Pharmakologie
Klinische Studien

Cytochrom P450 Gen-Familie

Allgemeines

CYP450-Gene haben große Bedeutung für die Metabolisierung von Medikamenten
Die Cytochrom-P450-Superfamilie (CYP450) ist eine große Gruppe von Enzymen, welche die Oxidation organischer Substanzen katalysieren. CYP450-Substrate umfassen sowohl metabolische Intermediate als auch xenobiotische Substanzen, darunter Medikamente und toxische Chemikalien. CYP450-Enzyme sind daher die wichtigsten Enzyme bezüglich des Metabolismus pharmazeutisch wirksamer Stoffe und teilweise für deren Aktivierung notwendig.

Humane CYP450-Proteine kommen primär als membranassoziierte Proteine in der Leber vor und sind durch ihre Funktion im menschlichen Metabolismus von zentraler Bedeutung für die Medizin. Durch das Humangenomprojekt wurden 57 CYP450-Gene im Menschen identifiziert.

Im Zuge dessen sind bis heute eine Vielzahl von Variationen in den Genen entdeckt worden, die auf dem Austausch einzelner Nukleotide in der DNA-Sequenz beruhen (SNPs – single nucleotide polymorphisms). Solche Varianten führen mitunter zu Phänotypen, welche die Metabolisierung verschiedenster Arzneimittel, beispielsweise Psychopharmaka, Antidiabetika, Kardiaka, Cumarinderivate oder Chemo-therapeutika, beeinflussen können.

Diese phänotypischen Ausprägungen sind durch eine veränderte Enzymaktivität bedingt. Eine verminderte oder fehlende Aktivität kann dabei zu entsprechend verlangsamter Metabolisierung von Wirkstoffen führen, wodurch bei Normdosierung die Verträglichkeit von Arzneistoffen herabgesetzt ist. Andererseits führt eine erhöhte Aktivität einiger CYP450-Enzyme zu einer schnelleren Verstoffwechslung von Pharmazeutika und somit zu verringerter Wirksamkeit der Arzneimittel.

Da verschiedene Enzyme der CYP450-Familie auch für die Aktivierung bestimmter Medikamente (Prodrugs) notwendig sind, können beide Mechanismen die Bioverfügbarkeit solcher Stoffe ebenfalls beeinflussen.

Unser Labor bietet entsprechende Genotypisierungen der Cytochrom-Gene an. Hierbei können alle Allele detektiert werden, die für eine Reduktion oder Erhöhung der Enzymaktivität verantwortlich sein können.

Die Analyse wird mittels klassischer Sanger-Sequenzierung durchgeführt, allerdings steht zur Bearbeitung einer großen Anzahl von Proben unsere Next-Generation-Plattform als Alternative zur Verfügung. Daneben werden Copy Number Variations unter Verwendung der MLPA-Methodik (Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification) untersucht. Für eine individuelle Beratung zu dieser komplexen Untersuchung stehen wir sehr gern zur Verfügung.

Next-Generation-Sequencing ermöglicht umfassende CYP450-Genotypisierung

Die Analyse genetischer Variationen in den CYP450-Genen von Patienten erlaubt eine Einschätzung der Enzymaktivität der codierten Proteine. In unserem Labor nutzen wir die Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierung auf Basis der Semiconductor-Sequencing-Technologie (Ion Torrent Plattform), um eine Vielzahl von CYP450-Genen parallel zu untersuchen. Dadurch sind wir in der Lage, je nach Fragestellung bis zu 16 der wichtigsten CYP450-Gene gleichzeitig zu charakterisieren (CYP1A1, CYP1A2, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP2R1, CYP2S1, CYP3A4, CYP3A5, CYP3A7, CYP4F2, CYP19A1, POR). Eine solch umfassende Genotypisierung ist beispielsweise für klinische Studien interessant, da so die Fähigkeit der Probanden zur Metabolisierung neuer Medikamente abgeschätzt werden kann.

Aufgrund der kompletten Abdeckung aller codierenden Exons der untersuchten Gene können wir in unserem Labor unter Nutzung von Next-Generation-Sequencing mehr als 1700 Einzelnukleotid-Polymorphismen analysieren und somit über 400 Allele der verschiedenen CYP450-Gene detektieren. Die gewünschte Sequenziertiefe kann dabei flexibel angepasst werden. Zusätzlich sind wir in der Lage, Duplikationen oder Deletionen (Copy Number Variations) zu erkennen.

Durch den hoch-parallelen Ansatz der Next-Generation-Technologie wird außerdem die gleichzeitige Bearbeitung einer größeren Probenzahl möglich. Abhängig von Projekt und gewünschter Sequenziertiefe ist die parallele Genotypisierung von mehr als 60 Patienten durchführbar. Hierbei kann eine zeitnahe Probenbearbeitung (bis zu 7 Tage von Probeneingang bis zum Befund) gewährleistet werden. Benötigt wird dafür lediglich 1 ml EDTA-Blut des Patienten oder Probanden. Demnach ist unser Ansatz besonders für klinische Studien attraktiv, im Rahmen derer eine Vielzahl von Probanden in engen Zeiträumen genotypisiert werden müssen.