verschiedenen Tumoren sowie Tumorzellllinien wurde eine isoenzymspezifische Überexpression von Glutathion-S-Transferasen nachgewiesen. Beispielsweise sind an der Resistenzentwicklung gegen die alkylierenden Zytostatika Melphalan und Cisplatin GSTs der Klasse Alpha beteiligt, während für die verstärkte Elimination von Doxorubicin und Ifosfamid aus Tumorzellen Klasse-Pi-GSTs


12

verantwortlich gemacht werden (Waxmann, 1990, Mulders et al., 1995, Dirven
et al., 1995). Eine Überexpression von GSTs der Klasse Theta in Tumorzellen ist bisher noch nicht beschrieben worden.

Ein möglicher Ansatz zur Verhinderung der Resistenzentwicklung gegen Zytostatika ist die Modulation der GST-Aktivität bzw. der GSH-Spiegel während der Chemotherapie. Folgende Strategien können angewendet werden:

Verminderung der intrazellulären GSH-Konzentration. Eine starke Verminderung der intrazellulären GSH-Konzentration kann durch Behandlung mit Buthioninsulfoxim, einem irreversiblen Inhibitor des GSH-Biosynthese-Enzyms
ã-Glutamyl-Cystein-Synthetase, erreicht werden. In einer präklinischen Studie wurden damit die GSH-Spiegel in Ovarialtumor-Gewebe bis auf 5 % des ursprünglichen Gehalts verringert, während in anderen Geweben (z. B. Knochenmark) die Reduktion der GSH-Konzentration nur bis auf 20% erfolgte (Ozols et al., 1987).

Hemmung der GST-Aktivität. Bei in vitro-Studien mit Tumorzelllinien sowie ersten klinischen Studien wurde versucht, die GST-Aktivität durch Inhibitoren wie beispielsweise Ethacrynsäure, Piriprost und Sulfasalazin zu verringern (Egyhazi
et al., 1997, Tew et al., 1988, LaCreta et al., 1994, Gupta et al., 1995). Idealerweise sollten ausschließlich die in den Tumorzellen überexprimierten Isoenzyme gehemmt werden und die Aktivität der übrigen GSTs erhalten bleiben. Die Ergebnisse der bisherigen Studien mit Modulatoren der GST-Aktivität bei der Chemotherapie maligner Erkrankungen sind jedoch noch nicht zufriedenstellend, so dass die Suche nach wirksamen, d.h. isoenzymspezifischen Hemmstoffen fortgesetzt wird. Dabei gibt es prinzipiell zwei verschiedene Wege. Einerseits können diese Inhibitoren durch ein Screening verschiedener Substanzen empirisch gefunden werden. Andererseits ist ein rationaler Ansatz möglich, wobei gezielt von bestimmten Leitstrukturen ausgegangen wird.

Die von Kunze (1996) synthetisierten Substanzen wurden nach einem rationalen Ansatz entwickelt. Es sind Peptidanaloga des Glutathions, die anstelle der CH2SH-Gruppe im Cysteinteil des Glutathions eine Phosphonsäureester-Gruppierung enthalten (2).


13

(2)

Diese potentiellen Inhibitoren könnten ihre Hemmwirkung durch folgende zwei Mechanismen entfalten:

Kinetische Untersuchungen mit Isoenzymen aus humaner Plazenta und Schweinegeweben ergaben, dass die Phosphono-Analoga des Glutathions bei GST-Isoenzymen der Klasse Alpha eine kompetitive Hemmwirkung und bei Isoenzymen der Klassen Mu und Pi eine überwiegend nicht-kompetitive Hemmwirkung gegenüber Glutathion ausüben können. Somit stellen diese Substanzen potentielle Modulatoren für die Beeinflussung der Zytostatikaresistenz dar (Kunze, 1996).

2.1.4 Erkenntnisstand zu Glutathion-S-Transferasen der Klasse Theta

RNA-, DNA- und Proteinebene

Es wird angenommen, dass die GSTs der Klasse Theta die evolutionären Vorläufer der Klassen Alpha, Mu, Pi und Sigma sind, während die GST Kappa wiederum der Vorläufer von GST Theta sein könnte. Phylogenetische Studien haben das Vorkommen von GST Theta-verwandten Enzymen nicht nur bei Säugern, sondern auch bei Fischen, Pflanzen, Insekten, Hefen, Pilzen und Bakterien nachgewiesen (Pemble et al., 1992). Zwischen der humanen GSTT1-1


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und der GST5-5 der Ratte identifizierten Pemble et al. (1994) eine Homologie von 82% auf der DNA-Ebene und eine Übereinstimmung der Aminosäuresequenzen von 80%. Im Gegensatz dazu stimmen die Aminosäuresequenzen der beiden bisher bekannten humanen GSTs der Klasse Theta, GSTT1-1 und GSTT2-2, nur zu 55% überein (Tan et al., 1995).

Die Gene GSTT1 und GSTT2 wurden auf Chromosom 22 (22q11.2) mit einem Abstand von etwa 50 kb identifiziert. Sie bestehen aus fünf Exons und einer übereinstimmenden Exon-Intron-Struktur. Die proteinkodierende Region von GSTT1 umfasst 720 bp, die von GSTT2 732 bp (Pemble et al., 1994, Tan et al., 1995). Coggan et al. (1998) identifizierten ein GSTT2-Genduplikat, das wahrscheinlich ein Pseudogen (GSTT2P) darstellt. Mittels in situ-Hybridisierung wurde die Verteilung der mRNA von GSTT1 in Leber- und Lungengeweben untersucht. In der Leber war mit dieser Technik eine gleichmäßige Verteilung der mRNA im gesamten Gewebe sichtbar. In der Lunge konnte die mRNA in den Clara-Zellen und in den Flimmerepithelzellen am Übergang zwischen Bronchiolen und Alveolen detektiert werden (Mainwaring et al., 1996).

Das Genprodukt von GSTT1 umfasst 239, das von GSTT2 244 Aminosäuren (Pemble et al., 1994, Tan et al., 1995). Die Isoenzyme der Klasse Theta unterscheiden sich charakteristisch von denen der anderen GST-Klassen. Sie zeigen keine Aktivität mit dem Standardsubstrat 1-Chloro-2,4-dinitrobenzol (Habig et al., 1981), auch bezüglich der Affinität zu anderen Substraten unterscheiden sie sich grundlegend von anderen GSTs (siehe unten). GST Theta-Isoenzyme lassen sich nicht mittels Affinitätschromatografie an GSH- oder S-hexyl-GSH-haltige Matrizes binden. Eine mögliche Ursache dafür besteht darin, dass das aktive Zentrum der GST Theta in einer V-förmigen Tasche des Proteins liegt, die tiefer ist als bei anderen GSTs (Wilce et al., 1996). Die Isolierung einer humanen GST der Klasse Theta gelang erstmalig Meyer et al. (1991) aus dem Zytosol von Leberzellen. Eine GSTT1-1-Aktivität in Erythrozyten wurde zum ersten Mal von Schröder et al. (1992) gefunden. Desweiteren wurde die Aktivität des Isoenzyms in Geweben von Lunge, Herz, Niere, Gehirn, Skelettmuskulatur, Dünndarm, Dickdarm, Magen und Milz nachgewiesen (Mainwaring et al., 1996, Juronen et al., 1996, de Bruin et al., 1999). GSTT2-2 wurde erstmalig 1992 von Hussey und


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Hayes aus Humanleber isoliert. Eine Induzierbarkeit der humanen GSTT1-1 konnte noch nicht nachgewiesen werden; das homologe Isoenzym der Rattenleber (GSTT5-5) war durch Indol-3-carbinol, Cumarin und Phenobarbital induzierbar (Sherratt et al., 1998).

Substrate

Die Glutathion-S-Transferasen der Klasse Theta besitzen eine Affinität zu halogenierten Kohlenwasserstofffen und Epoxiden, die als Substrate für GSTs anderer Klassen kaum relevant sind. In Tab. 3 sind die mittleren Reaktionsgeschwindigkeiten der Umsetzung einiger spezifischer GSTT1-1-Substrate angegeben. Über spezifische Substrate von GSTT2-2 ist bisher relativ wenig bekannt. Das Enzym besitzt eine Aktivität gegenüber Cumylhydroperoxid,
t-Butylhydroperoxid, Menaphtylsulfat und Ethacrynsäure. Im Unterschied zu GSTT1-1 war keine Umsetzung von 1,2-Epoxy-3-(p-nitrophenoxy)propan nachweisbar. Dichlormethan ist nach bisherigen Erkenntnissen kein Substrat von GSTT2-2 (Tan et al., 1996).

Tab. 3: Mittlere Reaktionsgeschwindigkeiten der Umsetzung spezifischer Substrate der GSTT1-1; Untersuchungsobjekt: humane Erythrozyten.

Substrat

Reaktionsgeschwindigkeit

Literatur

Methylchlorid

2,3 nmol/min·1,5·1010 Erythrozyten

Hallier et al., 1990

 

2,6 nmol/min·1,5·1010 Erythrozyten

Peter et al., 1989

Methylbromid

19 nmol/min·1,5·1010 Erythrozyten

Hallier et al., 1990

 

21 nmol/min·106 Erythrozytena

Thier et al., 1999a

Methyliodid

4,3 nmol/min·1,5·1010 Erythrozyten

Hallier et al., 1990

Dichlormethan

180 pmol/min·mg Hba

Hallier et al., 1994

Ethylendibromid

1,8 pmol/min·mg Protein

Ploemen et al., 1995

Ethylenoxid

= 30 nmol/min·ml Lysat

Thier et al., 1999a

Propylenoxid

= 60 nmol/min·ml Lysat

Thier et al., 1999a

1,2-Epoxy-3-(p-nitro-phenoxy)propan

28 pmol/min·mg Protein

Ploemen et al., 1995

a Vmax


16

Bedeutung von Dichlormethan

Das in der vorliegenden Arbeit als Substrat zur Phänotypisierung der Probanden hinsichtlich GSTT1-1 verwendete Dichlormethan wird in der Farbenindustrie, zur Aerosolherstellung und vor allem als Lösungsmittel breit angewendet. Dichlormethan kann auf zwei Wegen verstoffwechselt werden (siehe Schema 3 ). Bei der Cytochrom P450-vermittelten Biotransformation wird durch oxidative Dehalogenierung ein Formylchlorid-Zwischenprodukt (HCOCl) gebildet, welches rasch zu Kohlenmonoxid und Chlorid zerfällt. In Untersuchungen mit Rattenlebermikrosomen (Pankow et al., 1994) und perfundierter Rattenleber (Kim et al., 1996) wurde diese Umsetzung überwiegend durch CYP2E1 katalysiert. Beim Biotransformationsweg über GSTT1-1 entsteht zunächst das Konjugat S-Chloromethylglutathion (GSCH2Cl), welches nichtenzymatisch zum instabilen, nicht isolierbaren Zwischenprodukt S-Hydroxymethylglutathion (GSCH2OH) hydrolysiert wird. Dieses Hemimercaptal zerfällt zu Formaldehyd und Glutathion. Außerdem wird ein enzymatischer Abbau von S-Chloromethylglutathion über eine NAD-abhängige Formaldehyd-Dehydrogenase und eine S-Formyl-Glutathion-Hydrolase zum Endprodukt Ameisensäure postuliert (Ahmed and Anders, 1978). Diese Hypothese wird gestützt durch den Nachweis erhöhter Ameisensäurespiegel im Urin von Arbeitern nach Dichlormethan-Exposition (Kuzelova and Vlasak, 1966). Die Cytochrom P450-abhängigen mischfunktionellen Oxidasen besitzen eine höhere Affinität zu Dichlormethan als die GSTs, dagegen ist die Kapazität des GST-vermittelten Biotransformationsweges größer (Andersen et al., 1987).

Es wurden verschiedene Studien zur Toxizität und Karzinogenität von Dichlormethan durchgeführt (NTP 1986, Andersen et al., 1987, Graves et al., 1994, Casanova et al., 1997). Beim Menschen konnte die Karzinogenität der Substanz durch epidemiologische Studien noch nicht eindeutig belegt werden (IARC 1986 und 1987). Möglicherweise kommt Dichlormethan selbst aufgrund seiner geringen chemischen Reaktivität nicht als Karzinogen in Frage, sondern nur die bei seiner Biotransformation entstehenden reaktiven Spezies. Dabei scheinen besonders die über den GST-Biotransformationsweg gebildeten Metaboliten
S-Chloromethylglutathion und Formaldehyd eine Rolle zu spielen. Bei in vitro-


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Studien mit Maus- und Rattenleberhepatozyten konnten DNA-Protein-Crosslinking und DNA-Doppelstrangbrüche nach Einwirkung von Dichlormethan nachgewiesen werden. Für DNA-Crosslinking wird der Metabolit Formaldehyd, für die DNA-Doppelstrangbrüche der Metabolit S-Chloromethylglutathion verantwortlich gemacht (Graves et al., 1994). Es wurden außerdem RNA-Formaldehyd-Addukte in Hepatozyten von Mensch, Maus, Ratte und Hamster nachgewiesen (Casanova et al., 1997).

Schema 3: Biotransformation von Dichlormethan (modifiziert nach Andersen et al., 1987).

Der genetische Polymorphismus der Glutathion-S-Transferase Theta 1-1

Historisches. Erste Hinweise auf die mögliche Existenz verschiedener Phänotypen lieferten Untersuchungen von Peter et al. (1989). Dabei wurde Methylchlorid - später als spezifisches Substrat von GSTT1-1 erkannt - nur von 60% der Individuen in vitro verstoffwechselt. Pemble et al. (1994) erbrachten bei der erstmaligen Identifizierung des GSTT1-Gens den Nachweis, dass die
GSTT1-1-Enzymdefizienz durch eine komplette Deletion des Gens bedingt ist.


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Ethnische Unterschiede. Aufgrund dieser Befunde wurden in verschiedenen ethnischen Gruppen Geno- und Phänotypisierungs-Studien durchgeführt, deren Ergebnisse in Tab. 4 - geordnet nach geographischen Gesichtspunkten - zusammengefasst sind. Zwischen den untersuchten europäischen Populationen wurden relativ große Unterschiede in der Häufigkeit der Gendeletion bzw. Enzymdefizienz gefunden (11 - 40%). Die Probandenzahl in den Studien mit deutschen Individuen ist als sehr gering einzuschätzen. Auffällig ist der hohe Anteil des GSTT1*0/0-Genotyps in einigen asiatischen Populationen (58 - 64%).

Funktionelle Relevanz des GSTT1-1-Polymorphismus. Zu Beginn der Untersuchungen in vorliegender Arbeit war die Erkenntnis gesichert, dass die GSTT1-1-Enzymdefizienz durch eine komplette Deletion des Gens bedingt ist (Pemble et al., 1994). Die Zahl der Phänotypisierungsstudien hinsichtlich GSTT1-1 war gering (siehe Tab. 4 ). In einer Studie von Hallier et al. (1993) war im Hämolysat von 36 Individuen bei etwa einem Viertel (high conjugators) eine deutlich höhere Umsetzungsgeschwindigkeit von Ethylenoxid als bei den übrigen GSTT1-1-aktiven Probanden (intermediate conjugators) messbar. Warholm et al. (1994) wiesen erstmals in einer größeren Phänotypisierungs-Studie (n = 208) mit Methylchlorid die Existenz dreier Phänotypen nach, wobei der Anteil der enzymdefizienten Individuen bei 11,1% lag; 46,1% waren intermediär und 42,8% hoch aktiv. Die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit der Umsetzung von Methylchlorid war bei den hoch aktiven Individuen etwa doppelt so groß wie bei den intermediär aktiven.


19

Tab. 4: Geno- und Phänotypisierungsstudien zur Häufigkeit der GSTT1-Gendeletion bzw.
GSTT1-1-Enzymdefizienz in verschiedenen ethnischen Gruppen.


Ethnische Zugehörigkeit (n)


Art der Untersuchung (Substrat der Phänotypisierung)

Häufigkeit (%) der Gendeletion/
Enzymdefizienz



Literatur

Deutsche (36)

Phänotypisierung (Ethylenoxid)

22

Hallier et al., 1993

Deutsche (40)

Geno- und Phänotypisierung (Methylchlorid)

15

Kempkes et al., 1996

Deutsche (45)

Phänotypisierung (Methylchlorid)

40

Peter et al., 1989

Deutsche/Engländer (16)

Geno- und Phänotypisierung (Methylbromid und Dichlormethan)

38

Pemble et al., 1994

Schweden (208)

Phänotypisierung (Methylchlorid)

11

Warholm et al., 1994

Chinesen (187)

Genotypisierung

58

Lee et al., 1995

Chinesen (45)

Genotypisierung

64

Nelson et al., 1995

Inder (152)

Genotypisierung

16

Lee et al., 1995

Koreaner (104)

Genotypisierung

60

Nelson et al., 1995

Malaysier (167)

Genotypisierung

38

Lee et al., 1995

Nordamerikaner (185)
Afroamerikaner (119)
Amerikaner mexikanischen Ursprungs (73)

Genotypisierung

16
22

10

Nelson et al., 1995

Nordamerikaner (80)

Genotypisierung

15

Abdel-R. et al., 1996

Weiße Amerikaner (213) Afroamerikaner (203)

Genotypisierung

15
24

Chen et al., 1996

Brasil. Ureinwohner (130)
Brasilianer afrikanischen Ursprungs (117)
Amazonas-Indianer (79)

Genotypisierung

19

19
11

Arruda et al., 1998

Amerikaner (666)

Genotypisierung

19

Kelsey et al., 1997a

Weiße Amerikaner (ges.:
Afroamerikaner 1290)

Genotypisierung

16
26

Li et al., 2000

Ägypter (34)

Genotypisierung

15

Abdel-R. et al., 1996

Australier (323)

Genotypisierung

15

Chenevix -Trench
et al., 1995


20

Pathophysiologische und toxikologische Bedeutung des genetischen Polymorphismus der Glutathion-S-Transferase Theta 1-1

Viele unter Beteiligung von GSTT1-1 verstoffwechselte Substanzen bzw. deren Metaboliten besitzen eine toxische bzw. karzinogene Wirkung auf den menschlichen Organismus. Daraus ergibt sich die Überlegung, dass der GSTT1-Genotyp einen prädisponierenden Faktor für maligne Tumorerkrankungen darstellen bzw. die Empfindlichkeit eines Organismus für die Toxizität einer Substanz modulieren könnte. Im folgenden soll ein umfassender Überblick über epidemiologische Studien gegeben werden, die auf Grundlage dieser Überlegungen durchgeführt wurden. Das Prinzip der Untersuchungen bestand darin, die Häufigkeitsverteilung eines angenommenen Risikofaktors in einem Kollektiv von Erkrankten (Fall-Gruppe) mit der in einem Kollektiv gesunder Individuen (Kontroll-Gruppe) zu vergleichen. Als Risikomaß dient der Chancenquotient (odds ratio, OR). OR > 1 bedeutet, dass das Risiko größer als angenommen ist; OR < 1 drückt ein geringeres als das hypothetische Risiko aus. Diese Methode erlaubt die rückwirkende Abschätzung eines Risikos. Angegeben sind jeweils die entsprechenden Vertrauensintervalle (z. B. 95% VB) sowie die Anzahl der Erkrankten und der Kontroll-Individuen in der Form
n = Fälle/Kontrollen.

Blasenkrebs. In verschiedenen Studien wurde der Zusammenhang zwischen dem genetischen Polymorphismus von GSTT1-1 und dem Risiko des Auftretens von Blasenkrebs untersucht. In einer Studie von Brockmöller et al. (1996) war die Häufigkeit des Auftretens des GSTT1*A/0- oder GSTT1*A/A- Genotyps in der Gruppe der Patienten leicht, aber nicht signifikant im Vergleich zur Kontrollgruppe erhöht (n = 365/360, OR = 1,2; 95% VB 0,8 - 1,8). Allerdings bestand in der Untergruppe der Nichtraucher für GSTT1-1-aktive Individuen ein erhöhtes Risiko (n = 111/81,OR = 2,6: 95% VB 1,1 - 6,0). Dagegen stellen die Ergebnisse einiger anderer Untersuchungen den GSTT1*0/0-Genotyp als Risikofaktor für die Erkrankung an Blasenkrebs dar. In einer Fall/Kontroll-Studie
(n = 67/248) von Salagovic et al. (1998) war dieses Risiko für Träger des GSTT1*0/0-Genotyps um das 2,5fache erhöht. In einer Fall/Kontroll-Studie


21

von Kempkes et al. (1996) war im Gegensatz zu den Ergebnissen von Brockmöller et al. der Anteil des GSTT1*0/0-Genotyps in der Untergruppe der erkrankten Nichtraucher signifikant erhöht (n = 113/170, OR = 3,8; 95% VB 1,2 - 12,2). Andere Autoren fanden keinen Einfluss des GSTT1-1-Polymorphismus auf das Risiko, an Blasenkrebs zu erkranken (Kim et al., 2000, Georgiou et al., 2000).

Dickdarmkrebs. In einer schwedischen Studie war der GSTT1*0/0-Genotyp bei den an Dickdarmkrebs Erkrankten signifikant häufiger vertreten als bei den gesunden Kontrollprobanden (n = 99/109, Zhang et al., 1999). Dagegen fanden Gertig et al. (1998) keinen Zusammenhang zwischen dem GSTT1-1-Polymorphismus und dem Risiko, an Dickdarmkrebs zu erkranken (n = 212/221, OR = 0,8; 95% VB 0,5 - 1,2). Dies trifft auch auf die Ergebnisse einer fallkontrollierten australischen Studie zu (n = 132/200, Chenevix-Trench et al., 1995). Allerdings waren der GSTT1*0/0-Genotyp bei denjenigen Individuen signifikant häufiger vertreten, bei denen die Krebserkrankung vor dem 70. Lebensjahr auftrat, im Vergleich zu denjenigen mit einer Krebsdiagnose in höherem Lebensalter. Die Autoren postulierten, dass der GSTT1-1-Polymorphismus den Zeitpunkt des Auftretens von Dickdarmkrebs beeinflussen kann.

Gehirntumoren. Nach Untersuchungen von Elexpuru-Camiruaga et al. (1995) stellt die GSTT1-Gendeletion sowohl einen Risikofaktor für die Erkrankung an Astrozytom (OR = 2,1; 95% VB 1,3 - 3,4) als auch am Meningiom dar (OR = 3,6; 95% VB 1,8 -6,9).

Hautkrebs. Nach bisherigen Erkenntnissen stellt der GSTT1*0/0-Genotyp möglicherweise einen Risikofaktor für Hauterkrankungen dar. In einer Studie von Lear et al. (1997) trat bei Patienten mit Basalzellkarzinom nach erfolgreicher Behandlung bei den GSTT1*0/0-Individuen ein neuer Primärtumor innerhalb signifikant kürzerer Zeit auf. Kerb et al. (1997) fanden bei homozygoten Trägern der GSTT1-Gendeletion eine signifikant höhere Empfindlichkeit gegenüber UVB-Bestrahlung (p = 0,006). Dies ist erklärbar durch die Fähigkeit von GSTT1-1, als Folge von UV-Bestrahlung entstandene DNA- bzw. Lipidperoxide zu entgiften (Ketterer and Meyer, 1989).


22

Koronare Herzkrankheit (KHK). Epidemiologische Studien haben eindeutig den negativen Einfluss des Rauchens auf Arteriosklerose und Koronare Herzkrankheit bewiesen. Bestandteile des Zigarettenrauches wie Ethylenoxid und monohalogenierte Kohlenwasserstoffe können von GSTT1-1 entgiftet werden. Es liegt daher die Vermutung nahe, dass Raucher mit dem GSTT1*0/0-Genotyp einem größeren Arteriosklerose- und KHK-Risiko ausgesetzt sind. Entgegen dieser Hypothese wurde in einer umfangreichen Studie (n = 1324) von Li et al. (2000) gezeigt, dass GSTT1-1-aktive Raucher ein größeres Risiko für eine Erkrankung an KHK besitzen.

Lungenkrebs und andere pneumonale Erkrankungen. In einer Fall/Kontroll-Studie von Kelsey et al. (1997a) mit afroamerikanischen (n = 108/132) und mexikanischen (n = 60/146) Individuen trat der GSTT1*0/0-Genotyp häufiger in der Gruppe der an Lungenkrebs Erkrankten auf, der Unterschied war jedoch statistisch nicht signifikant. In einer Gruppe von 666 amerikanischen Zimmerleuten gab es keinen Hinweise darauf, dass auf Asbest-Exposition zurückzuführende Lungenerkrankungen in der Gruppe der GSTT1-1-defizienten Individuen häufiger anzutreffen sind (Kelsey et al., 1997b). Zum gleichen Ergebnis kamen Hirvonen
et al. (1996) bei Untersuchungen in einer Gruppe von 145 Arbeitern, die durch Arbeiten mit asbesthaltigem Isoliermaterial einem großen Asbestose-Risiko ausgesetzt waren.

Morbus Alzheimer und Tacrin. Stroombergen und Waring (1999) stellten fest, dass unter denen von ihnen untersuchten männlichen Individuen diejenigen mit dem GSTT1*0/0-Genotyp ein höheres Risiko besaßen, an Parkinson und Morbus Alzheimer zu erkranken. Im Zusammenhang mit letzterer Erkrankung sind auch die Ergebnisse einiger Studien zu Tacrin (9-Amino-1,2,3,4-tetrahydroacridin, Cognex®), einem Arzneistoff zur Behandlung des Morbus Alzheimer, von Interesse. Die Anwendung von Tacrin führt bei ca. 50% der Patienten zu Leberzellnekrosen. Die Folge ist ein Anstieg der Serum-Alanin-Amino-Transferaseaktivität auf das Drei- bis 20fache der oberen Grenze des Normalbereichs (Watkins et al., 1994, Balson et al., 1995). Die pathogenetische Ursache der Toxizität von Tacrin ist noch nicht endgültig geklärt; die meisten Autoren machen dafür von CYP1A2 gebildete, protein-reaktive Metaboliten


23

verantwortlich (Madden et al., 1995). Dagegen wurde in Untersuchungen von Naud et al. (1997) mit Zellkulturen bereits durch Tacrin selbst eine Hemmung der DNA- und Proteinsynthese beobachtet. Robertson et al. (1998) wiesen eine toxische Wirkung von Tacrin auf isolierte Mitochondrien nach. Ebenso ungeklärt ist die Frage, warum nur bei etwa der Hälfte der Patienten o.g. Leberschädigungen auftreten. Es wurde ein Zusammenhang zwischen der Toxizität von Tacrin und dem Polymorphismus der GST-Isoenzyme Mu und Theta vermutet. In Untersuchungen von Green et al. (1995) und Bequemont et al. (1997) war die Häufigkeit des GSTM1*0/0-Genotyps bei Alzheimer-Patienten mit Tacrin-induzierten Leberschädigungen im Vergleich zu Patienten ohne diese Nebenwirkung nicht signifikant erhöht. In der Studie von Bequemont et al. (1997) trat der GSTT1*0/0-Genotyp in der Gruppe der Individuen mit Tacrin-induzierten Leberschädigungen im Vergleich zu Patienten ohne diese Nebenwirkung signifikant häufiger auf (OR = 9,2; 95% VB 1,0 - 81,4). Die Kombination GSTM1*0/GSTT1*0 war in Untersuchungen von Simon et al. (2000) mit einer erhöhten Empfindlichkeit für die Hepatotoxizität von Tacrin verbunden (siehe
Tab. 5 ).

Tab. 5: Überblick über Studien zum möglichen Einfluss des GSTM1-1- bzw. GSTT1-1-Poly-morphismus auf die Hepatotoxizität von Tacrin.

GST-Isoenzym

Tacrin-Hepatotoxizitäta

nb

Literatur

GSTM1-1

kein erhöhtes Risiko bei Patienten mit GSTM1*0/0-Genotyp

33/37
26/26

Green et al., 1995
Becquemont et al., 1997

GSTT1-1

erhöhtes Risiko bei Patienten mit GSTT1*0/0-Genotyp (OR = 9,2; 95% VB 1,0 - 81,4)

26/26

Becquemont et al., 1997

GSTM1-1/ GSTT1-1

signifikant erhöhtes Risiko bei Patienten mit der Kombination der Genotypen GSTM1*0/0 und GSTT1*0/0

52/89

Simon et al., 2000

aTacrin-induzierte Hepatotoxizität liegt vor, wenn die Serum-Alanin-Aminotransferase-Aktivität mindestens das Dreifache des Normalbereiches beträgt. bn = Zahl der Patienten mit/ohne Hepatotoxizität

Myelodysplasie. In einer fallkontrollierten Studie mit Patienten, die an Myelodysplasie litten, lag die Häufigkeit des GSTT1*0/0-Genotyps bei den Patienten bei 46%, bei den Kontrollen nur bei 16% (n = 92/190, Chen et al., 1996).


24

Daraus ergibt sich ein 4,3fach höheres Risiko für Träger dieses Genotyps (95% VB 2,5 - 7,4). Die Autoren einer Studie mit 159 Patienten und 49 Kontrollprobanden japanischer Herkunft (Sasai et al., 1999) konnten diese Befunde bestätigen (OR 2,6; 95% VB 1,3 - 5,5). Preudhomme et al. (1997) stellten dagegen keinen Einfluss des GSTT1-Genotyps auf das Risiko einer Erkrankung an Myelodyplasie fest (n = 174/100).

Nierenkrebs. Nach Untersuchungen von Brüning et al. (1997) stellt der GSTT1*0/0-Genotyp ebenso wie GSTM1*0/0 einen Schutzfaktor gegen die Erkrankung an Nierenkrebs nach jahrelanger Trichlorethylenexposition dar
(n = 45/48, OR = 0,24; 95% VB 0,1 - 0,9). Dies ist erklärbar durch die Biotrans-formation dieser Substanz, bei der katalysiert durch GSTT1-1 Dichlorovinyl-S-Cystein gebildet wird (siehe auch Schema 1 ). Im proximalen Tubulus der Niere erfolgt, katalysiert durch Cystein-ß-Lyasen, eine weitere Umsetzung zu elektrophilen Thioketenen, den ultimalen gentoxischen Metaboliten.

Mutagenität von GSTT1-1-Substraten. Die mutagene Wirkung einer Substanz wird oft durch die Bestimmung der Häufigkeit der Induktion von Schwesterchromatidaustauschen (sister chromatid exchanges, SCEs) nach-gewiesen. Bei der Bestimmung macht man sich zunutze, dass Chromosomen, die in Bromdeoxyuracil-haltigem Medium kultiviert wurden, nach Giemsa-Färbung eine unterschiedlich starke Anfärbung der beiden Chromatiden zeigen, wodurch SCEs identifiziert werden können. Die SCEs entstehen durch Chromosomenbrüche, die auch in normalen Zellen in geringer Zahl vorhanden sind (basale SCE-Rate). In Gegenwart von Mutagenen ist ihre Rate jedoch oft stark erhöht. Hallier et al. (1993) konnten nachweisen, dass die Substanzen Methylbromid, Dichlormethan und Ethylenoxid in vitro in den Chromosomen von GSTT1-1-defizienten Individuen eine signifikant höhere SCE-Rate verursacht hatten als bei GSTT1-1-aktiven Probanden. Müller et al. (1998) zeigten, dass Ethylenoxid Addukte mit der N-terminalen Aminosäure des humanen Globins (Hydroxyethylvalin-Addukte, HEV) bilden kann. Die Zahl dieser Addukte war bei Rauchern, die durch den Zigarettenrauch stärker mit Ethylenoxid belastet waren, annähernd fünfmal höher als bei Nichtrauchern. Beim Vergleich von GSTT1-1-aktiven und -defizienten Individuen war bei letzteren eine doppelt so große Zahl an


25

Addukten nachweisbar. In Untersuchungen von Thier et al. (1999b) lag die Zahl der HEV bei GSTT1-1-defizienten Individuen um ein Drittel höher als bei
GSTT1-1-aktiven Probanden.

Eine akute Methylbromid-Vergiftung hatte bei zwei Arbeitern einer französischen Fabrik unterschiedliche Folgen. Bei dem GSTT1-1-aktiven Arbeiter traten neurotoxische Symptome, bedingt durch den Metaboliten Methanthiol, auf. Der GSTT1-1-defiziente Arbeiter war frei von diesen Symptome; es war jedoch eine stärkere Bildung von Methylbromid-Globin-Addukten nachweisbar (Garnier et al., 1996).

1,3-Butadien und seine Metaboliten 1,2-Epoxy-3-buten und 1,2,3,4-Diepoxybutan werden als potentielle Mutagene betrachtet. In Untersuchungen zum Einfluss des GSTT1-1-Polymorphismus auf die Mutagenität dieser Substanzen war durch die Aktivität der in Salmonella typhimurium exprimierten GSTT1-1 die Mutagenität von 1,2,3,4-Diepoxybutan signifikant erhöht (Thier et al., 1996). Dagegen konnten Norrpa et al. (1995), Wiencke et al. (1995) und Xu et al. (1998) in vitro nachweisen, dass die SCE-Raten nach Einwirkung von 1,2,3,4-Diepoxybutan bei GSTT1*0/0-Individuen signifikant höher waren. Sorsa et al. (1996) fanden in einer Studie zur Mutagenität von 1,3-Butadien eine doppelt so große Zahl von Chromosomenstrangbrüchen bei Individuen mit dem GSTT*0/0-Genotyp im Vergleich zu Trägern des Gens. Im Gegensatz dazu konnten Kelsey et al. (1995) in einer Studie mit 40 Arbeitern, die akut oder chronisch mit 1,3-Butadien exponiert waren, keine signifikant höheren SCE-Raten unter den Individuen mit dem GSTT1*0/0-Genotyp feststellen.

Schröder et al. (1995) postulierten, dass GSTT1-1 einen Schutzfaktor gegen die gentoxische Wirkung endogener oder aus dem Zigarettenrauch stammender Substanzen darstellt. 30 Individuen (15 GSTT1-1-aktive, 15 GSTT1-1-defiziente) wurden hinsichtlich ihrer basalen SCE-Rate untersucht. Die GSTT1-1-aktiven Individuen zeigten eine signifikant niedrigere basale SCE-Rate als die GSTT1-1-defizienten Individuen. Außerdem wurde ein Unterschied zwischen Rauchern und Nichtrauchern festgestellt; bei den GSTT1-1- aktiven Nichtrauchern war eine signifikant niedrigere SCE-Rate als bei den GSTT1-1- aktiven Rauchern und den


26

GSTT1-1- defizienten Nichtrauchern zu beobachten. Die höchste SCE-Rate wurde bei GSTT1-1- defizienten Rauchern nachgewiesen.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass nach bisherigen Erkenntnissen die GSTT1-Gendefizienz einen Risikofaktor für die Erkrankung an Hautkrebs und Gehirmtumoren darstellt. Das Vorhandensein des Gens führt wahrscheinlich zu einem höheren KHK-Risiko sowie bei Exposition mit Chemikalien wie Trichlorethylen zu einem erhöhten Nierenkrebs-Risiko. Die Zahl der dazu vorliegenden Studien ist jedoch gering. Die Untersuchungen verschiedener Autoren zum Zusammenhang zwischen dem GSTT1-1-Polymorphismus und dem Risiko einer Erkrankung an Blasen-, Dickdarm- und Lungenkrebs sowie Myelodysplasie erbrachten differenzierte Ergebnisse, so dass noch keine eindeutigen Aussagen getroffen werden können. Auch hinsichtlich der Mutagenität verschiedener GSTT1-1-Substrate lassen die Ergebnisse vorliegender Studien meist noch keine eindeutige Bewertung zu ( Tab. 6 ). Bei der Beurteilung des Einflusses des genetischen Polymorphismus von GSTT1-1 darf der Anteil anderer Enzyme an der Biotransformation der potentiellen Mutagene und eventuell deren genetische Polymorphismen nicht unberücksichtigt bleiben.

Tab. 6: Übersicht zum Erkenntnisstand zur Mutagenität von GSTT1-1-Substraten und zum Einfluss des genetischen Polymorphismus des Enzyms; Quellenangaben im Text.

GSTT1-1-Substrat

Mechanismen

Mutagenitätsrisiko

Methylbromid

SCEs und Globin-Addukte erhöht bei Gendeletion:
neurotoxische Symptome bei GSTT1-1-aktiven Individuen

kontrovers diskutiert

Dibromethan

Bildung von Episulfonium-Ionen

erhöht für GSTT1-1-aktive Individuen

Dichlormethan

Giftung über GST-Weg (Formaldehyd, S-Chloromethyl-GSH)
SCEs erhöht bei GSTT1*0/0

kontrovers diskutiert

1,3-Butadien und Metaboliten

SCEs bei GSTT1*0/0 erhöht , aber nicht in allen Studien

kontrovers diskutiert

Ethylenoxid

SCEs, HEV erhöht bei Gendeletion
HEV erhöht bei Rauchern

erhöht bei GSTT1-1-Defizienz und/oder Rauchen;
aber: erhöhtes KHK-Risiko bei GSTT1-1-aktiven Rauchern

1,2-Epoxy-3-(p-nitrophenoxy)propan

Entgiftung durch GSTT1-1

erhöht bei GSTT1-1-Defizienz


27

2.2 Arylamin-N-Acetyltransferasen

2.2.1 Allgemeine Struktur und Nomenklatur der Arylamin-N-Acetyltransferasen

Die bei zahlreichen prokaryotischen und eukaryotischen Organismen verbreiteten Arylamin-N-Acetyltransferasen (NATs, EC 2.3.1.5) sind Produkte der voneinander unabhängigen Genloci NAT1, NAT2 und NATP1, wobei letzterer ein funktionsloses Protein kodiert (Blum et al., 1990). Gegenwärtig wird intensiv an der Aufklärung der Struktur der aktiven Zentren von NAT1 und NAT2 gearbeitet. Nach Dupret et al. (1994) befindet sich das aktive Zentrum der aus 290 Aminosäuren bestehenden NAT1 vermutlich in der Region zwischen den Aminosäuren 47 und 111. Untersuchungen dieser Autoren fanden eine Bedeutung der zentralen Region zwischen den Aminosäuren 112 und 210 für die Affinität von NAT1 zum Substrat p-Aminosalicylsäure. Nach Erkenntnissen von Deloménie
et al. (1997) sind Arg9 und Arg64 essentiell für Funktion und Stabilität von NAT1 und NAT2. Die vom katalytisch bedeutsamen Cys68 relativ weit entfernten Aminosäuren in Position 125, 127 und 129 (Phe125, Arg127 und Tyr129 bei NAT1, Ser125, Ser127 und Ser129 bei NAT2) sind wahrscheinlich ebenfalls Bestandteil der aktiven Zentren von NAT1 und NAT2, da sie in Untersuchungen von Goodfellow
et al. (2000) von entscheidender Bedeutung für die Substratspezifität der Enzyme waren.

Die ersten einheitlichen Nomenklatur-Regeln für Arylamin-N-Acetyltransferasen wurden 1995 von Vatsis et al. veröffentlicht und werden seitdem regelmäßig aktualisiert (Hein et al., 2000). Danach bezeichnet man die Gene in kursiver, die Proteine in normaler Schreibweise. Allele werden durch einen Stern (*) hinter der Genbezeichnung und arabische Zahlen sowie gegebenenfalls Großbuchstaben gekennzeichnet (z. B. NAT2*5B). Die Bezeichnung des entsprechenden Proteins enthält keinen Stern, d.h. NAT2*4 kodiert das Protein NAT2 4. Bei der Bezeichnung des Genotyps werden die beiden Allele durch einen Schrägstrich voneinander getrennt (z. B. NAT1*4/*10), bei der Bezeichnung des Phänotyps durch Komma (NAT1 4,10). Traditionell werden die humanen Allele NAT1*4 und NAT2*4 als „Wildtyp-Allele“ bezeichnet. Seit Erstellung dieser allgemeinen Regeln


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sind bei allen Spezies zahlreiche neue Mutationen in den NAT-Genen entdeckt worden. Die Notwendigkeit der Schaffung einheitlicher Regeln für die Benennung neuentdeckter Allele führte zur Gründung des „Arylamin-N-Acetyltransferase-Nomenklatur-Komitee“. Im Internet sind unter der Adresse aktuelle Listen mit NAT-Allelen aller Spezies abrufbar.

2.2.2 Reaktionen und Substrate der Arylamin-N-Acetyltransferasen

N-Acetylierung

Die Acetylierung der NAT-Substrate erfolgt über einen zweistufigen Prozeß, einen sogenannten Ping-Pong-Mechanismus (vgl. Schema 4 ). Im ersten Schritt acetyliert Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA) die SH-Gruppe eines Cysteinyl-Restes in Position 68 (Cys68) im aktiven Zentrum der Arylamin-N-Acetyltransferase. Die Entstehung eines Thioester-Zwischenprodukts wurde erstmalig mit Taubenleber-NAT nachgewiesen (Andres et al., 1983). Anschließend wird die Acetylgruppe vom Enzym auf die funktionelle Gruppe des Substratmoleküls übertragen.

In Konkurrenz zur N-Acetylierung steht die von Cytochrom P450-1A2 (CYP1A2) oder Prostaglandin-H-Synthase (PHS) katalysierte N-Oxidation der Arylamine zu Hydroxylaminen. Aus den N-Acetamide entstehen auf diesem Weg Hydroxamsäuren (siehe Schema 5 ). Dies stellt einen Initialisierungsschritt in Richtung metabolischer Aktivierung der Substrate dar. Die Bildung DNA- oder protein-reaktiver Nitrenium-Ionen erfolgt durch NAT-katalysierte O-Acetylierung oder intramolekularen N,O-Acetyltransfer (siehe unten).

Schema 4: NAT-katalysierte N-Acetylierung eines Amins.


29

O-Acetylierung

Neben der N-Acetylierung besitzen NATs die Fähigkeit zur O-Acetylierung. Die
O-Acetylierung von N-Hydroxy-Gruppen, beispielsweise bei den potentiellen Karzinogenen N-Hydroxy-2-aminofluoren oder N-Hydroxy-4-aminobiphenyl (Hein et al., 1993, Badawi et al., 1995, Thompson et al., 1999) führt zu instabilen
N-Acetoxy-arylamin-Zwischenprodukten, die zu DNA- oder protein-reaktiven Nitrenium-Ionen zerfallen (vgl. Schema 5 ).

Intramolekularer N,O-Acetyltransfer

Diese instabilen Zwischenprodukte können auch durch NAT-katalysierten intramolekularen N,O-Acetyltransfer, beispielsweise bei N-Hydroxy-N-acetyl-arylaminen (Hydroxamsäuren) gebildet werden (vgl. Schema 5 ). Dies wurde mit rekombinanter humaner NAT1 und NAT2 (exprimiert in E. coli) für N-Hydroxy-2-acetyl-aminofluoren und N-Hydroxy-4-acetyl-aminobiphenyl nachgewiesen (Hein et al., 1993).

Substrate

Substrate der Arylamin-N-Acetyltransferasen sind Substanzen mit primären Aminogruppen wie primäre aromatische oder seltener aliphatische Amine (z. B. Cilastatin), Sulfanilamide, Hydrazine (z. B. Hydralazin), Hydrazide (z. B. Isoniazid) und Aminosäuren. Die Acetylierung des Antidepressivums Viloxacin, das außerdem mit Hippursäure konjugiert wird, ist ein Beispiel für die seltene Acetylierung eines sekundären Amins (Pfeifer et al., 1995). Aufgrund dieser Strukturmerkmale zählen zu den NAT-Substraten Arzneimittel und deren Metaboliten, Nahrungsmittelbestandteile, und deren nicht zuletzt vom Menschen selbst erzeugte Umweltgifte ( Tab. 7 ). NAT1 und NAT2 besitzen eine überlappende Substratspezifität. In Untersuchungen von Hein et al. (1993) mit humaner, in
E. coli exprimierter NAT1 und NAT2 wurde die N-Acetylierung und damit Entgiftung von Karzinogenen wie 4-Aminobiphenyl, 2-Aminofluoren, Glu-P2, IQ, MelQ, MelQx und ß-Naphtylamin sowohl von NAT1 als auch NAT2 katalysiert ( Tab. 7 ). Die metabolische Aktivierung von N-Hydroxy-arylaminen wie N-Hydroxy-2-aminofluoren und N-Hydroxy-4-aminobiphenyl via O-Acetylierung bzw. der


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N,O-Acetyltransfer bei N-Hydroxy-N-acetyl-arylaminen wie N-Hydroxy-2-acetyl-aminofluoren und N-Hydroxy-4-acetyl-aminobiphenyl wurden in dieser Studie überwiegend von NAT1 katalysiert.

Schema 5: Entgiftung und metabolische Aktivierung von Arylaminen (modifiziert nach Hein et al., 1993 und Grant et al., 1997). DAC: Deacetylierung; OAT: NAT-katalysierte O-Acetylierung; NOAT: NAT-katalysierter intramolekularer N,O-Acetyltransfer.


31

Tab. 7: Ausgewählte Substrate der humanen Arylamin-N-Acetyltransferasen NAT1 und NAT2.

Substrat

Bedeutung

Enzym

Literatur

Arzneimittel und-metaboliten

p-Amino-
salicylsäure

Reserve-Tuberkulostatikum

NAT1

Grant et al., 1991, 1993 Hein et al., 1993

Amrinon

Behandlung der Herzinsuffizienz

NAT2

Evans, 1992

Batracylina

potentielles Zytostatikum

überwiegend NAT2

Stevens et al., 1999

Dapson

Lepra-Chemotherapeutikum

NAT1 und NAT2

Evans, 1992
Palamanda et al., 1995

Procainamid

Antiarrhythmikum

NAT1 und NAT2

Grant et al., 1991
Hein et al, 1993

Sulfamethazin

Sulfonamid

überwiegend NAT2

Grant et al., 1991
Hein et al., 1993

Sulfamethoxazol

Sulfonamid

überwiegend NAT1

Cribb et al., 1993

Nahrungsmittelbestandteile

Glu-P2b
MelQ, MelQxc

Karzinogene Neben-produkte beim Kochen von Fleisch und Fisch

NAT1 und NAT2

Hein et al., 1993

Karzinogene, Toxine, Allergene und weitere Substanzen

PABA

ausführlich siehe 2.2.3

NAT1

Ohsako/Deguchi, 1990

4-Aminobiphenyl

Karzinogen (z. B. im Zigarettenrauch)

NAT1 und NAT2

Hein et al., 1993
Badawi et al., 1995
Culp et al., 1997

2-Aminofluoren

Karzinogen

NAT1 und NAT2

Grant et al., 1991
Hein et al., 1993, 1994

Benzidin und
-metaboliten

Redoxindikator
Farbenherstellung

NAT1 und NAT2

Zenser et al., 1996

IQd

Karzinogen (z. B. im Zigarettenrauch)

NAT1 und NAT2

Hein et al., 1993

ß-Naphtylamin

Karzinogen (z. B. im Zigarettenrauch)

NAT1 und NAT2

Hein et al., 1993

PhIPe

Karzinogen in gekoch-tem Fleisch und Ziga-rettenrauch

NAT1

Sadrieh et al., 1996

PPDf

Allergen

NAT1

Kawakubo et al., 2000

o-,p-Toluidin

Farbenherstellung

NAT1 und NAT2

Hein et al., 1993

aBatracylin: 8-Aminoisoindolo[1,2-b]chinazolin-12(10H)-on;bGlu-P-2: 2-Aminodipyrido[1,2-a:3’2’d]imidazol; cMelQ: 2-Amino-3,4-dimethyl-3Himidazo[4,5-f]chinolin; MelQx: 2-Amino-3,8-dimethylimidazo[4,5-f]chinoxalin; dIQ: 2-Amino-3-methyl-imidazo[4,5-f]chinolin; e PhIP: 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridin; f PPD: p-Phenylendiamin, (1,4-Diaminobenzen)dihydro-chlorid.


32

2.2.3 Erkenntnisstand zur Arylamin-N-Acetyltransferase 1

RNA-, DNA- und Proteinebene

Homologe Enzyme der humanen Arylamin-N-Acetyltransferase 1 sind bei zahlreichen Säugetieren (Ratte, Maus, Kaninchen, Hamster, Wild- und Hauskatze), Vögeln (Huhn) und Bakterien (Salmonella typhimurium, Escherichia coli, Mycobacterium smegmatis und M. tuberculosis) nachgewiesen worden (Übersicht in). Dabei wurden Homologien der Aminosäuresequenzen zur humanen NAT1 von 50% (Huhn) bis zu 75% (Kaninchen) gefunden (Vatsis et al., 1995). In Hunden ist keines der beiden NAT-Gene vorhanden (Trepanier et al., 1997).

Der Genlocus der humanen NAT1 befindet sich wie auch der von NAT2 auf dem kurzen Arm von Chromosom 8 (Region 8p 21.3-23.1, Hickmann et al., 1994), jedoch mindestens 25 kb davon entfernt. NAT1 und NAT2 besitzen einen intronfreien, offenen Leserahmen von 870 bp; ihre Nukleotidsequenz stimmt zu etwa 87% überein. Sie kodieren aus 290 Aminosäuren bestehende Proteine mit einer Identität von 81%. Die proteinkodierende Region von NAT1 befindet sich auf einem einzelnen Exon. NAT1 und NAT2 werden unabhängig voneinander exprimiert (Grant, 1993).

NAT1-mRNA wurde mittels in situ-Hybridisierung in der Leber, im Verdauungstrakt (Speiseröhre, Magen, Dünndarm, Dickdarm), in Harnleiter, Blase und Lunge (Windmill et al., 2000) und mittels RT-PCR (reverse transcription-polymerase chain reaction) in Humanhaut und humanen Keratinozyten identifiziert (Kawakubo et al., 2000).

Die Aktivität des Enzyms wurde bisher in Zellen von Leber, Darm, Pankreas, Plazenta, Blase und Kehlkopf nachgewiesen (Grant et al., 1991, Rodriguez et al., 1993, Hickmann et al., 1998, Anderson et al., 1997, Smelt et al., 1998, Badawi et al., 1995, Stern et al., 1993). Im Blut fand man eine NAT1-Aktivität in Leukozyten und Erythrozyten, wobei die Aktivität in Erythrozyten 99% der Gesamtaktivität beträgt (Cribb et al., 1991, Ward et al., 1992, Risch et al., 1996).


33

Substrate

Während NAT1 bereits im fetalen und neonatalen Stoffwechsel nachweisbar ist, tritt NAT2 nicht vor Vollendung des ersten Lebenjahres auf (Minchin, 1995). Aufgrund dieser Befunde wird vermutet, dass NAT1 neben der Verstoffwechslung von Xenobiotika noch weitere Funktionen besitzt. Als einziges potentielles endogenes Substrat wurde bisher p-Aminobenzoylglutamat (PABG) identifiziert. PABG entsteht aus Folsäure durch Spaltung der C9-N10-Bindung und wird weiter zu N-Acetyl-PABG N-acetyliert. N-Acetyl-PABG gilt als der Haupmetabolit und ist im Urin nachweisbar. Die Beteiligung von NAT1 an der Acetylierung von PABG wurde in der Monozyten-Zelllinie U937 (Minchin, 1995) und in humanen Keratinozyten (Kawakubo und Ohkido, 1998) nachgewiesen.

Unter den NAT-Substraten in Tab. 7 finden sich nur wenige, deren Umsetzung fast ausschließlich von NAT1 katalysiert wird. Einige davon werden zur Phänotypisierung von Probanden hinsichtlich dieses Enzyms verwendet. In Tab. 8 sind Literaturangaben zu den mittleren Reaktionsgeschwindigkeiten bei der Umsetzung von p-Aminobenzoesäure (PABA), p-Aminosalicylsäure (PAS) und Sulfamethoxazol (SMX) in verschiedenen Untersuchungsobjekten zusammengestellt.


34

Tab. 8: Mittlere Reaktionsgeschwindigkeiten der Umsetzung spezifischer NAT1-Substrate.

Substrat

Untersuchungs-objekt

Reaktionsgeschwindigkeit

Literatur

p-Amino-
benzoesäure

Blasenschleimhaut-Zytosol

2,9 nmol NAcPABA/min·mg Protein

Badawi et al., 1995

 

Humanleber-Zytosol

13,9 nmol NAcPABA/min·mg Protein1

Grant et al., 1991

 

humanes Erythrozytenlysat

0,2 mmol NAcPABA/min·mmol Hb

Ward et al., 1992

 

humane Leukozyten

6,3 nmol NAcPABA/min·mg Proteina

Cribb et al., 1995

 

rekomb. Enzym (COS-1-Zellen)

1,2 nmol NAcPABA/min·Ua

Grant et al., 1991

 

rekomb. Enzym
(E. coli)

2,3 µmol NAcPABA/min·U

Hein et al., 1993

p-Amino-
salicylsäure

Humanleber-Zytosol

14,8 nmol NAcPAS/min·mg Proteina

Grant et al., 1991

 

rekomb. Enzym (COS-1-Zellen)

1,3 nmol NAcPAS/min·Ua

Grant et al., 1991

 

rekomb. Enzym
(E. coli)

1,1 µmol NAcPAS/min·U

Hein et al., 1993

Sulfamethoxazol

Humanleber-Zytosol

0,2 nmol NAcSMX/min·mg Proteina

Cribb et al., 1993

 

humane Leukozyten

0,2 nmol NAcSMX/min·mg Proteina

Cribb et al., 1995

 

rekomb. Enzym
(E. coli)

489 nmol NAcSMX/min·mg Proteina

Cribb et. al., 1993

a Vmax

Bedeutung von p-Aminobenzoesäure

PABA im Folsäurestoffwechsel. Folsäure kann von Mikroorganismen, jedoch nicht vom Menschen synthetisiert werden. Im Dickdarm ist E. coli in der Lage, Erythrose-4-phosphat und Phosphoenolpyruvat über das Zwischenprodukt Chorisminsäure in PABA umzuwandeln und daraus Folsäure zu synthetisieren. Welche Mengen Folsäure aus dem Dickdarm aufgenommen werden können, ist nicht genau bekannt (Buddecke, 1994). Sie muss deshalb in ausreichender Menge mit der Nahrung zugeführt werden. Bei der Chemotherapie bakterieller Infektionen mit Sulfonamiden kommt die Folsäuresynthese der Mikroorganismen zum Erliegen, da die Sulfonamide den Einbau von PABA kompetitiv hemmen.


35

PABA als UVB-Filter. PABA wird in Kosmetika als UVB-Filter verwendet. Laut Kosmetikverordnung (BGBl. I S. 1082 vom 26.6.1985, geändert durch die
24. Änderungsverordnung vom 21.12.1995, BGBl. S. 2098) darf die Substanz dabei in einer zulässigen Höchstkonzentration von 5% und das Derivat
4-Bis(polyethoxy)-aminobenzoesäurepolyethoxyethylester in einer Höchst-konzentration von 10% eingesetzt werden. Wegen des Risikos allergischer Reaktionen wird PABA nur eingeschränkt verwendet.

PABA-Derivate als Arzneimittel. Lokalanästhetika vom Estertyp (Benzocain, Procain, Tetracain) enthalten eine PABA-Struktur im Molekül. NAcPABA ist Bestandteil des Immunmodulators Inosin Pranobex® (Campoli-Richards et al., 1986).

PABA-Derivate als Diagnostika. Im Bentiromid-Test zur Überprüfung der Pankreas-Funktion wird Patienten das synthetische Peptid N-Benzoyl-L-Tyrosyl-p-Aminobenzoesäure oral verabreicht, wobei PABA durch die Endopeptidase Chymotrypsin abgespalten wird. Störungen der Pankreas-Funktion resultieren im vergleichsweise geringeren Auftreten von PABA und dessen Metaboliten im Urin (Karnes et al., 1985, Yung-Jato et al., 1988).

PABA als Hemmer der Thrombozytenaggregation. Die Ergebnissse der Untersuchungen von Barbieri et al. (1997) lassen vermuten, dass PABA und NAcPABA in ähnlicher Weise wie die strukturverwandte Acetylsalicylsäure hemmend auf die Thrombozytenaggregation wirken können. Zunächst war nachgewiesen worden, dass PABA die durch Thrombin induzierte Thromboxan-Produktion hemmen kann, wobei der zugrundeliegende Mechanismus noch ungeklärt ist. Barbieri et al. (1999) zeigten, dass sowohl PABA als auch NAcPABA eine signifikante Verringerung der ADP- bzw. Arachidonsäure-induzierten Thrombozytenaggregation sowie eine Verringerung der für die Aggregation bedeutsamen intrazellulären Ca2+-Freisetzung bewirkt hatten.

PABA-Stoffwechsel. Orale aufgenommene PABA sowie das Acetylierungs-produkt p-Acetamidobenzoesäure (NAcPABA) werden im weiteren Stoffwechsel an Glycin und Glucuronsäure gebunden. Die Metaboliten p-Aminohippursäure


36

(PAHA), p-Acetamidohippursäure (NAcPAHA), PABA-Glucuronid (PABA-Glu) und NAcPABA-Glucuronid (NAcPABA-Glu) sind im Urin nachweisbar ( Schema 6 ).

Schema 6: Formeln von PABA, NAcPABA, PAHA und NAcPAHA.

Chen et al. (1988) untersuchten das Verhältnis der PABA-Metaboliten im Urin eines Probanden nach einmaliger oraler Applikation von 800 mg der Substanz (siehe Tab. 9 ). Dabei wurde nur ein sehr geringer Anteil PABA (0,3%) unverändert ausgeschieden. 47,5% der Dosis wurden durch NAT1 acetyliert, 6,6% des Produkts lagen als Glucuronid und 29,1% als p-Acetamidohippursäure-Konjugat vor. 50,5% der PABA-Dosis waren mit Glucuronsäure bzw. Glycin konjugiert.

Tab. 9: Verhältnis von PABA, PABA-Glu, NAcPABA, NAcPABA-Glu, PAHA und NAcPAHA im
24-h-Urin nach einmaliger Applikation von 800 mg PABA, Gesamtwiederfindung 98% (nach Chan et al., 1988).

Substanz

PABA

PABA-Glu

NAcPABA

NAcPABA-Glu

PAHA

NAcPAHA

Total

Anteil (%)

0,3

2,4

11,8

6,6

48,1

29,1

98,3


37

Der genetische Polymorphismus der Arylamin-N-Acetyltransferase 1

Historisches. Während der genetische Polymorphismus von NAT1 erst zu Beginn der 90er Jahre entdeckt wurde, ist die genetische Variabilität der NAT2 schon seit den fünfziger Jahren bekannt. Die ersten Hinweise darauf gaben in Studien von Hughes (1955) und Biehl et al. (1957) interindividuelle Unterschiede im Metabolismus von Isoniazid. Mitchell und Bell teilten 1957 erstmalig Patienten eines Kollektivs in „schnelle Acetylierer“ und „langsame Acetylierer“. Die Vermutung eines genetischen Hintergrundes für diese Unterschiede wurde erstmalig 1958 von Mitchell et al. formuliert. Inzwischen sind zahlreiche Mutationen im NAT2-Gen entdeckt sowie deren funktionelle Relevanz aufgeklärt worden (Cascorbi et al., 1999).

Auch bei der Umsetzung spezifischer NAT1-Substrate wurde bereits in den sechziger Jahren sowohl in vitro als auch in vivo eine teilweise beträchtliche Variabilität beobachtet. Beispielsweise fand Jenne (1965) eine zweifache Variabilität der Plasmahalbwertszeiten von PAS und eine vierfache Variation im Verhältnis N-Acetyl-PAS/PAS im Urin (n = 11). Bei der N-Acetylierung von PABA in Hämolysat (n = 200) beobachtete man eine drei- bis sechsfache Variabilität (Weber and Vatsis, 1993). Diese Ergebnisse wurden jedoch zunächst nicht mit einem NAT1-Polymorphismus in Verbindung gebracht, sondern teilweise durch eine Instabilität des Enzyms erklärt (Grant et al., 1991). Mutationen im NAT1-Gen wurde erstmalig 1993 von Vatsis und Weber durch DNA-Sequenzierung entdeckt. Damit war die über viele Jahre für NAT1 verwendete Bezeichnung „monomorphes Enzym“ als überholt zu betrachten und o.g. Ergebnisse durch Genvarianten erklärbar.

NAT1-Allele. Seitdem sind zahlreiche Mutationen nicht nur bei den humanen NATs, sondern auch bei denen von Ratte, Maus, Hamster, Kaninchen, Huhn und einigen Bakterien nachgewiesen geworden. Aktuelle Listen finden sich im Internet unter:. Tab. 10 gibt einen Überblick die bisher entdeckten humanen NAT1-Allele, in Schema 7 sind die Mutationen des Gens dargestellt.


38

Tab. 10: Humane NAT1-Allele ().

Allel

Mutation

Aminosäureaustausch

Literatur

NAT1*3

C1095A

kein

Blum et al., 1990

NAT1*4

keine ("Wildtyp")

kein

Vatsis/Weber, 1993

NAT1*5

G350,351C, G497-499C, A884G, ?976, ?1105

Arg117rarrThr, Arg166rarrThr, Glu167rarrGln

Ohsako/Deguchi, 1990

NAT1*10

T1088A, C1095A

kein

Vatsis/Weber, 1993

NAT1*11A

C-344T, A-40T, G445A, G459A, T640G, [AAT]3-Deletion zw. 1077-1085, C1095A

Val149rarrIle, Ser214rarrAla

Doll et al., 1997

NAT1*11B

C-344T, A-40T, G445A, G459A, T640G, [AAT]3-Deletion zw. 1077-1085

Val149rarrIle, Ser214rarrAla

Johnson/Sim, 2000

NAT1*14A

G560A, T1088A, C1095A

Arg187rarrGln

Hughes et al.,1998 Payton/Sim, 1998

NAT1*14B

G560A

Arg187rarrGln

Payton/Sim, 1998 Hubbard et al., 1998

NAT1*15

C559T

Arg187rarrStop

Hughes et al.,1998 Hubbard et al., 1998

NAT1*16

[AAA]-Insertion nach 1091, C1095A

kein

de Leon et al., 1996

NAT1*17

C190T

Arg64rarrTrp

Butcher et al., 1998
Lin et al., 1998

NAT1*18A

?3 zwischen 1064 und 1087,
T1088A, C1095A

kein

Deitz et al., 1997

NAT1*18B

?3 zwischen 1064 und 1091

kein

Deitz et al., 1997

NAT1*19

C97T

Arg33rarrStop

Lin et al., 1998

NAT1*20

T402C

kein

Lin et al., 1998

NAT1*21

A613G

Met 205rarrVal

Lin et al., 1998

NAT1*22

A752T

Asp251rarrVal

Lin et al., 1998

NAT1*23

T777C

kein

Lin et al., 1998

NAT1*24

G781A

Glu261rarrLys

Lin et al., 1998

NAT1*25

A787G

Ile263rarrVal

Lin et al., 1998

NAT1*26A

[TAA]-Insertion zwischen
1066 und 1091, C1095A

kein

Deitz et al., 1998

NAT1*26B

[TAA]-Insertion zwischen
1066 und 1091

kein

Deitz et al., 1998

NAT1*27

T21G, T777G

kein

Smelt et al., 2000

NAT1*28

[TAATAA]-Deletion zwischen
1085 und1090

kein

Lo-Guidice et al., 1999

NAT1*29

T1088A, C1095A, ?1025

kein

Lo-Guidice et al., 1999


39

Schema 7: Mutationen im NAT1-Gen (nach Lo-Guidice et al., 2000). 5‘, 3‘UTR: untranslated region, Bereiche außerhalb der proteinkodierenden Region des Gens.

Ethnische Unterschiede. Das Ziel bisheriger Studien bestand vor allem im Auffinden bisher unbekannter Mutationen des NAT1-Gens und der Untersuchung der funktionellen Relevanz dieser Allele. Es existieren nur wenige Befunde über die Verbreitung der NAT1-Mutationen in verschiedenen ethnischen Gruppen.
Tab. 11 zeigt, dass das NAT1*4-Allel außer bei Chinesen und Malaysiern in den Populationen am stärksten verbreitet ist, unter Europäern und Nordamerikanern zu ca. 75%. In der japanischen Studie betrug die Häufigkeit des Wildtyp-Allels nur 55,7%, das NAT1*10 Allel trat fast ebenso häufig auf (41,8%). Eine stärkere Verbreitung dieses Allels unter Japanern im Vergleich zu anderen Bevölkerungsgruppen kann vermutet werden. Auffällig ist der hohe Anteil des NAT1*3-Allels in der Studie von Zhao et al. (1998). Weitere Untersuchungen, vor allem auch zur Verbreitung der selteneren Allele in verschiedenen Populationen, sind notwendig.


40

Tab. 11: Erkenntnisstand zur interethnischen Verbreitung der NAT1-Allele.

Population
(Zahl der Individuen)

Allelhäufigkeit in der Population (%)


Literatur

*3

*4

*10

*11

*14A

*14B

*15

*17

*22

*24

 

Dänen (471)

n.b.

73,9

24,7

1,4

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

Okkels
et al., 1997

Engländer (32)

1,6

75,0

18,8

1,6

1,6

1,6

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

Payton/ Sim, 1998

Engländer (112)

2,7

77,7

16,1

4,5

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

Bell et al., 1995a

Franzosen (322)

2,0

74,4

20,5

1,4

1,7

0

0

n.b.

n.b.

n.b.

Bouchardy et al., 1998

Nordamerikaner (full-square) (328)

3,0

74,2

17,4

1,2

2,0

0

0,3

1,1

0,8

n.b.

Zheng et al., 1999a

Japaner (122)

2,5

55,7

41,8

0

0

0

0

0

n.b.

n.b.

Katoh
et al., 1998

Inder (140)

30,0

51,0

17,0

2,0

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

Zhao et al., 1998b

Chinesen (181)

33,0

30,0

39,0

2,0

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

Malaysier (122)

29,0

30,0

39,0

2,0

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

n.b.

a Tests auf das Vorhandensein der Allele NAT1*5, NAT1*16 und NAT1*19 waren negativ. b Tests auf das Vorhandensein des Allels NAT1*5 waren negativ.

Funktionelle Relevanz der NAT1-Mutationen. Zur funktionellen Relevanz der NAT1-Mutationen, insbesondere der selten auftretenden Allele, liegen bisher nur wenige, teilweise uneinheitliche Daten vor. Tab. 12 stellt die Ergebnisse der bisherigen Studien im Überblick dar. Ob das Genprodukt des NAT1*10-Allels eine höhere Aktivität im Vergleich zum Genprodukt des Wildtyp-Allels besitzt, wird derzeit kontrovers diskutiert. Auch bezüglich des Genprodukts des NAT1*11-Allels kann in dieser Hinsicht keine eindeutige Aussage getroffen werden. NAT1*14A, NAT1*14B und NAT1*16 kodieren nach bisherigen Erkenntnissen Enzyme mit verminderter Aktivität, während die Produkte von NAT1*15 und NAT1*22 funktionslos sind. Bezüglich der relativ selten auftretenden Allele NAT1*16, NAT1*17, NAT1*21, NAT1*22, NAT1*24 und NAT1*25 ist der Datenumfang gering.


41

Tab. 12: Erkenntnisstand zur funktionellen Relevanz von NAT1-Allelen.



Allel



Untersuchungsobjekt

Vergleich der
in vitro-Acetylierung von Standard-substraten a



Literatur

NAT1*10

Blasen- und Dickdarmschleimhaut

rekombinantes Humanenzym (E. coli)
Erythrozyten

NAT1 4 < NAT1 10

NAT1 4 ? NAT1 10
NAT1 4 ? NAT1 10

Bell et al., 1995a, b
Badawi et al., 1995
Hughes et al., 1998
Payton/Sim, 1998

NAT1*11

rekomb. Humanenzym (E. coli)
Erythrozyten

rekomb. Humanenzym (E. coli)

NAT1 4 > NAT1 11
NAT1 4 > NAT1 11

NAT1 4 ? NAT1 11
NAT1 4 < NAT1 11

Hughes et al., 1998
Risch et al., 1996
Payton/Sim, 1998
de Leon et al., 2000
Doll et al., 1997

NAT1*14

rekomb. Humanenzym (E. coli)
Blutzell-Lyst

NAT1 4 > NAT1 14
NAT1 4 > NAT1 14

Hughes et al., 1998
Butcher et al., 1998

NAT1*15

rekomb. Humanenzym (E. coli)

keine Aktivität

Hughes et al., 1998
Lin et al., 1998

NAT1*16

Leukozyten-Zytosol, rekomb. Humanenzym (COS-1-Zellen)

NAT1 4 > NAT1 16

de Leon et al., 2000

NAT1*17

rekomb. Humanenzym (E. coli)
Blutzell-Lysat

keine Aktivität
NAT1 4 > NAT1 17

Lin et al., 1998
Butcher et al., 1998

NAT1*21

rekomb. Humanenzym (E. coli)

NAT1 4 < NAT1 21

Lin et al., 1998

NAT1*22

rekomb. Humanenzym (E. coli)

Keine Aktivität

Lin et al., 1998

NAT1*24

rekomb. Humanenzym (E. coli)

NAT1 4 < NAT1 24

Lin et al., 1998

NAT1*25

rekomb. Humanenzym (E. coli)

NAT1 4 < NAT1 25

Lin et al., 1998

a Standardsubstrate: PABA, PAS, SMZ

NAT1-NAT2-linkage. Wegen des geringen chromosomalen Abstandes von NAT1 und NAT2 wird zur Zeit die Frage der Kopplung der beiden Gene (genetic linkage) und die daraus folgende gekoppelte Vererbung der Merkmale intensiv diskutiert. In einer Gruppe von 709 gesunden Probanden trat das NAT1*10-Allel signifikant häufiger bei homozygoten Trägern des NAT2-Wildtyp-Allels (NAT2*4/*4) auf (Cascorbi et al., 1999). In einer Studie von Smelt et al. (1998) war die Kombination NAT1*10/NAT2*4 3,5mal häufiger vertreten als erwartet. In anderen Studien deuteten die Ergebnisse nicht auf das Vorhandensein eines genetic linkage zwischen NAT1 und NAT2 hin (Hubbard et al., 1998, Bruhn et al., 1999).


42

Pathophysiologische und toxikologische Bedeutung des genetischen Polymorphismus der Arylamin-N-Acetyltransferase 1

Epidemiologische Studien zur Klärung eines Zusammenhangs zwischen dem NAT2-Polymorphismus und dem Risiko von Tumorerkrankungen ergaben, dass Individuen mit hoher NAT2-Aktivität ein höheres Risiko der Erkrankung an Lungen- Kehlkopf- und Dickdarmkrebs besitzen; bei Blasenkrebs führt eine niedrige NAT2-Aktivität zu einem höheren Risiko (Cascorbi et al., 1996, Henning et al., 1998, Roberts-Thomson et al., 1999, Brockmöller et al., 1996). Auch für NAT1 wird nach Zusammenhängen zwischen der genetischen Disposition und dem individuellen Risiko einer malignen Erkrankung, der individuellen Reaktion auf chemische Mutagene oder dem Auftreten einer Arzneimittel-Nebenwirkung gesucht. Im folgenden soll ein umfassender Überblick über die Ergebnisse der bisher durchgeführten Studien zu dieser Thematik gegeben werden.

Bauchspeicheldrüsenkrebs. In einer Studie von Bartsch et al. (1998) waren Träger eines NAT1*3-, NAT1*4- oder NAT1*11-Allels im Vergleich zu den homozygoten oder heterozygoten Trägern eines NAT1*10-Allels tendenziell, aber nicht signifikant häufiger unter den Erkrankten vertreten (n = 81/78, p = 0,18). Ausgehend von der Hypothese, dass NAT1*10 ein Enzym mit erhöhter Aktivität kodiert, erklären die Autoren diesen Befund mit der verstärkten Entgiftung von karzinogenen Aminen wie beispielsweise PhIP bei Trägern dieses Allels.

Blasenkrebs. Von CYP1A2 aus aromatischen Aminen gebildeten N-Hydroxy-Arylamine (siehe Schema 5 ) können von der NAT1 der Blasenschleimhaut zu instabilen N-Acetoxy-Estern aktiviert werden, die zu Nitrenium-Ionen mit der Fähigkeit zur Bildung kovalenter DNA-Addukte zerfallen; ein C-8-substituiertes Deoxyguanosin-Derivat gilt als das am häufigsten vorkommende Addukt. In einer Studie von Badawi et al. (1995) war die nachweisbare Zahl dieser DNA-Addukte bei Individuen mit dem Genotyp NAT1*4/*10 (n = 8) doppelt so hoch wie bei homozygoten Trägern des Wildtyp-Allels (n = 17). Die Autoren postulierten daher, dass Träger des NAT1*10-Allels einem erhöhten Blasenkrebsrisiko ausgesetzt sind. Diese Hypothese konnte in einer Fall/Kontroll-Studie (n = 254/242) von Okkels et al. (1997) nicht bestätigt werden. Es wurde kein Zusammenhang


43

zwischen NAT1-Mutationen und dem Auftreten von Blasenkrebs festgestellt. Im Gegensatz dazu wurde in einer Blasenkrebs-Studie in der Berliner Bevölkerung eine signifikante Überrepräsentation der Allele NAT1*11, NAT1*14 und NAT1*15 unter den Erkrankten gefunden (n = 424/341, Brockmöller et al., 1998).

Brustkrebs. Als eine mögliche Ursache für die Entstehung von Brustkrebs wird die Bildung von DNA-Addukten infolge der Einwirkung gentoxischer Substanzen betrachtet. In einer Studie von Pfau et al. (1998) wurde das Gewebe von Brustkrebs-Patientinnen auf das Vorhandensein dieser Addukte untersucht. Die die DNA-Modifikationen auslösenden Chemikalien konnten nicht identifiziert werden. Es wurde kein Zusammenhang zwischen der Zahl der DNA-Addukte und dem NAT1-Genotyp der Patientinnen gefunden. In einer Fall/Kontroll-Studie
(n = 53/101) von Zheng et al. (1999) war das Brustkrebs-Risiko bei Patientinnen mit mindestens einem NAT1*10-Allel leicht, aber nicht signifikant erhöht. Trägerinnen eines NAT1*11-Allels besaßen dagegen ein um nahezu das Vierfache erhöhtes Risiko (n = 11/7, OR = 3,8; 95% VB 1,4 - 10,2). Als begünstigende Faktoren für die Entstehung von Brustkrebs wurden das Rauchen und bestimmte Ernährungsgewohnheiten (häufiger Verzehr von well done zubereitetem Fleisch) erkannt. In einer Fall/Kontroll-Studie mit 498/473 Individuen gab es keinen Hinweis auf einen Zusammenhang zwischen dem NAT1-Genotyp allein und dem Risiko, an Brustkrebs zu erkranken (Millikan et al., 1998). Das Risiko für Raucherinnen mit mindestens einem NAT1*10-Allel (OR = 9,0; 95% VB 1,9 - 41,8) lag jedoch höher als das für Raucherinnen ohne dieses Allel (OR = 2,5; 95% VB 0,9 - 7,2).

Dickdarmkrebs. Das Risiko einer Erkrankung an dieser Krebsart scheint in hohem Maße mit dem Umfang der Exposition mit Karzinogenen wie PhIP, MelQ, MelQx, Glu-P2 und IQ (vgl. Tab. 7 ) verbunden zu sein. Diese Karzinogene sind vor allem in gekochtem und gegrilltem Fleisch und Fisch und Zigarettenrauch vorhanden, so dass bestimmte Lebens- und Ernährungsgewohnheiten das Risiko einer Dickdarmkrebserkrankung erhöhen könnte. Die durch NAT1 oder NAT2 katalysierte Bioaktivierung dieser Substrate führt über verschiedene Zwischenprodukte (vgl. Schema 5 ) zu DNA- und protein-reaktiven Nitrenium-Ionen. Es konnte gezeigt werden, dass ein häufiger Verzehr von gekochtem


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Fleisch bei Individuen mit hoher NAT1- und/oder NAT2-Aktivität ein höheres Risiko für Dickdarmkrebs in sich birgt (Roberts-Thomson et al., 1999). Moisio et al. (1998) suchten bei 341 an Dickdarmkrebs erkrankten finnischen Individuen nach Zusammenhängen zwischen dem NAT1-Polymorphismus und der Lokalisation der Tumoren (proximal, distal) sowie dem Zeitpunkt des Auftretens der Erkrankung. Das erstmalige Auftreten der Erkrankung war in dieser Studie bei Trägern eines NAT1*10-Allels zu jüngerem Lebensalter hin verschoben. Außerdem waren bei diesen Individuen distale Tumoren signifikant häufiger vertreten. In Untersuchungen von Bell et al. (1995a) war das NAT1*10-Allel bei Patienten mit Dickdarmkrebs überrepräsentiert. Diese Befunde konnten in Studien von Probst-Hensch et al. (1996), Hubbard et al. (1998) und Katoh et al. (2000) nicht bestätigt werden. Auch in einer umfangreichen Studie von Lin et al. (1998) mit 932 Probanden konnte kein Zusammenhang zwischen verschiedenen NAT1-Mutationen und dem Auftreten von Dickdarmkrebs gefunden werden.

Lungenkrebs. Abdel-Rahman et al. (1998) fanden bei NAT1*10-Individuen ein 3,7fach erhöhtes Lungenkrebs-Risiko im Vergleich zur Kontrollgruppe (95% VB 1,2 - 16,0). Im Vergleich zu Individuen mit dem NAT1*3/*4- bzw. NAT1*4/*4-Genotyp besaßen in einer Fall/Kontroll-Studie (n = 91/95) von Bouchardy et al. (1998) Träger von mindestens einem NAT1*10- oder NAT1*11-Allel ein geringeres Lungenkrebs-Risiko (OR = 0,2; 95% VB 0,03 - 0,7 für NAT1*10/*10 bzw. NAT1*10/*11, n = 2/14; OR = 0,6; 95% VB 0,4 - 1,1 für NAT1*4/*10 NAT1*4/*11 und NAT1*3/*10, n = 50/60). Für Träger eines NAT1*14-Allels, d.h. die Genotypen NAT1*4/*14 und NAT1*3/*14, war das Risiko erhöht (n = 7/3, OR = 1,8; 95% VB 0,4 - 9,4).

Magenkrebs. In einer Fall/Kontroll-Studie (Katoh et al., 2000) mit 140 Magenkrebs-Patienten und 122 gesunden Kontrollindividuen war das Risiko, an dieser Krebsart zu erkranken, bei Trägern des NAT1*10-Allels, die außerdem starke Raucher waren, signifikant erhöht (OR = 3,0; 95% VB 1,2 - 7,1).

Mundhöhlen-, Rachen- und Kehlkopfkrebs. In einer fallkontrollierten Studie mit an Mundhöhlenkrebs erkrankten Japanern (n = 62/122, Katoh et al., 1998) wurde ein höheres Risiko bei Individuen mit dem NAT1*10-Allel im Vergleich zu


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homozygoten Trägern des NAT1*3 bzw. NAT1*4-Allels festgestellt (OR = 3,7; 95% VB 1,6 - 8,5 für NAT1*4/*10 und OR = 3,3; 95% VB 1,3 - 8,6 für NAT1*10/*10). Kein Zusammenhang zwischen dem NAT1-Polymorphismus und dem Auftreten von Mundhöhlen-, Rachen- oder Kehlkopfkrebs wurde dagegen in einer Studie von Jourenkova-Mironova et al. (1999) mit 250 Patienten und 172 Kontroll-Individuen gefunden. Auch Henning et al. (1999) konnten in einer Fall/Kontroll-Studie (n = 255/510) keine Überrepräsentation eines mutierten NAT1-Allels bei Kehlkopfkrebs-Patienten feststellen.

Prostatakrebs. Obwohl die Ursachen für die Entstehung von Prostatakrebs noch nicht vollständig geklärt sind, spielen offensichtlich bestimmte Ernährungsgewohnheiten dabei eine Rolle. Es konnte nachgewiesen werden, dass der häufige Verzehr von gekochtem Fleisch oder Fisch die Entstehung dieser Krebsart fördert. Ursache dafür sind wahrscheinlich darin enthaltene heterozyklische Amine wie PhIP und MelQx (siehe Tab. 7 ), die nach N-Oxidation durch CYP1A2 und Bioaktivierung durch Arylamin-N-Acetyltransferasen zu
N-Acetoxy-Aminen und schließlich Nitrenium-Ionen (siehe Schema 5 ) nachweislich DNA-Addukte in Prostatageweben bilden können. Die am häufigsten vorkommenden Addukte sind dabei Desoxyguanosyl-8-Cytosinoyl-MelQx bzw. Desoxyguanosyl-8-Cytosinoyl-PhIP (Wang et al., 1999). Fukutome et al. (1999) fanden bei Individuen mit dem NAT1*10/*10-Genotyp ein signifikant erhöhtes Risiko im Auftreten von Prostatakrebs im Vergleich zu heterozygoten Trägern von NAT1*10 bzw. Individuen ohne dieses Allel (OR = 2,4; 95% VB 1,0 - 5,6). Die Autoren postulierten ein verstärktes Auftreten o.g. DNA-Addukte von heterozyklischen Aminen bei homozygoten NAT1*10-Trägern infolge der vermuteten höheren Enzymaktivität von NAT1 10.

Bioaktivierung von Fremdstoffen. An der Entgiftung und metabolischen Aktivierung von aromatischen und heterozyklischen Aminen sind nach bisherigen Erkenntnissen neben NAT1 und NAT2 auch Cytochrom P450-Isoenzyme und Prostaglandin-H-Synthasen direkt beteiligt (siehe Schema 5 ). Obwohl ein Beweis für die Entstehung von Tumoren bedingt durch diese Substanzen bisher nur bei Nagern und Affen erbracht werden konnte, stellen sie potentielle Karzinogene auch für den Menschen dar (Liu and Levy, 1998). Von besonderem Interesse sind


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die Substanzen 4-Aminobiphenyl, ß-Naphtylamin, IQ, PhIP, MelQ, MelQx und Glu-P2 (siehe Tab. 7 ), da sie im Zigarettenrauch enthalten sind bzw. beim Kochen und Grillen von Fleisch infolge der Pyrolyse von Aminosäuren in Gegenwart von Kreatin entstehen. Die Biotransformation dieser Substanzen führt zu Arylnitrenium-Ionen, die DNA-Addukte bilden können. Für MelQx und PhIP konnte eine Bildung derartiger Addukte in humanen Geweben (Totsuka et al., 1996, Wang et al., 1999) und für IQ unter Vermittlung von rekombinanten humanen Enzymen (PHS-1, PHS-2, NAT1, NAT2) bereits nachgewiesen werden (Liu and Levy, 1998).

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass trotz teilweise umfangreicher Studien keine eindeutige Beziehung zwischen dem NAT1-Gentoyp und dem Risiko einer Erkrankung an Blasen-, Brust-, Dickdarm-, Lungen-, Mundhöhlen-, Rachen- oder Kehlkopfkrebs gefunden werden konnte. Für Magen- und Prostatakrebs gibt es Hinweise darauf, dass Träger mindestens eines NAT1*10-Allels ein größeres Risiko besitzen, für die Erkrankung an Bauchspeicheldrüsenkrebs stellt die Anwesenheit von NAT1*10 im Genotyp möglicherweise einen Schutzfaktor dar. Diese Aussagen sind jedoch jeweils erst durch eine Studie belegt.

Bei der Metabolisierung von Fremdstoffen stellt nach bisherigen Erkenntnissen eine hohe NAT1-Aktivität in Verbindung mit bestimmten Lebens- und Ernährungsgewohnheiten einen Risikofaktor für genetische Schäden dar. Allerdings muss die NAT1-Aktivität im Zusammenspiel mit anderen, an der Entgiftung bzw. metabolischen Aktivierung beteiligten Biotransformationsenzymen wie NAT2, CYP1A2 und PHS betrachtet werden.


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Fri Jun 8 12:39:32 2001