Aus dem Institut für Klinische Pharmakologie
der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin
und der Abteilung für linische Pharmakologie
der Staatlichen Medizinischen Akademie Woronezh

Dissertation

Genotyping of the polymorphic drug metabolizing enzymes cytochrome P450 2D6 and 1A1, and N-acetyltransferase 2 in a Russian sample

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

von
Elena A. Gaikovitch
aus Lipetsk (Russland)


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Dekan: Prof. Dr. Joachim W. Dudenhausen

Gutachter:
1. Prof. Dr. med. Ivar Roots
2. Prof. Dr. med. Stefan-Martin Brand-Herrmann
3. Prof. Dr. med. habil. Ullrich Kleeberg

Datum der Promotion:14.07.2003

Abstrakt

Die Umwandlung in wasserlösliche Verbindungen, die renal ausgeschieden werden können, ist ein grundlegendes Prinzip im Abbau von Fremdstoffen. Hierbei unterscheidet man Phase-I- und Phase-II-Reaktionen. Die Aktivität vieler Phase-I- und Phase-II-Enzyme ist genetisch beeinflusst und kann starke interindividuelle Unterschiede im Metabolismus von Fremdstoffen verursachen und dadurch das Krebsrisiko und das Risiko für Arzneimittelnebenwirkungen beeinflussen. Die Häufigkeitsverteilungen der Allele der Gene, die Phase-I- und Phase-II-Enzyme kodieren, zeigen eine große interethnische Varianz. Die Polymorphismen dieser Enzyme wurden bisher jedoch noch nicht in der größten slawischen Volksgruppe, der russischen, untersucht. An der vorliegenden Studie nahm eine Gruppe von 325 Personen russischer Abstammung teil - gesunde Probanden bzw. Patienten, die nicht an einer malignen Erkrankung litten. Die Polymorphismen von zwei Enzymen der Phase I, CYP1A1 und CYP2D6, und von einem Enzym der Phase II, NAT2, wurden mittels PCR-RFLP-Genotypisierung und Real-time-PCR-Verfahren komplett untersucht. Die Häufigkeit der CYP1A1 Allele mit hoher Aktivität, CYP1A1*2A und CYP1A1*2B, betrug 4,6% (3,1%-6,5%) bzw. 5,1% (3,5%-7,1%). Die Häufigkeiten der genetischen Varianten von CYP1A1 waren: m1 (3801T>C) - 9,8% (95% Vertrauensbereich, 7,7%-12,4%), m2 (2455A>G) - 5,0% (95% VB, 3,5%-7,1%), m4 (2453C>A) - 2,5% (1,4%-4,0%), m5 (-4335G>A) - 25,8% (22,5%-29,4%), m6 (-3219C>T) - 6,0% (4,3%-8,1%), und m7 (-3229G>A) - 2,9% (1,8%-4,5%). Die Mutation m3, die bisher nur bei Afrikaner gefunden wurde, konnten wir nicht nachweisen. 5,9% (3,5%-9,2%) aller Probanden waren CYP2D6 Langsam-Metabolisierer und 3,4% (1,7%-6,3%) wurden als Ultraschnell-Metabolisierer identifiziert (CYP2D6*1x1/*1). Bei der Genotypisierung von acht verschiedenen Punktmutationen im NAT2-Gen ergab sich für 59,7% (54,1%-65,1%) der Studienteilnehmer ein Genotyp, der mit einer Langsam-Acetylierer-Status einhergeht. 34,7% (29,6%-40,2%) der Probanden hatten ein und 5,6% (3,3%-8,6%) zwei für die Schnellacetylierung kodierende Allele. Die Allelverteilung der für die wichtigsten Enzyme im Arzneimittelstoffwechsel kodierenden Gene ist bei Russen ähnlich wie bei anderen Kaukasiern. Es kann deshalb erwartet werden, dass die genetisch-bedingten Unterschiede in der Wirksamkeit und im Auftreten von Arzneimittelnebenwirkungen in der russischen Bevölkerung vergleichbar sind mit denen in anderen europäischen Populationen.

Eigene Schlagworte: Cytochrome P450, CYP1A1, CYP2D6, NAT2, Russische Bevölkerung, Genotyp

Abstract

The basic principle of drug and xenobiotic metabolism in the body is to make them more water soluble and thus more readily excreted in the urine. Genetic polymorphisms of phases I and II xenobiotic transformation reactions are known to contribute considerably to interindividual variations in the metabolism of numerous drugs and xenobiotics and to associate with altered risk of adverse drug reactions and some cancers. The frequency of functionally important mutations and alleles of genes coding for xenobiotic metabolizing enzymes shows a wide ethnic variation. However, little is known of the frequency distribution of the major allelic variants in the Russian population. In this study we investigated 325 individuals of Russian origin, who were healthy volunteers or patients without malignant diseases. Our study included the complete investigation of two enzymes of phase I, CYP1A1 and CYP2D6, and one phase II enzyme, NAT2, using PCR-RFLP genotyping and LightCycler method. The frequencies of the CYP1A1 high-activity alleles, CYP1A1*2A and CYP1A1*2B, were 4.6% (3.1%-6.5%) and 5.1% (3.5%-7.1%), respectively. The mutations m1 (3801T>C), m2 (2455A>G), m4 (2453C>A), m5 (-4335G>A), m6 (-3219C>T), and m7 (-3229G>A) of CYP1A1 occurred in 9.8% (95% confidence interval, 7.7%-12.4%), 5.0% (95% C. I., 3.5%-7.1%), 2.5% (1.4%-4.0%), 25.8% (22.5%-29.4%), 6.0% (4.3%-8.1%), and 2.9% (1.8%-4.5%) of alleles, respectively. We did not find the m3 mutation, which has only been detected in Africans up to now. 5.9% (3.5%-9.2%) of all subjects were CYP2D6 poor metabolizers, whereas 3.4% (1.7%-6.3%) were identified as ultra-rapid metabolizers (CYP2D6*1x1/*1). Genotyping eight different single nucleotide polymorphisms in the NAT2 gene provided a genotype associated with slow acetylation in 59.7% (54.1%-65.1%) of individuals, 34.7% (29.6%-40.2%) of participants carried at least one allele encoding rapid acetylation, and 5.6% (3.3%-8.6%) were homozygous for the rapid-acetylation allele (wild-type allele *4 or mutant allele *12A). The overview of allele distribution of the important drug and xenobiotic metabolizing enzymes among Russians shows that the allele frequency is similar to that of other Caucasians. Therefore it may be expected that drug side effects and efficacy problems due to an individual's genetic background are similar compared to those in other European populations.

Eigene Schlagworte: Cytochrome P450, CYP1A1, CYP2D6, NAT2, Russians, Genotype


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21.10.2003