Farmacogenòmica dels enzims udp-glucuronosiltransferasa humana | la revista farmacogenòmica

Farmacogenòmica dels enzims udp-glucuronosiltransferasa humana | la revista farmacogenòmica

Anonim

Resum

Els enzims UDP-glucuronosiltransferasa (UGT) comprenen una superfamília de proteïnes clau que catalitzen la reacció de glucuronidació en una àmplia gamma de productes químics endògens i exògens estructuralment diversos. La glucuronidació és una de les principals reaccions metabolitzadores dels fàrmacs de fase II que contribueix a la biotransformació de fàrmacs. Aquest procés bioquímic també està implicat en la protecció contra toxicants ambientals, cancerígens, toxines dietètiques i participa en l’homeòstasi de nombroses molècules endògenes, incloses la bilirubina, les hormones esteroides i els àcids biliaris. Amb els anys, es van fer avenços significatius en el camp de la glucuronidació, especialment pel que fa a la identificació dels UGTs humans, l’estudi de la distribució dels seus teixits i les especificitats del substrat. Més recentment, el grau de diversitat al·lèlica també ha estat revelat per a diversos gens UGT humans. Alguns UGT polimòrfics han demostrat un impacte farmacològic important a més de ser rellevants per a les reaccions adverses induïdes pel fàrmac i la susceptibilitat de càncer. Aquesta revisió se centra en els UGT humans, la descripció de la naturalesa de les variacions polimòrfiques i el seu impacte funcional. Es presenta la implicació farmacogenòmica dels UGT polimòrfics, més concretament el paper dels polimorfismes UGT en la modificació del risc de càncer i el seu impacte en el risc individual per a les toxicitats induïdes per fàrmacs.

INTRODUCCIÓ

Alguns enzims desintoxicants participen en la defensa de l'amfitrió contra les toxines endògenes i els productes químics xenobiòtics. Entre aquests, els enzims UDP-glucuronosiltransferasa (UGTs; EC 2.4.1.17) es troben en molts organismes vius diversos, des de bacteris fins a humans. Els UGT són enzims conjugadors units a la membrana que catalitzen la transferència del grup d’àcid glucurònic de l’àcid difosfogloglurònic uridí (UDPGlcA) al grup funcional (per exemple, hidroxil, carboxil, amino, sofre) d’un substrat específic (figura 1). La glucuronidació augmenta la polaritat dels compostos objectiu i facilita la seva excreció en bilis o orina.

Image

La reacció de glucuronidació. Els UGT pertanyen a una família multigènica d’importants enzims implicats en la inactivació i l’eliminació d’una àmplia gamma de substàncies nucleòfiles. Les UGT conjuguen molècules endògenes i exògenes. A més d’aquests compostos, les toxines i els fenols policíclics i simples es troben entre els substrats més crítics de les transferències, tot i que pràcticament totes les classes de fàrmacs són substrats d’enzims UGT. Els enzims UGT es localitzen a la membrana interna del reticle endoplasmàtic. 13 Aquesta reacció de conjugació implica la transferència de l'omnipresent cosubstrat d'uridina difosflo-glucurònica (UDPGlcUA) a molècules hidrofòbiques (també anomenades aglycones), donant lloc a la formació d'àcids β -D -glucopiranosidurònics o derivats del glucuronid (-G). Els glucuronids resultants contenen el radical D -glucopiranuronosílic lligat a -OR, -SR, -NR′R ″ o -CR. Després de la reacció de glucuronidació, els èters de O -glucuronida es formen a partir de substrats que contenen grups funcionals com ara alcohols alifàtics i fenols, mentre que els èsters de O -glucuronida es formen a partir de substrats que contenen grups funcionals com els àcids carboxílics. Aquests són els glucuronids més comuns. La glucuronidació d’amines primàries, secundàries aromàtiques i alifàtiques i d’amines terciàries condueix a la formació de N -glucuronides. A més, la presència d’un grup funcional sulfhidril, crea S -glucuronides, mentre que els grups carbonils produeixen C -glucuronides, tot i que s’han descrit molt pocs exemples d’aquests derivats.

Imatge a mida completa

Aquest sistema bioquímic ha estat estudiat principalment pel seu paper en la desintoxicació de compostos exògens, majoritàriament medicaments. De fet, pràcticament totes les classes de fàrmacs són substrats per a UGT i s'ha estimat que aquesta via suposa aproximadament el 35% de tots els fàrmacs metabolitzats per enzims metabolitzadors de drogues en fase II (DME). 1 Almenys dues funcions biològiques addicionals s’atribueixen als UGT: (i) la contribució dels UGT és determinant en el mecanisme de protecció contra alguns components dietètics tòxics, cancerígens de fum del tabac i diversos contaminants ambientals 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 i (ii) representen elements clau en l’homeòstasi de diverses molècules endògenes, incloses la bilirubina, hormones esteroides i tiroides, àcids grassos i àcids biliaris. 10, 11, 12, 13, 14

En els darrers anys, els avenços en el camp farmacogenòmic han donat suport al concepte que els factors genètics relacionats amb gens que codifiquen els EEM, els transportadors i els objectius farmacèutics tenen un paper important en la resposta clínica als fàrmacs terapèutics. 1, 15, 16, 17, 18, 19 Aquests factors genètics inclouen alteracions genètiques comunes o polimorfismes (> 1% de freqüència), petites insercions o supressions o polimorfismes d’un sol nucleòtid (SNPs). Els polimorfismes s’observen en diverses regions d’un gen, incloses les seqüències reguladores i codificadores, però també en els introns i les regions 5 ′ i 3 ′ no traduïdes. Segons la naturalesa de la variació i la seva ubicació dins d’un gen determinat, les conseqüències fenotípiques gairebé no es poden observar, o poden alterar la funció o l’expressió de la proteïna. En el cas dels UGTs, aquestes alteracions genètiques podrien modificar la capacitat de glucuronidació de l'individu que porta aquest polimorfisme. El fenomen és encara més rellevant tenint en compte que un nombre creixent d’estudis han tret a la llum exemples de variacions interindividuals en la capacitat de glucuronidació envers diverses substàncies. 7, 16, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 Basat en les diverses funcions biològiques dels UGTs, es va produir una alteració significativa en un metabolisme la via que implica aquests enzims té el potencial de modificar significativament la farmacocinètica d’un determinat fàrmac, cancerigen o molècula endògena. Comencen a aparèixer coneixements sobre els mecanismes genètics subjacents a la variabilitat en la capacitat de glucuronidació, però fins ara només s’han descrit uns pocs polimorfismes genètics clínicament rellevants en els UGT. Els treballs recents han demostrat que les variacions genètiques afecten les taxes de glucuronidació i influeixen en el risc que un individu desenvolupi toxicitat induïda per fàrmacs. 35, 37, 61, 62, 63, 64 No s’entén malament el paper dels factors genètics en la determinació de taxes variables de glucuronidació d’hormones, carcinògens de fum del tabac, contaminants ambientals i components dietètics. Trobades recents suggereixen que les alteracions metabòliques poden determinar el grau d’exposició d’un individu a substàncies tòxiques o cancerígenes durant un llarg període de temps i poden contribuir a modificar la susceptibilitat de malalties com el càncer. 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73

Aquesta revisió està enfocada a treballs recents en l’àmbit de la farmacogenòmica dels TGU humans. Es tractaran els següents temes: (i) visió general dels enzims UGT humans; (ii) descripció dels enzims polimorfs UGT humans; (iii) fenòmens farmacogenòmics que involucren enzims UGT polimorfics en resposta al fàrmac i (iv) fenòmens farmacogenòmics que impliquen enzims polimorfs UGT en càncer.

Una breu visió general de la via de la GLUCURONIDACIÓ i dels objectius humans

La reacció de glucuronidació, catalitzada per UGTs unides a membrana, implica la transferència del còsubstrat omnipresent UDPGlcA a molècules hidrofòbiques (també anomenades aglycones). Aquesta reacció condueix a la formació d’àcids β -D -glucopiranosidurònics o derivats del glucuronid (-G) (Figura 1). La reacció de glucuronidació confereix polaritat a xenobiòtics, fàrmacs i compostos endògens, que per tant són més fàcilment excretats del cos. El grup carboxil de l’àcid glucurònic, ionitzat a pH fisiològic, afavoreix l’excreció augmentant la solubilitat aquosa del glucuronida, altrament altament hidrofòbica. El glucuronida és reconegut pels sistemes de transport d’anions orgànics biliar i renal, que permeten la secreció a l’orina i la bilis. En comparació amb altres enzims conjugadors com l’acetiltransferases (NAT), la glutatió S -transferases (GST) i les sulfotransferases (ST), els UGT tenen l’efecte més profund tant en la desintoxicació com en la promoció de l’excreció, a través de l’orina i la bilis. A més, atès que l’addició d’àcid glucurònic als compostos modifica la seva estructura, la glucuronidació modifica l’activitat biològica del compost estranger principal. Generalment, la funció biològica de l'aglycone és abolida per glucuronidació. En pocs casos (glucuronids de morfina i àcids retinoics), la glucuronidació mantindrà o augmentarà la seva funció biològica. 74, 75

El coneixement sobre l'especificitat del substrat dels enzims UGT i la seva expressió i regulació dels teixits ha progressat significativament en els darrers anys. Tot i que el fetge és reconegut com el lloc principal de glucuronidació, ara està clar que nombrosos òrgans també poden tenir una contribució significativa a la capacitat global de glucuronidació de l’organisme. Igual que altres DMEs, els UGT es localitzen a tots els ports d’entrada de productes químics, incloses les superfícies epitelials de la mucosa nasal, l’intestí, la pell, els glòbuls blancs i el pulmó (revisat a Tukey i Strassburg 76 ). Els UGT també s’expressen en una àmplia varietat de teixits, inclosos cervell, pròstata, úter, mama, placenta i ronyó, per citar només alguns. 11, 76, 77, 78, 79, 80

Ara s’entén amb més claredat la genètica molecular dels UGT humans, amb evidències de l’existència de subfamílies diferents, que comprenen més de 26 gens o ADNc (figura 2). Divuit d’elles corresponen a proteïnes funcionals i estan codificades per dues famílies gèniques, UGT1 i UGT2 que es basen en les seves similituds de seqüència, encara més dividides en tres subfamílies: UGT1A, UGT2A i UGT2B (per a informació detallada vegeu Mackenzie et al 81 ). En contraposició a la subfamília UGT2B, que inclou diversos gens independents, 82.83.84 tota la família UGT1 deriva d’un locus d’un sol gen ( UGT1 ) que abasta uns 210 kb al cromosoma 2 (2q37), que està compost per 17 exons. 85, 86, 87 Per sintetitzar la proteïna final, només una de les 13 seqüències d’exon-1 diferents del locus està associada a quatre exons aigües avall, comunes a totes les isoformes UGT1A. De les 13 seqüències exó-1, nou codi per a proteïnes funcionals (UGT1A1, UGT1A3-1A10) i quatre corresponen a pseudògens (p) (UGT1A2p, UGT1A11p, UGT1A12p i UGT1A13p). 85, 86, 87 proteïnes UGT estan compostes per 527-530 residus d'aminoàcids, amb un pes molecular de 50-57 kDa. La seqüència exon-1 de codis UGTs per al domini d’unió al substrat (la meitat N-terminal de la proteïna), mentre que els quatre codis exons comuns per al domini d’unió de cosubstrats (la meitat C-terminal de la proteïna). La presència de diferents dominis possibles d’unió al substrat confereix l’especialitat i la selectivitat de les proteïnes UGT1A. Es creu que les seqüències reguladores que flanquegen cadascuna de les regions exó-1 dicten el perfil d’expressió individual de les isoformes UGT1A. 76, 87 Cinc de les nou isoformes UGT1A es van aïllar del fetge humà, mentre que les tres isoformes restants es van observar estrictament en teixits extrahepàtics i van demostrar un patró d’expressió específic del teixit, principalment al tracte gastrointestinal. 68, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95

Image

Arbre filogenètic per als diferents isoenzims UGT. El dendrograma mostra ambdues famílies de UGT que comparteixen menys del 50% d’homologia. Els valors percentuals representen l'homologia entre dos grups o isoenzims únics a nivell d'aminoàcids. Els pseudògens no es van analitzar per homologia.

Imatge a mida completa

Fins a la data, s’han publicat les estructures de diversos gens UGT2B (compost per sis exons) i ADNcs. Es van aïllar diversos UGT2B del fetge i també dels teixits extrahepàtics. 76, 81, 82, 83, 84, 96, 97, 98, 99, 100, 101 A més, s’han trobat nombrosos pseudògens homòlegs, 83 tots ells agrupats amb gens UGT2B que codifiquen proteïnes funcionals al cromosoma 4 (4q13). Similar a la família UGT1, els membres de la subfamília UGT2B comparteixen un alt grau de similitud en la porció C-terminal de la proteïna i el major grau de divergència en seqüències codificades pels exons 1. També s’han caracteritzat dos membres de la subfamília UGT2A i es localitzen al cromosoma 4q13. Comparteixen aproximadament el 70% de la identitat amb els UGT2B. La funció biològica dels UGT2As es va proposar la terminació dels senyals odorants, tot i que no es limita a aquesta funció, ja que s’expressen en el fetge, l’intestí prim, el cervell i el pulmó fetal. 102.103.104

L’ampli ventall de substrats per a UGTs humans inclou compostos d’estructures químiques diverses. Diversos estudis han descrit les especificitats del substrat superposades de les proteïnes UGT. 76.105 D'altra banda, fins i tot en el cas que l'homologia entre UGT de la mateixa subfamília assoleixi el 95%, l'especificitat del substrat de les transferències individuals sembla que segueix sent distintiva. Més important encara, fins i tot si diversos UGT comparteixen un alt grau d’especificació del substrat, els UGT sovint presenten una expressió específica del teixit i fins i tot una expressió específica del tipus cel·lular dins d’un teixit. 88, 89, 90, 106 Com a exemple, utilitzant un anticòs anti-UGT2B17 específic, l'expressió d'aquest UGT conjugant amb androsterona es troba exclusivament en cèl·lules basals de l'epiteli de la pròstata. 106 Per tant, en situacions en què un UGT específic és inactiu o menys abundant, les característiques funcionals d’altres UGT inclosa l’especificitat d’un enzim i la seva eficàcia, el teixit i l’expressió específica del tipus cel·lular no seran suficients per compensar l’enzim deficient.

Fins a la data, s'han descrit diversos polimorfismes tant per als gens UGT1 com per als UGT2B . Aquesta àrea d’investigació s’ha convertit en molt activa i els informes de gens polimorfs UGT estan constantment emergents. En els apartats següents, els UGT humans seran revisats un per un per la presència de formes polimòrfiques de proteïna naturals, la seva prevalença en poblacions humanes, el seu impacte funcional i les seves implicacions fisiològiques, clíniques i / o fisiopatològiques.

UGT1A1

Polimorfismes comuns i mutacions rares associades a síndromes d’hiperbilirubinèmia congènita

UGT1A1 és el principal producte del gen UGT1 que catalitza la glucuronidació de la bilirubina, un producte de descomposició de l’heme, que s’ha d’eliminar del cos. Històricament, s'ha trobat que els defectes genètics del complex gènic UGT1 tenen un impacte profund en la salut dels individus afectats, especialment aquells que modificen l'activitat UGT1A1. La majoria de les alteracions genètiques del complex gènic UGT1 que s’han descrit fins ara corresponen a rares mutacions associades a dues formes familiars severes dels síndromes d’hiperbilirubinèmia no conjugada (trastorns de Crigler – Najjar tipus I i II). Els avenços en la genètica molecular d’aquestes síndromes s’han realitzat amb la identificació de ∼ 60 mutacions rares en el gen UGT1A1 , identificades com mutacions puntuals, supressions i insercions (Taula 1). Només alguns es van trobar a la població general amb una freqüència prou elevada (> 1%) per ser classificats com a polimorfismes. Entre aquests polimorfismes, hi ha una repetició de dinucleòtids a la regió de caixes TATA atípiques del promotor UGT1A1 . Les variacions en el nombre de repeticions A (TA) n TAA condueixen a quatre al·lels variants ( n = 5 UGT1A1 * 33; n = 6 UGT1A1 * 1; n = 7 UGT1A1 * 28; n = 8 UGT1A1 * 34) (Figura 3) . Estudis funcionals van revelar que augmentar el nombre de repeticions a la regió promotora condueix a una disminució de la taxa d’inici de la transcripció del gen UGT1A1 . 66.107.108.109 L’al·lel de tipus salvatge (UGT1A1 * 1) conté sis repeticions de TA, mentre que l’al·lel variant més comú (UGT1A1 * 28) conté set repeticions de TA i està associat a la forma lleu del síndrome d’hiperbilirubinèmia no conjugada heretada (síndrome de Gilbert) . 109.110 La síndrome de Gilbert també es caracteritza per l'absència de malalties hepàtiques i per episodis de icterícia lleu intermitent i es troba aproximadament entre el 6-12% de la població. 109.110.111.112.113 Estudis van demostrar que mutacions en el gen UGT1A1 , especialment l'homozigositat per a la variant UGT1A1 * 28, són responsables d'aquest síndrome. A més, aquesta variació genètica del gen UGT1A1 és un factor contributiu en icterícia neonatal perllongada. 114.115.116.117

Taula completa

Image

Variacions polimòrfiques comunes en els gens UGT1 (a) i UGT2B (b). (a) L'estructura del gen UGT1 presentada aquí es basa en el número d'adhesió de Genbank AF297093. 87 (b) Els al·lels UGT1A5 corresponen a: UGT1A5 * 1 Ala 158 Els seus 225 Leu 248 Val 249 Gly 259 ; UGT1A5 * 2 Gly 158 His 225 Leu 248 Val 249 Gly 259 ; UGT1A5 * 3 Ala 158 Tyr 225 Leu 248 Val 249 Gly 259 ; UGT1A5 * 4 Ala 158 Su 225 Ile 248 Leu 249 Arg 259 ; UGT1A5 * 5 Gly 158 His 225 Ile 248 Leu 249 Arg 259 ; UGT1A5 * 6 Ala 158 Tyr 225 Ile 248 Leu 249 Arg 259 ; UGT1A5 * 7 Gly 158 Tyr 225 Ile 248 Leu 249 Arg 259 . (c) Els al·lels UGT1A7 corresponen a: UGT1A7 * 1 Gly 115 Asn 129 Arg 131 Glu 139 Trp 208 ; UGT1A7 * 2 Gly 115 Lys 129 Lys 131 Glu 139 Trp 208 ; UGT1A7 * 3 Gly 115 Lys 129 Lys 131 Glu 139 Arg 208 ; UGT1A7 * 4 Gly 115 Asn 129 Arg 131 Glu 139 Arg 208 ; UGT1A7 * 5 Ser 115 Asn 129 Arg 131 Glu 139 Arg 208 ; UGT1A7 * 6 Gly 115 Asn 129 Arg 131 Glu 139 Trp 208 ; UGT1A7 * 7 Gly 115 Lys 129 Lys 131 Asp 139 Trp 208 ; UGT1A7 * 8 Gly 115 Lys 129 Lys 131 Asp 139 Arg 208 i UGT1A7 * 9 Ser 115 Lys 129 Lys 131 Glu 139 Tr 208 . (d) Les posicions relatives dels gens UGT2B4 , UGT2B7 i UGT2B15 del cromosoma 4q13 es basen en les dades reportades per Riedy et al. 101 (e) S'ha informat d'una expressió polimòrfica de dues variants truncades UGT2B28 (tipus II i III). El tipus II UGT2B28 es diferencia del tipus I per una supressió de 308 pb en el domini d’unió cofactor, mentre que el tipus III d’UGT2B28 no té 351 pb en el domini putatiu d’unió de substrats. (f) Un clon d'ADNc addicional aïllat del fetge humà correspon a l'al·lel UGT2B4 Phe 109 Leu, Phe 396 Leu, però sembla ser molt rar, ja que no es va trobar en dos estudis de població independents.

Imatge a mida completa

S'ha observat una diferència significativa en la prevalença dels al·lels promotors de la variant UGT1A1. Una anàlisi detallada de les dades disponibles a la literatura va revelar que, globalment, la isoforma UGT1A1 es manifesta a un nivell més baix en aproximadament entre el 0 i el 3% de la població asiàtica, el 2-13% de la població caucàsica i el 16-19-19%. d’africans (taula 2). D'altra banda, els polimorfismes UGT1A1 * 33 (TA 5 ) i UGT1A1 * 34 (TA 8 ) trobats inicialment a la població afroamericana també s'observen a freqüències molt inferiors en els caucàsics. 67.118 Tot i que es creu que les variacions interindividuals de l’expressió UGT1A1 són en gran mesura a causa del polimorfisme UGT1A1 * 28, almenys s’ha trobat una literatura addicional com a altra variant polimòrfica en la literatura. Una mutació de missense va provocar la substitució d’una arginina per una glicina a la posició 71 de la proteïna corresponent (UGT1A1 * 6 Gly 71 Arg). Aquesta mutació és predominant en japonès i no sembla que estigui relacionada amb el lloc polimorf de TA (A) 7 . 119.120.121

Taula completa

Polimorfismes del gen UGT1A1 com a factors de risc per a la toxicitat induïda per fàrmacs

Els pacients afectats pel síndrome de Gilbert presenten taxes de glucuronidació més baixes per a diversos medicaments terapèutics, inclosos acetaminofen, tolbutamida i lorazepam. 20, 21, 22, 34, 35, 36, 37 Atès que el síndrome de Gilbert està associat amb la UGT1A1 * 28 (polimorfisme TA 7 ), és més probable que els pacients amb aquest al·lel presentin una autorització alterada del fàrmac en comparació amb els pacients en estat salvatge. genotip de tipus. Tanmateix, no s’ha demostrat sistemàticament una correlació entre la presència d’al·lels UGT1A1 variant i els índexs alterats de glucuronidació.

Recentment, es va observar una forta correlació entre els al·lels de l'activitat promotora UGT1A1 baixa (UGT1A1 * 28) i alta (UGT1A1 * 1) i les corresponents taxes de glucuronidació del metabolit actiu d'irinotecan, SN-38. 122 Irinotecan {CTP-11 o 7-ethyl-10- [4- (1-piperidino) -1-piperidino] carbonyloxy camptothecin} és un medicament anticancerós clínicament utilitzat en combinació amb 5-fluorouracil i leucovorina com a tractament de primera línia de càncer colorrectal metastàtic. La CPT-11 és biotransformada per carboxilesterases en un metabolit actiu farmacològicament, SN-38 (7-etil-10-hidroxicotècina), 123 responsable de la toxicitat severa. SN-38 experimenta una glucuronidació significativa per formar el glucuronida inactiu corresponent (10- O -glucuronil-SN-38 (SN-38-G)) 124 i es va suggerir que la isoenzima UGT1A1 és la UGT humana predominant implicada en la formació de SN-38. -G. 35 Les persones amb síndrome de Gilbert tenen un risc més gran de patir toxicitat induïda per irinotecà. 37 Per tant, les diferències heretades de la capacitat de glucuronidant d’irinotecan, com ara els causats pels polimorfismes promotors UGT1A1, poden tenir una influència important en la farmacocinètica, els efectes farmacològics i la toxicitat d’aquest fàrmac. Aquesta hipòtesi es recolza en l’observació d’una relació inversa entre la glucuronidació SN-38 i la gravetat de les diarrees que es produeixen en pacients tractats amb irinotecà. 122.124 En un estudi prospectiu que inclou pacients amb càncer tractats amb irinotecà, el grup d’Iyer et al 61 van observar que l’activitat promotora d’UGT1A1 influeix en l’extensió de la formació de SN-38-G i està associada a la incidència de reaccions adverses, sobretot neutropènia i diarrea. Un estudi clínic retrospectiu sobre pacients amb càncer japonès va revelar una associació entre alteracions genètiques a la regió promotora de UGT1A1 * 28 (A (TA) 7 TAA) i a la regió codificant del gen UGT1A1 (UGT1A1 * 27 (Pro 229 Gln)) i l’aparició de toxicitat severa induïda per irinotecà. 64 El SNP present en l’al·lel UGT1A1 * 6 (Gly 71 Arg) també es va investigar en aquest estudi i, tot i que aquest al·lel és molt freqüent a la població asiàtica, 120.125 la presència d’aquest polimorfisme en pacients amb càncer no es va associar amb la irinotecana toxicitat. 64 Això és coherent amb l'observació recent que demostra que l'impacte de l'al·lel UGT1A1 * 6 sobre les taxes in vitro de glucuronidació SN-38 és modest en comparació amb l'observat per UGT1A1 * 27. 62

Els enzims hepàtics UGT1A9 i els enzims extrahepàtics UGT1A7 es van demostrar recentment implicats en el metabolisme in vitro de SN-38. 62 Així, els polimorfismes de UGT1A7 i UGT1A9 juntament amb el polimorfisme promotor d’UGT1A1 i SNP funcionals presents a la seva regió codificadora, potencialment representen factors de risc significatius de toxicitat severa i podrien servir per predir la incidència d’esdeveniments adversos en pacients sotmesos a quimioteràpia basada en irinotecà.

Paper de les variants de UGT1A1 en el càncer relacionat amb els estrògens

El desenvolupament de diversos càncers està modulat per hormones esteroides, que són importants substrats fisiològics dels enzims UGT. Les alteracions del medi hormonal com a conseqüència d’un canvi en el metabolisme poden determinar l’exposició d’un individu amb el temps i contribuir a modificar el risc de càncer. Diversos enzims implicats en la biotransformació de precursors esteroides suprarenals, progesterona, andrògens i estrògens han estat estudiats com a gens candidats, cosa que podria modificar el risc de desenvolupar càncer. Es suggereix que les variacions hereditàries en aquests gens van estar associades a un augment del risc de desenvolupar càncers relacionats amb esteroides, inclosos càncers de mama, d'ovari, d'endometri i de pròstata. L'estratègia per trobar aquests al·lels de susceptibilitat de poca penetració ha estat l'enfocament del gen candidat, en el qual es realitzen estudis polimòrfics de gens que poden influir en el risc de càncer mitjançant estudis epidemiològics convencionals mitjançant cohorts de control de casos. Els gens de susceptibilitat putativa dels llocs de UGT1 i UGT2 no han estat explorats en detall. Estudis recents van revelar que alteracions genètiques específiques en gens de UGT podrien contribuir a modificar el factor de risc de desenvolupar càncer. 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72

La primera sèrie d'estudis van ser estudis de control de casos en pacients amb càncer de mama, en els quals es va examinar el paper de UGT1A1 com a gen candidat (taula 3). La hipòtesi provada va ser que les alteracions constitutives dels UGT implicats en la inactivació dels metabolits reactius de l'estradiol i el catecol podrien modificar l'exposició als estrògens i, en conseqüència, el risc de càncer relacionat amb els estrògens. UGT1A1 es va investigar com a primer gen candidat, ja que aquesta UGT s’expressa en un parènquima de mama humà i està implicada en la formació d’estradiol-glucuronida. 66.126 Dos estudis epidemiològics genètics van ser dissenyats per investigar l’associació entre la variabilitat genètica a la regió promotora UGT1A1 i el risc de càncer de mama: un que implica subjectes afroamericans i l’altre, dones caucàsiques. 66, 67 Basats en estudis funcionals, 66 al·lels promotors UGT1A1 es van dividir en dues classes; al·lels d’activitat baixa transcripcional (A (TA) 7 TAA o A (TA) 8 TAA) i al·lels d’activitat transcripcional alta (A (TA) 5 TAA o A (TA) 6 TAA). Es va postular que els casos de càncer de mama tenen una freqüència més alta d’al·lels d’activitat transcripcional baixa (genotips d’alt risc) en comparació amb els controls. Una anàlisi de 200 dones afroamericanes amb càncer de mama invasiu i 200 controls coincidents va revelar que els al·lels amb baixa activitat (UGT1A1 * 28 (A (TA) 7 ) TAA) i UGT1A1 * 34 (A (TA) 8 TAA)) eren positius. associada amb càncer de mama. El patró de resultats suggereix, a més, una associació més forta entre el genotip UGT1A1 i el càncer de mama amb receptors d’estrògens en dones premenopàusiques. D'altra banda, no es van revelar interaccions significatives amb l'ús de anticonceptius orals o teràpia de substitució hormonal. Aquests resultats són consistents amb el paper dels UGT metabolitzadors d’estrògens en la modulació de l’acció de les hormones endògenes i per tant en l’afectació del risc de càncer de mama en la població afroamericana. Aquesta relació es va estudiar més entre 455 dones caucàsiques amb càncer de mama i 603 dones sense càncer de mama. En aquesta cohort de control de casos nidificats dins de l'estudi de salut de les infermeres, no es va associar cap risc significatiu amb la baixa activitat transcripcional al·lel UGT1A1 * 28. 67 L' estratificació per edat a la menarquia, estat de la menopausa i per característiques clíniques i patològiques tampoc va revelar cap associació. .

Taula completa

Com que s'ha reduït la transcripció del gen UGT1A1 associat a l'augment dels nivells plasmàtics d'altres substrats metabolitzats per la proteïna UGT1A1, com la bilirubina, es va avaluar la relació entre l'al·lel AA (TA) 7 TAA i els nivells circulants d'estrògens. En les dones en postmenopausa que no utilitzen teràpia de substitució hormonal, els nivells d’estrone i estradiol tendien a variar en funció dels genotips UGT1A1. 67 Les concentracions plasmàtiques més elevades d’estradiol i estrona que es troben en dones amb al·lel UGT de baixa activitat recolzen un paper de la via de glucuronidació en el metabolisme d’estrògens i la seva contribució en el manteniment d’un entorn estrogènic adequat a les cèl·lules objectiu. Tot i això, l’elevació dels nivells plasmàtics d’hormones estrogèniques sembla ser insuficient per alterar el risc de desenvolupar càncer de mama. Es pot especular que calen modificacions més importants en l'activitat de glucuronidació per produir una alteració significativa en la susceptibilitat del càncer de mama. De fet, aquesta situació es podria haver assolit en afroamericans en els quals la presència de l’al·lel UGT1A1 * 34 (TA 8 ) condueix a una disminució del 50% de la transcripció del gen UGT1A1 enfront del 30% de l’al·lel TA 7 . A més d'altres UGTs que poden compensar un UGT1A1 deficient, altres vies metabòliques com la sulfació també podrien compensar potencialment la reducció conjugació de glucògids d'estrògens.

A més, s'ha suggerit que els metabòlits de cateol en estradiol contribueixen al desenvolupament de càncers induïts per estrògens actuant com a iniciadors de tumors endògens. 127 Les alteracions en els índexs de glucuronidació podrien modificar el risc de càncer afectant l'equilibri entre estrògens d'estradiol i C2, C4 i C16 a les cèl·lules diana. L’augment de formació d’estrògens de catecol mediats pels enzims P450 combinats amb una conjugació insuficient dels metabolits d’estradiol i estrògens mitjançant glucuronidació pot alterar el risc de càncers relacionats amb estrògens. Cal estudiar la glucuronidació d’hormones estrogèniques i la contribució dels UGT a l’altura del risc de càncer depenent de l’hormona. El paper de l’al·lel UGT1A1 * 28 en la susceptibilitat al càncer endometrial està actualment en fase d’avaluació.

UGT1A1 Polimorfismes i variació en la densitat de mames

Una observació recent recolza el paper d’UGT1A1 en la modulació de l’exposició de les cèl·lules mamàries a les hormones. Es va investigar la relació entre polimorfismes UGT1A1 i densitat de mama. 128 dones premenopauses homozigotes per l’al·lel UGT1A1 * 28 tenien una densitat de mama significativament menor en comparació amb les del genotip * 1 / * 1 (−43, 1% diferència; P = 0, 04). En canvi, les dones en postmenopausa amb el genotip UGT1A1 * 28 / * 28 presentaven una densitat de mama més gran que les del genotip * 1 / * 1 (+ 32, 0% de diferència; P = 0, 05), que era encara més gran entre els usuaris actuals d’hormona postmenopausa. teràpia de reemplaçament (+ 56, 8% diferència; P = 0, 03). 128 Aquests resultats suggereixen que el genotip UGT1A1 és un predictor de la densitat de mama en grups d'estat menopausa diferents i predirien que les diferències interindividuals en la glucuronidació d'estrògens influeixen en la densitat de mama. Atès que la densitat mamogràfica és un dels predictors més forts del risc de càncer de mama, aquests resultats també suggeririen que el risc de desenvolupar càncer de mama és més elevat en dones premenopauses amb l’al·lel UGT1A1 * 28 i menor en dones en postmenopausa amb l’al·lel UGT1A1 * 28. No obstant això, com s'ha descrit anteriorment, el genotip UGT1A1 no va alterar el risc de càncer de mama en l'estudi de control de casos nidificat de l'estudi de salut de les infermeres, del qual les dones caucàsiques estudiades en relació a la densitat de mama eren un subconjunt.

Tot i així, queda demostrat si les alteracions de les taxes o nivells d’expressió de glucuronidació UGT1A1 donen lloc a una major biodisponibilitat d’estrògens dins de les cèl·lules objectiu. Atès que s’han observat nivells elevats d’estrògens-glucuronids en el líquid del quist de mama i l’expressió dels UGT confirmats a les cèl·lules diana d’estrògens, s’espera la formació de glucuronids dins dels teixits mamaris, ovaris i uterins. 66, 73

UGT1A6

Polimorfismes comuns UGT1A6

UGT1A6 és un UGT metabolitzant el fenol, implicat principalment en la glucuronidació de fenols simples i arilamines planes 5, 93 que media la conjugació de molts medicaments prescrits actualment, inclosos antidepressius, neurolèptics i bloquejadors β -adrenoreceptors. 93.129.130.131.132.133.134 S'ha trobat que el gen UGT1A6 és polimòrfic amb almenys quatre al·lels caracteritzats per tres SNPs en la seqüència codificant. The unmodified 'wild-type' allele is referred to as UGT1A6 * 1, while the allele characterized by the presence of both missense polymorphisms at codons 181 (Thr 181 Ala) and 184 (Arg 184 Ser) is referred as UGT1A6 * 2. 130 Although these two mutations are usually linked, both mutations have been observed separately. A single mutation at codon 184 is designated UGT1A6 * 3 and a single mutation at codon 181 is designated UGT1A6 * 4 (Table 4). 130, 135 Functional studies by Ciotti et al 130 revealed that the protein encoded by the UGT1A6 * 2 allele has lower activity towards several phenolic compounds (27–75% of the rate of the wild-type enzyme). Also, 3- O -methyl-dopa and methyl salicylate were conjugated at 41–74% of the wild-type rate, whereas a series of β -blockers were metabolized at 28–69% of the normal level. The clinical implications of these variant alleles still remain to be determined. The data reported by Ciotti et al 130 has suggested that the UGT1A6 * 2 low-activity allele is frequent in the population (frequency of 0.173). The impact of single substitutions at codons 181 ( * 4) and 184 ( * 3) was not assessed in vitro . The allelic distribution as a function of ethnicity was further assessed in a second study conducted by Lampe et al. 135 They reported higher frequencies of the UGT1A6 * 2 and UGT1A6 * 3 alleles compared to previous studies, with distributions being slightly different between Caucasian and Asian populations (Table 4). In a population composed of healthy Caucasian subjects ( n =103), frequencies of 0.010 and 0.024 were observed for the alleles UGT1A6 * 3 and UGT1A6 * 4 and the genotype frequencies were found to be in Hardy–Weinberg equilibrium (Table 4).

Taula completa

The combined distribution of polymorphisms in the TATA-box region of the UGT1A1 promoter and polymorphisms in UGT1A6 was assessed in the study of Lampe et al. 135 A significant linkage disequilibrium between genotypes for UGT1A1 * 28 and UGT1A6 * 2 was observed in both Caucasian and Asian populations. Homozygous variants were observed in 8% of the cases and 43% of individuals had at least one variant allele for both UGT1A1 * 28 and UGT1A6 * 2. Therefore, for compounds metabolized by these two hepatic UGT enzymes, neither of them would theoretically be able to compensate for the deficiency of the other enzyme since low-activity UGT1A6 and UGT1A1 alleles are closely linked.

Modulation of Colon Adenoma Risk by UGT1A6 Genotypes

The group of Bigler et al 136 have explored the role of UGT1A6 polymorphic variations in relation to the risk of developing colon adenoma. In their population-based study, 474 adenoma cases and 563 control subjects were genotyped for the variations at codons 181 and 184 of UGT1A6. Regression analyses, adjusted for age, sex, smoking and hormone replacement therapy, did not reveal any significant increase in the risk of developing adenoma in subjects carrying variant UGT1A6 alleles. However, the UGT1A6 genotype was shown to modulate colon adenoma risk in aspirin users (OR=0.53 (95% CI=0.33–0.86)) and nonaspirin NSAID users (OR=0.47 (95% CI=0.24–0.92)) when compared to aspirin and nonaspirin NSAID users carrying the UGT1A6 wild-type genotype, respectively. These results suggest that the UGT genotype modulates the efficacy of chemopreventive drugs, such as NSAID.

UGT1A7

Common UGT1A7 Polymorphisms

UGT1A7 metabolizes a vast panel of clinically and toxicologically important compounds. The genetic diversity of the UGT1A7 gene was revealed after resequencing the entire gene. 65 Four forms of the UGT1A7 gene product were initially found and more recently, five additional forms were discovered. There are now nine alleles of the UGT1A7 gene, which vary at the following positions: Gly 115 Ser, Asn 129 Lys, Arg 131 Lys, Glu 139 Asp and Trp 208 Arg (UGT1A7 * 1–UGT1A7 * 9) 65, 137 (Figure 3). The three nonsynonymous SNPs at codons 129/131 and 208, two of which are tightly linked (129 and 131), create the variant allele UGT1A7 * 3, commonly observed in the population ( ∼ 17% of * 3/ * 3). The UGT1A7 * 2 allele is composed of the linked Asn 129 Lys/Arg 131 Lys polymorphisms, whereas the UGT1A7 * 4 allele carries only the Trp 208 Arg mutation. The additional genetic alterations at codons 115 and 139 were found to be less common compared to the UGT1A7 * 3 allele within the general population (Table 4).

Since UGT1A7 is an important extrahepatic UGT that inactivates a variety of precarcinogens, including hydroxybenzo[ a ]pyrene metabolites, activities for variant UGT1A7 recombinant enzymes ( * 1– * 4) were initially described for benzo( a )pyrene (BaP) metabolites. Functional assays were subsequently performed for UGT1A7 variant alleles * 1– * 9 for a variety of substrates. 65, 137 Regardless of the substrate tested, the UGT1A7 enzyme velocity was shown to be altered in the presence of polymorphisms at codons 115 and 208, regardless of the presence of the mutations affecting codons 129/131 or 139.

Role of UGT1A7 Variants in the Risk of Chemical-induced Cancers (Orolaryngeal and Lung Cancers)

UGT1A7 represents one of several UGTs that were shown to conjugate chemical carcinogens. UGT1A7 has been implicated in the glucuronidation of carcinogenic metabolites of tobacco-specific nitrosamines 138, 139 and BaP. 65, 140 The expression pattern of UGT1A7 is also consistent with a role in the protection against these chemicals. UGT1A7 is expressed in extrahepatic tissues with high levels in the stomach and the esophagus, 68, 138 as well as in other tissues of the aerodigestive tract including the tongue, tonsil, floor of the mouth and larynx. 68, 141

Owing to the expression pattern of UGT1A7 and its contribution in carcinogen detoxification, the potential role of UGT1A7 in the risk of developing tobacco-related cancers, more specifically orolaryngeal cancer, was recently explored. 68 In a population-based case–control study, 125 Caucasian-American and 69 African-American subjects diagnosed with orolaryngeal cancer and 250 Caucasian-American and 138 African-American control subjects were genotyped for the presence of the UGT1A7 * 1– * 4 alleles. In control subjects, the frequencies of the UGT1A7 alleles were similar to those previously reported for Caucasians and followed Hardy–Weinberg equilibrium. 65 In this study, the authors demonstrated racial differences, with the UGT1A7 * 2 allele occurring less frequently and the UGT1A7 * 3 allele occurring at a higher frequency in Caucasians compared to African-Americans. Since the isoenzymes encoded by UGT1A7 * 3 and * 4 are significantly less active against BaP-hydroxylated metabolites compared to the enzymes encoded by the * 1 and * 2 alleles, 65 genotypes of UGT1A7 were stratified into three categories based on their predicted phenotypes to assess the potential role of UGT1A7 alleles in the risk of developing cancer. UGT1A7 * 3 and * 4 alleles, both containing the Arg 208 polymorphism, represented low-activity alleles while UGT1A7 * 1 and * 2 alleles were considered to be high-activity alleles. Unconditional regression analysis was used to account for potential confounding factors, such as sex, age, race, region of recruitment, smoking and alcohol consumption. A statistically significant increase in the risk for orolaryngeal cancer was observed among all subjects who had the predicted lowest-activity UGT1A7 genotypes compared to subjects who had the highest-activity genotypes (OR=3.7; 95% CI=1.7–7.6) (Table 3). In addition, the risk was higher among African-American subjects compared to Caucasian subjects (OR=6.2, 95% CI=1.2–31 compared to OR=2.8, 95% CI=1.1–7.6). Detailed information was available for environmental exposure, which enabled the authors to assess the association between UGT1A7 genotype and the degree of exposure. Within smoking categories (light or heavy smokers), the risk for orolaryngeal cancer for subjects with predicted low-activity UGT1A7 genotypes was 8.5- to 10-fold higher compared to subjects with the predicted high-activity genotypes. These results revealed for the first time that genetic variations in the UGT1A7 gene that reduce carcinogen-detoxifying activity increase the risk of developing a smoking-related orolaryngeal cancer.

Role of UGT1A7 Variants in the Risk of Hepatocellular and Colorectal Cancers

The relation between polymorphic UGT1A7 and hepatocellular cancer (HCC) risk was investigated by Vogel et al. 69 There is a strong epidemiological link between hepatitis B virus (HBV) and hepatitis C virus (HCV) infections, liver cirrhosis and hepatocarcinogenesis. Thus, the authors included 70 Caucasian subjects with HBV and HCV infections or alcoholic cirrhosis as the 'control' population and 59 subjects with HCC. Allele frequencies were significantly different from previous studies in Caucasians and a deviation from the Hardy–Weinberg equilibrium was also evident in the control group. In this study, subjects with the UGT1A7 * 1/ * 2 and * 2/ * 3 genotypes were at higher risk of HCC, OR=8.46 (95% CI=2.69–26.57) and OR=7.61 (95% CI=2.08–27.84), respectively (Table 3). Based on the biological function of the UGT1A7 alleles and taking into account the significant association between the UGT1A7 * 1/ * 2 and * 2/ * 3 genotypes and HCC, one would have expected the * 3/ * 3 genotype to be associated with an increased risk of HCC. However, no association with this genotype was revealed in this study. Similarly, the UGT1A7 * 3/ * 3 allele was not associated with colorectal cancer in the study conducted by Strassburg et al , 70 although heterozygous genotypes containing the UGT1A7 * 3 allele ( * 1/ * 3 and * 2/ * 3) were associated with an approximately two-fold increased risk of developing colorectal cancer (Table 3). These findings were based on a case–control study composed of 210 Caucasian controls and 78 cases with colorectal cancer recruited in the same area. 70 Imbalance of the UGT1A7 genotypes was noted in the control group and allele frequencies were significantly different compared to the study of Vogel et al , 69 although subjects of both studies were recruited in the same geographical region. The rationale of studying UGT1A7 in relation with colorectal cancer is mostly based on the role of this enzyme in the metabolism and detoxification of dietary heterocyclic amines. The observation that the * 3/ * 3 genotype is not associated with an increased risk of developing HCC and colorectal cancer is intriguing and remains unexplained.

A potential limitation in some of these studies includes the fact that confounding factors such as age, race and sex of subjects in addition to region or institution of case recruitment were often not used as matching criteria between cases and controls. For example, since patient age is a definite risk factor for colorectal cancer, controls have to be matched to cases for this criterion. Also in many of these studies, additional confounding factors including smoking status and dietary exposures were not examined in terms of gene : environment interactions. Such interactions are important factors that could potentially bias the results of risk assessment analysis of genetic variants since variability in the inherent metabolic activity of enzymes such as UGTs against environmental carcinogens is being tested in such studies. Failure to find that genotype frequencies among controls are in Hardy–Weinberg equilibrium draws attention to potential bias and caution in the interpretation of the results of the association study. 142 Optimally, population-based studies should be performed with a particular attention to these confounding factors.

Recently, a case–control study was conducted to assess the relation between characteristics of meat consumption, HCA exposure, the UGT1A7 genotype and colon cancer. A total of 400 subjects with colon cancer and 400 controls matched for age, sex and race were recruited. In this population, the allele frequencies were similar to those obtained previously. 65, 68 No main effect of the UGT1A7 genotype was observed on colon cancer risk. On the other hand, the association between dietary HCA exposure and colon cancer was increased in individuals with the low-activity UGT1A7 genotypes. 143 These data suggest that the relation between dietary sources of HCA and colon cancer may be modulated by the UGT1A7 detoxification pathway. These results also point to HCA exposure as an important etiologic factor in colon cancer.

UGT2B7

Common UGT2B7 Polymorphisms

UGT2B7 is one of the most important hepatic UGTs that metabolizes a vast set of clinically, physiologically and toxicologically important compounds. The UGT2B7 protein is also found in the brain, kidney, pancreas, mammary gland, lung and gastrointestinal tract, and several additional tissues. 80, 134, 138, 144, 145, 146 A cytosine to thymine polymorphism at base pair 802, leading to a histidine (H) 268 to tyrosine (Y) amino-acid substitution (UGT2B7 * 2), has been identified. 147, 148 Data from large genotyping studies suggest that approximately one-third of the Caucasian population expresses the variant UGT2B7 * 2/ * 2 genotype (Table 5). 46, 149 The prevalence of the UGT2B7 * 2 allele appears to be lower in Asian individuals with only 5% of the Japanese population being homozygous for the UGT2B7 * 2/ * 2 genotype (Table 5). 46

Taula completa

The in vitro glucuronidation activities of the most frequent allele (UGT2B7 * 1) and of the UGT2B7 * 2 variant allele have been thoroughly investigated by different groups. 74, 147, 150 Coffman et al 74 compared both isoenzymes in the same experimental conditions using HEK 293 cell lines that stably express the * 1 and * 2 alleles. Reactivity towards androgenic steroids, xenobiotics, including morphinan derivatives and menthol, propranolol and oxazepam was studied. 74 Although the amino-acid change at codon 268 is a nonconservative substitution, the * 2 allele (Tyr 268 ) was found to present similar catalytic properties compared to the * 1 allele (His 268 ).

No Significant Clinical Impact of the UGT2B7 Codon 268 Polymorphism

Therapeutic drugs that are glucuronidated by UGT2B7 include morphine (at position 3-OH and 6-OH), zidovudine, epirubicin and carboxylic acid-containing compounds such as NSAIDS, clofibric acid and valproic acid. 134, 146, 150, 151 Functional studies suggested that the polymorphic variations in the coding region of the UGT2B7 gene do not result in variable rates of glucuronide formation and/or altered affinity of the enzyme. Thus, this polymorphism cannot account for the observed variability in biotransformation of the therapeutic drugs, which are substrates of UGT2B7 in humans.

A recent study by Holthe et al 49 failed to show that the UGT2B7 H 268 Y polymorphism is associated with a variation in the plasma ratios of morphine-3-G/morphine-6-G, morphine-3-G/morphine or morphine-6-G/morphine among cancer patients undergoing analgesic therapy with morphine, thus confirming the results of an other group. 46 UGT2B7 is a major UGT responsible for the 3- and 6-glucuronidation of morphine in humans; 74, 151, 152 therefore, if this polymorphism led to variable rates of glucuronidation, a positive association would have been expected. Patel et al 24 once suggested the potential role of UGT2B7 polymorphisms in explaining interindividual differences in the biotransformation of oxazepam. However, the study of Coffman et al 74 revealed that oxazepam does not appear to be a good substrate for both forms of the UGT2B7 enzyme, which present similar catalytic efficiencies towards the molecule. Court et al 153 recently confirmed this finding by showing that UGT2B15 is the main UGT involved in oxazepam glucuronidation. Although UGT2B7 is the major UGT involved in the glucuronidation of epirubicin, the reported polymorphism at codon 268 in the UGT2B7 protein did not alter the formation rate of epirubicin glucuronide. 154

Barbier et al , 150 reported a significant difference in the ability of UGT2B7 alleles to conjugate zidovudine. The H and Y alleles had similar K m values, but a 5.6-fold higher V max was observed for the H allele compared to the Y allele. This result suggests a substrate-specific impact of this amino-acid variation. However, the clinical relevance of this polymorphism for the metabolism of zidovudine remains to be demonstrated. 150 It is clear that UGT2B7 is of major significance for the glucuronidation of a number of clinically important drugs and further studies are needed to uncover genetic variants of this gene and address their clinical effects.

Polymorphic Expression of the UGT2B7 Gene in Breast Carcinogenesis

In addition to being involved in the metabolism of a variety of xenobiotic compounds, UGT2B7 is active on endobiotics such as steroid hormones including androgens, estrogens, pregnanes, biliary acids and retinoic acids. 146, 147, 148, 151, 155 Recently, the expression of UGT2B7 was demonstrated in normal human breast parenchyma and in invasive and in situ breast cancers. 73 A previous study reported that the glucuronidation activity was lower in breast cancer specimens compared to normal tissues. 156 Using a specific anti-UGT2B7 antibody, Gestl et al 73 demonstrated that UGT2B7 is expressed in the epithelium lining the mammary gland ductal system with variable intensities between individuals. A variation in the expression of UGT2B7 among epithelial cells of the same tissue was also observed. In cancer cells, the staining within invasive lesions was virtually absent while in situ lesions presented a high level of UGT2B7 expression. In the same study, the levels of 4-hydroxyestrone glucuronidating activity were also assessed in normal tissues from mammoplastic surgeries and in normal and cancerous tissues from neoplastic specimens. The glucuronidation rate of estrogen was significantly lower in neoplastic tissues compared to normal tissues, which is consistent with UGT2B7 expression data. The authors suggested an antineoplastic function of the UGT2B7 within the mammary gland based on its role in the conjugation of estrogens and retinoic acids. Interestingly, because of the increased in situ expression of UGT2B7 in neoplastic foci, a preinvasive stage of carcinogenesis, a defense mechanism involving the overexpression of UGT2B7 in these cells was also suggested. The study of Gestl et al 73 also demonstrated the cell-type-specific expression of the UGT2B7 gene product and the possible regulation of expression in normal and cancerous tissues. A previous study by Barbier et al 106 reported such a cell-type-specific expression of UGT2B enzymes in the human prostatic tissue. The role of UGT2B7 polymorphisms in relation to breast cancer risk has not been reported.

UGT2B15

Common UGT2B15 Polymorphisms

UGT2B15 is involved in the inactivation of steroid hormones, mainly androgens, and also displays a glucuronidating activity toward several classes of xenobiotic substrates, including simple phenolic compounds, 7-hydroxylated coumarins, flavonoids, anthraquinones and other drugs and their hydroxylated metabolites. 96, 97, 153, 157 AG → T substitution at codon 85 results in an amino-acid change (Asp 85 Tyr) within the putative substrate recognition site of UGT2B15. A number of population genotyping studies were completed to characterize the distribution of UGT2B15 * 1 and * 2 alleles among individuals of distinct ethnic background (Table 5). UGT2B15 * 1 is less frequent in Caucasians compared to other populations (Asian, Hispanic and African). Overall, homozygous subjects for the variant * 2 allele were found in 19–32% of the population. The functional impact of UGT2B15 polymorphisms on enzyme activity was studied in vitro using intact cells ( in situ assays) and microsomal preparations. These analyses revealed that the UGT2B15 * 2 allele presents similar K m values and approximately two-fold different V max values for androgens (dihydrotestosterone (DHT)) and androstane-3alpha, 17beta-diol (3 α -Diol)) in in situ cell assays. 96 In a recent investigation, the catalytic properties of UGT2B15 variants were assessed with cellular fractions of the same HEK 293 cells. The conjugating activity of the UGT2B15 * 1 allele for S -oxazepam was five-fold higher than that of UGT2B15 * 2. 153 As suggested by the authors, these differences could reflect differential stabilities of UGT2B15 proteins under the experimental conditions used for microsome preparation as opposed to enzymatic assays in intact cells. 96, 153 Nevertheless, the role of UGT2B15 in the interindividual variability in S -oxazepam glucuronidation remains to be determined in vivo . Of interest, an additional polymorphic site was also reported at codon 86 adjacent to the 85 polymorphism (Figure 3). The function of this polymorphism has not been studied yet. 158, 159

Potential Role of the UGT2B15 Gene in the Risk of Developing Prostate Cancer

Among the androgen-metabolizing UGT2B enzymes, namely UGT2B28, UGT2B15 and UGT2B17, UGT2B15 is the most efficient UGT2B enzyme involved in the metabolism of the main metabolite of DHT, namely 3 α -Diol. 144 Variations in androgen levels have been associated with the risk of developing prostate cancer. Since UGT2B15 plays an important role in the metabolism of androgens in target tissues such as the prostate, differences in the activity of this androgen-inactivating enzyme could result in a modified degree of exposure of prostate cells to DHT.

Two independent epidemiological studies have determined the potential role of the UGT2B15 gene in relation to prostate cancer risk (Table 5). 71, 72 The first study described the prevalence of variant UGT2B15 alleles in a case–control population of 64 patients with pathologically confirmed prostate cancer and 64 controls recruited in the state of Arkansas. 72 Controls were matched for age, race and county of residence. The UGT2B15 * 1 allele occurred at a significantly high frequency (40.6%) in prostate cancer cases compared to controls (18.8%) ( χ 2 =7.34; P =0.007). The risk of developing cancer in patients homozygous for the wild-type D 85 ( * 1) low-activity allele was three-fold higher [OR=3.0; IC 95%=1.3–6.5]. However, no trend was observed with the heterozygous UGT2B15 genotype. In a second study, Gsur et al 71 genotyped 380 Caucasian men from Vienna (Austria), 190 cases with prostate cancer and 190 controls with lower urinary tract symptoms because of benign prostatic hyperplasia. The authors did not observe any association between the D 85 Y polymorphism and prostate cancer. Based on these two studies, it remains unclear if UGT2B15 plays a significant role in altering intraprostatic DHT levels and if this leads to a modified risk of prostate cancer.

ADDITIONAL COMMON ALLELIC VARIANTS OF THE UGT1 AND UGT2B GENES AND THEIR FUNCTIONAL IMPACT IN VITRO

UGT1A8

Unlike most UGTs, UGT1A8 is not found in the liver and is predominantly expressed in different tissues of the intestinal tract. 102 UGT1A8 demonstrates a high reactivity towards numerous endogenous and exogenous substrates including dietary and environmental carcinogens and drugs. 2, 90, 160, 161 A recent study has shown that at least three alleles of the UGT1A8 gene exist: UGT1A8 * 1, the most frequent allele; UGT1A8 * 2, with a mutation at codon 173 (Gly 173 Ala) and UGT1A8 * 3, bearing an amino-acid change at codon 277 (Cys 277 Tyr). 162 These variants were discovered after resequencing exon-1 from UGT1A8 in a population of 69 individuals. The observed frequencies were 0.55 ( * 1), 0.15 ( * 2) and 0.02 ( * 3). The altered function of variant UGT1A8 proteins was assessed by transfection of the corresponding cDNAs in HEK 293 cells to examine the catalytic activity on substrates such as hydroxybenzo[ a ]pyrene metabolites and a number of additional simple phenols. Similar catalytic properties were observed for the UGT1A8 * 1 and * 2 alleles, whereas the tyrosine at codon 277 in UGT1A8 * 3 led to an inactive protein. At this time, the clinical impact of a polymorphic UGT1A8 allele such as the relatively rare UGT1A8 * 3 remains to be elucidated.

UGT2B4

UGT2B4 plays a role in the metabolism of bile acids and detoxification of many phenols. 98, 144, 148, 155, 163, 164, 165, 166, 167, 168, 169 UGT2B4 is expressed in the liver and in a wide range of extrahepatic tissues. 98, 144 One common polymorphism has been found in the UGT2B4 gene and the resulting variant allele is designated as UGT2B4 Asp 458 Glu (UGT2B4 * 2). 98 The single amino-acid change from aspartate to glutamate at codon 458 is located in the putative cosubstrate binding domain. The UGT2B4 * 2 allele is found at a frequency varying between 0.17 and 0.38 in the Caucasian, African and Hispanic populations, while it is absent from the Asian population. 98, 101, 149 The minor amino-acid change at codon 458 is unlikely to alter rates of glucuronidation. This assumption is based on in vitro data, which suggest no functional impact of the variation at position 458 on gene product function when assessed with bile acids, phenol derivatives and catecholestrogens as substrates. 98 An additional cDNA clone isolated from human liver corresponds to the UGT2B4 Phe 109 Leu, Phe 396 Leu allele 165 and appears to be very rare as it was not found in 272 individuals that were genotyped in two independent studies. 98, 149

UGT2B28

UGT2B28 conjugates endogenous substrates including steroids and bile acids, and exogenous molecules such as 4-methylumbelliferone. 99 UGT2B28 demonstrated much lower intrinsic clearances ( V max / K m ) towards multiple steroid molecules compared to UGT2B15 and UGT2B17. Differential tissue expression profiles of two truncated UGT2B28 variants (types II and III) probably resulting from exon skipping, has been reported. 99 UGT2B28 type II differs from type I by a deletion of 308 bp (103 amino acids) in the cofactor-binding domain, whereas UGT2B28 type III lacks 351 bp (117 amino acids) in the putative substrate-binding domain. The expression of active UGT2B28 type I protein was limited to the breast and liver, as well as to the prostatic cell line LNCaP. The biological function of the shorter UGTB28 isoforms has yet to be elucidated.

OBSERVACIONS FINALS

In summary, a high degree of interindividual variability in the glucuronidation rates of numerous compounds has been described. While genetic polymorphism is a possible cause for such phenotypic variations, alterations in glucuronidation activity may be related to age, gender, disease, diet or environmental influences. Additional studies are needed to elucidate and characterize polymorphic UGTs to promote the understanding of interindividual variations in the glucuronidation metabolic pathway, their pharmacological and toxicological importance, and their role in cancer susceptibility. Much research in this area is needed although promising leads have emerged, especially regarding the role of UGT genetic polymorphisms in cancer etiology and on their possible implication in modulating the degree of exposure to several carcinogenic compounds. Additional well-designed case–control population-based studies are needed to generalize these results. Special attention would need to be accorded to the detailed assessment of exposure in further investigations.

DUALITAT D'INTERÈS

Cap declarat.