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Zytochrom P450:
CYP2C9 Allele *2 und *3 und Vitamin K-Epoxidreduktase: VKORC1

RDB 2075

Bestimmung der Polymorphismen R144C und I359L im CYP2C9 Gen und des Polymorphismus C1173T im VKORC1 Gen

VKORC1

Neben CYP2C9, dem Alter, der Größe, dem Gewicht, der Ernährung und der Medikamenteneinnahme eines Patienten spielt noch ein weiterer genetischer Faktor, die Vitamin K-Epoxidreduktase (VKOR) eine wichtige Rolle bei der Dosierung von Warfarin und anderen Coumarinderivaten wie Acenocoumarol oder Phenoprocoumon.

Die VKOR ist ein Membranprotein im Endoplasmatischen Retikulum, das als Cofaktor für die gamma-Carboxylation bei der Bildung von Blutgerinnungsfaktoren eine Rolle spielt. Die gamma-Carboxylase wandelt bei der Bildung von Gerinnungsfaktoren reduziertes Vitamin K in Vitamin K-Epoxid um, welches durch die VKOR wieder zu reduziertem Vitamin K regeneriert wird. Der pharmakologische Effekt von Warfarin besteht in der Hemmung der VKOR und somit einer reduzierten Gerinnungsfaktorbildung.

Im VKORC1 (Untereinheit 1 der Vitamin K-Epoxidreduktase) Gen sind mehrere Polymorphismen beschrieben, allerdings spielt für die Coumarindosierung nur die Mutation in der Promotorregion G-1639A eine Rolle. Alternativ zu dieser Mutation kann auch die Mutation C1173T im Intron 1 herangezogen werden, da diese im Koppelungsungleichgewicht vorliegen und immer zusammen vorkommen.
Unter Kaukasiern ist die Häufigkeit der Mutation etwa 37 %, während sie bei Afrikanern nur bei 14 % liegt, bei Asiaten aber bei 89 %. Die Verteilung der Genotypen für VKORC -1639 ist bei Kaukasiern etwa 37 % GG (homozygot Wildtyp), 47 % GA (heterozygot) und 16 % AA (homozygot Mutation).
Patienten mit dem VKOR1 -1639 AA Genotyp (homozygote Mutation) benötigen eine signifikant niedrigere Warfarin Dosis als Patienten mit Genotyp GA und GG (homozygot Wildtyp). Die Polymorphismen im VKORC1 Gen erklären etwa 30 % der individuellen pharmakodynamischen Antwort auf Warfarin. Zusammen mit den CYP2C9 Polymorphismen werden über 50 % Variabilität in der Dosierung von Coumarinen erklärt.

CYP2C9

Viele Medikamente bzw. pharmazeutisch wirksame Substanzen werden durch eine Reihe von Enzymen in der Leber modifiziert und abgebaut. In den sog. Phase I -Reaktionen erfolgt eine chemische Modifikation durch Oxidation, Reduktion oder Hydrolyse. Enzyme der Phase II -Reaktionen führen Konjugationsreaktionen wie Acetylierungen, Sulfonierungen oder Glycosylierungen durch. Alle diese Reaktionen dienen dazu exogene oder endogene Substanzen in eine wasserlösliche Form zu überführen, sie dadurch zu entgiften und ihre Ausscheidung über die Nieren zu ermöglichen.

Die Verstoffwechselung von Medikamenten ist individuell sehr verschieden. So lassen sich Personen mit einem langsamen, schnellen, sehr schnellen oder ultraschnellen Metabolismus unterscheiden. Dies kann u.U. zu erheblichen Komplikationen bei der Behandlung führen. Ursache für diese individuellen Unterschiede sind polymorphe Allele der Gene von Phase I und II Enzymen. Der Phänotyp "langsamer Metabolismus" wird durch Defizienzallele, der Phänotyp "sehr schneller bzw. ultraschneller Metabolismus" durch Genduplikationen verursacht.
Die Zytochrom P450 (CYP) Häm-Monooxygenasen bilden beim Menschen die wichtigste Gruppe der Phase I Enzyme. Sie oxidieren endogene (z.B. Steroide) oder exogene Substanzen (viele Medikamente) durch die Einführung eines Sauerstoffatoms aus dem Luftsauerstoff. Die Zytochrom P450 Gene umfassen eine Supergenfamilie mit einer geschätzten Anzahl von 60 bis 100 verschiedenen Genen im menschlichen Genom, wovon jedoch nur eine kleine Gruppe in die Oxidation von pharmazeutisch wirksamen Substanzen involviert ist. Den größten Anteil am Medikamenten-Metabolismus hat das P450 Isoenzym CYP3A4 (50%) gefolgt von CYP2D6 (20%), CYP2C9 und CYP2C19 (zusammen 15%). Die restlichen Anteile fallen auf CYP2E1, CYP2A6 und CYP1A2 (eine vollständige Liste aller zurzeit bekannten Allele der Zytochrom P450 Gene findet sich unter http://www.imm.ki.se/CYPalleles/ ).

Vom Zytochrom CYP2C9 sind neben dem Wildtypallel CYP2C9*1 elf weitere Allele bekannt, CYP2C9*2 bis *12. Bei den Allelen *2 und *3 kommt es durch je eine Punktmutation zum Austausch einer Aminosäure im Protein. Bei CYP2C9*2 wird ein Arginin an der Position 144 ersetzt durch ein Cystein (R144C), bei CYP2C9*3 wird ein Isoleucin an der Position 359 ersetzt durch ein Leucin (I359L). Die aus den mutanten Allelen CYP2C9*2 und *3 resultierenden Proteine zeigen nur etwa 12% bzw. 5% der enzymatische Aktivität verglichen mit dem Wildtypprotein. In der kaukasischen Bevölkerung sind etwa 19% heterozygot für die Allele CYP2C9*1/*2 und 3% homozygot CYP2C9*2/*2. Das Allel CYP2C9*3 ist etwas seltener, 15% der Bevölkerung sind heterozygot CYP2C9*1/*3 und nur etwa 1% homozygot CYP2C9*3/*3. Das Zytochrom P450 CYP2C9 + VKORC1 ist beteiligt am Stoffwechsel einer Reihe von pharmakologisch wichtigen Substanzen wie Phenytoin (Antiepileptikum), Tolbutamide (Antidiabetika), Losartan (Angiotensin II Rezeptor-Antagonist), Warfarin (Antikoagulant), Diazepam (Entzündungshemmer). Eine umfassende Zusammenstellung aller bekannten Substrate mit direkter Verbindung zu Literaturstellen findet sich im Internet unter http://medicine.iupui.edu/flockhart/

Patienten mit kardiologischen Erkrankungen werden häufig durch orale Verabreichung von Antikoagulantien wie z.B. dem Cumarinderivat Warfarin therapiert. Trotz großer Fortschritte sind Blutungen infolge einer falschen Dosierung gefürchtete Nebenwirkungen der Behandlung. Studien zufolge treten jährlich bei etwa 7,5% der Patienten Komplikationen auf, die bei 0,25% fatal enden. Die effektive Tagesdosis von Warfarin variiert individuell zwischen 0,5 bis 60 mg. Die Ursache für eine Hypersensitvität für Warfarin liegt im Genotyp des Zytochrom P450 CYP2C9 + VKORC1, dem Leberenzym das verantwortlich ist für den oxidativen Metabolismus des Warfarins. In einer Studie von Aithal und Kollegen besaßen 81% der Patienten, die mit nur einer geringen Warfarin-Dosis (1,5 mg oder weniger) therapiert wurden ein oder zwei der mutierten CYP2C9 Allele, gegenüber 40% in einer Kontrollgruppe. Im Verlauf ihrer Behandlung hatten von den genetisch determinierten Warfarin-sensitiven Patienten viermal mehr Komplikationen durch Blutungen als Patienten, die mit einer höheren Dosis therapiert wurden.

Eine Genotypisierung von CYP2C9 identifiziert die Subgruppe der Patienten, bei denen es durch die defizitären Allele CYP2C9*2 und *3 zu Komplikationen bei einer Warfarintherapie kommen könnte. Der behandelnde Arzt hat bei Vorhandensein von einem oder zwei der mutierten Allele die Möglichkeit auf andere Cumarinderivate zurückzugreifen oder die Eingangsdosierung von Warfarin entsprechend herabzusetzten.

In der pharmazeutischen Industrie werden Patienten, die an klinischen Studien zur Einführung neuer Medikamente teilnehmen, bereits routinemäßig auf ihren Zytochrom P450 Genotyp hin untersucht. Informationen über den Genotyp eröffnen für den Arzt die Möglichkeit einer gezielten, individuellen Dosierung und Voraussagen über den möglichen Erfolg einer medikamentösen Behandlung.