Human arsenic methyltransferase pharmacogenetics: functional studies of common polymorphisms and its impact on medicine

In den letzten Jahren entwickelte sich die klinische Forschung auch in Richtung Pharmakogenetik. Diese ist definiert als die Erforschung von unterschiedlichen Reaktionen auf dieselbe Menge eines Arzneistoffs, wofür eine genetische Ursache vorliegt. Der Grund hierfür liegt also in unseren Genen mit ihren Variationen. Eine bestimmte Dosis eines Arzneistoffs kann beim Menschen einerseits eine letale Wirkung hervorrufen oder andererseits wirkungslos sein. Diese Unterschiede werden auf Genpolymorphismen zurückgeführt. Man spricht von genetischem Polymorphismus, wenn sich Desoxyribonukleinsäure-Stränge in der Basensequenz unterscheiden. Einer der bekanntesten Polymorphismen ist die Punktmutation, welche eine Änderungen von einzelnen Basen in der Nukleotidsequenz darstellt. Diese Form wird am häufigsten beobachtet und hat in der Forschung momentan die größte Bedeutung. Als weitere Form des Polymorphismus spielt die Existenz von “variable number tandem repeats“ eine wichtige Rolle. Diese Variationen schließen individuelle Allele ein, die eine unterschiedliche Anzahl von Wiederholungen einer gleichen Nukleotidsequenz haben. In vielen Teilen der Welt findet man Arsen in erhöhten Konzentrationen im Trinkwasser. Es wird vom Menschen im Gastrointestinaltrakt resorbiert, ist aber kein Spurenelement. Anorganisches Arsen wird im Körper methyliert. Die Konjugation mit einer oder mehreren Methylgruppen spielt bei der Biotransformation von vielen Medikamenten und Neurotransmittern eine große Rolle. Die Aktivität der Thiopurin-Methyltransferase ist in menschlichen Erythrozyten messbar. Man weiß bei diesem Enzym, dass häufig auftretende genetische Polymorphismen für unterschiedliches Ansprechen auf Arzneistoffe verantwortlich sind. Ziel der hier vorgestellten Arbeit war es, die Unterschiede im menschlichen Arsen-Methyltransferase-Gen zu analysieren und mögliche Auswirkungen auf die Enzymfunktion zu untersuchen. Wir untersuchten die Hypothese, ob individuelle Variationen des Arsen-Methyltransferase-Gens zu individuellen Enzymaktivitäten in vivo beitragen. Darüber hinaus wurde geprüft, ob diese Veränderungen für die Unterschiede hinsichtlich akuter Toxizität und langfristiger Tumorentstehung durch Arsen im menschlichen Körper verantwortlich sein könnten. Wir untersuchten diese Hypothese vom Genotypen ausgehend zum Phänotypen, und nicht, wie in letzter Zeit üblich, umgekehrt. Das Projekt konzentrierte sich am Anfang auf die 5’-flankierende Region und die Punktmutationen im offenen Leserahmen des Arsen-Methyltransferase-Gens. Zunächst wurde die entsprechende menschliche DNA sequenziert und 26 Polymorphismen waren nachweisbar: 3 Punktmutationen innerhalb des offenen Leserahmens führten jeweils zu einer Veränderung der Aminosäuresequenz. Anschließend wurde ein Testsystem entwickelt, um die Enzymaktivität von Wildtyp- und Mutantenprotein der Arsen-Methyltransferase zu quantifizieren. Desweiteren konnte ein “variable number tandem repeat“ im 5’ nicht translatierten Bereich nachgewiesen. Eine Reihe von Reporter-Genkonstrukten mit unterschiedlichen Anteilen der 5’-flankierenden sowie der 5’-nicht translatierten Region wurde verwendet, um den Promotor des Gens zu identifizieren und somit mögliche funktionelle Einflüsse des “variable number tandem repeat“ auf die Enzymaktivität zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Unterschiede im Methylierungsgrad auf die Polymorphismen im Arsen-Methyltransferase-Gen zurückzuführen sind. Nicht nur der offene Leserahmen, sondern auch die Region innerhalb des flankierenden Bereichs und des nicht translatierten Bereichs haben Auswirkungen auf die Enzymaktivität. Die hier dargestellten Ergebnisse können in Zukunft eine wichtige Grundlage bilden, um die pharmakogenetische Information des menschlichen Arsen-Methyltransferase-Gens im Klinikalltag zu nutzen und somit eine individuelle Patientenbehandlung zu gewährleisten.