Impact of CYP3A5 Genetic Polymorphism on the Biotransformation of Drugs and Environmental Toxins

Kamdem, Landry, Kamdem

doi:10.24355/dbbs.084-200607120200-39

Published

Impact of CYP3A5 Genetic Polymorphism on the Biotransformation of Drugs and Environmental Toxins

English
German

CYP3A represents the largest portion of the human liver CYP protein, is involved in the metabolism of 50% of all currently used drugs and metabolizes steroid hormones, toxins and carcinogens. CYP3A hepatic expression and activity varies from individual to individual. Unlike CYP3A4, CYP3A5 is polymorphically expressed. To investigate the impact of CYP3A5 genetic polymorphism on the biotransformation of drugs and carcinogens, the relative contribution of CYP3A5 to the 6ß-hydroxylation of testosterone (TST), to the 13-O demethylation of tacrolimus (TAC), and to the 8,9-epoxidation of Aflatoxin B1 (AFB1) was assessed using cDNA-expressed enzymes and a bank of human liver microsomes (HLM) derived from low (LE) and high (HE) CYP3A5 expressers. For 6ß-hydroxyTST formation, the calculated Km and Vmax values for CYP3A4 and CYP3A5 enzymes were 129 µM and 14.5 pmol/pmol CYP/min, 114 µM and 13.1 pmol/pmol CYP/min, respectively. With HLM, the CYP3A5 LE had a mean TST 6ß-hydroxylation Vmax value of 3798 pmol/mg/min, compared with 2976 in CYP3A5 HE . The CYP3A5 contribution to 6ß-hydroxylation of TST accounted on average for 30% in CYP3A5 HE. Recombinant CYP3A5 metabolized TAC with an affinity comparable to that of CYP3A4, but with an intrinsic clearance that was 64% higher than that of CYP3A4. The calculated Km and Vmax values (13-O-demethylTAC formation) for CYP3A4 and CYP3A5 enzymes were 1.5 µM and 0.72 pmol/pmol CYP/min, 1.4 µM and 1.1 pmol/pmol CYP/min, respectively. With HLM, the CYP3A5 LE had a mean TAC 13-O demethylation Vmax value of 285 pmol/mg/min, compared with 981 in CYP3A5 HE. The contribution of CYP3A5 to 13-O-demethylation of TAC in HLM varied from 1.5 to 40%. The calculated Km and Vmax values [AFB1-8,9-epoxide (AFBO) formation] for CYP3A4 and CYP3A5 enzymes were 130 µM and 1.64 pmol/pmol CYP/min, 302 µM and 1.2 pmol/pmol CYP/min, respectively. With HLM, the CYP3A5 LE had a mean AFB1-8,9-epoxidation Vmax value of 545 pmol/mg/min, compared with 873 in CYP3A5 HE. Altogether, these findings suggest that CYP3A5 is an important source of CYP3A interindividual variability, when CYP3A5 represents a significant fraction of the total hepatic CYP3A protein pool. Among the CYP3A substrates analyzed in the present work, the impact of CYP3A5 was highest for the immunosuppressant TAC.

CYP3A repräsentiert der größte Anteil des gesamten menschlichen hepatischen CYP Protein, ist am Metabolismus jedes zweiten Medikamentes beteiligt und metabolisiert unter anderem Hormone, Toxine und Karzinogene. CYP3A hepatische Expression und Aktivität ist inter-individuell variabel. Im Unterschied zu CYP3A4, CYP3A5 ist polymorph exprimiert. Um die Bedeutung der genetisch polymorphen CYP3A5 Enzymaktivität für die Biotransformation von Arzneistoffen und Umweltgiften zu charakterisieren, wurde der relative Anteil von CYP3A5 an der Testosteron(TST)-6ß-Hydroxylierung, Tacrolimus(TAC)-13-O-Demethylierung, und an der Aflatoxin B1(AFB1)-8,9-Epoxidierung mit Hilfe von isolierten genetisch produzierten Enzymen als auch mit human Lebermikrosomen (HLM), in denen zuvor die Expression von CYP3A5 bestimmt wurde; eingeschätzt. Die gemessenen Km und Vmax Werte der TST-6ß-Hydroxylierung betrugen 129 µM und 14.5 pmol/pmol CYP/min für CYP3A4, und 114 µM und 13.1 pmol/pmol CYP/min für CYP3A5. Mit HLM, Vmax in CYP3A5 Niedrig-exprimierenden Lebern (CYP3A5 NE) betrug 3798 pmol/mg/min gegen 2976 in CYP3A5 Hoch-exprimierenden Lebern (CYP3A5 HE). Der CYP3A5 Anteil an der TST-6ß-Hydroylierung betrug durchschnittlich 30% in CYP3A5 HE. CYP3A4 und CYP3A5 metabolisierte TAC mit vergleichbarer Affinität, aber die intrinsische Clearance von CYP3A5 war 64% höher als die von CYP3A4. Die gemessenen Km und Vmax Werte der TAC-13-O-Demethylierung betrugen 1.5 µM und 0.72 pmol/pmol CYP/min für CYP3A4, und 1.4 µM und 1.1 pmol/pmol CYP/min für CYP3A5. Mit HLM, Vmax in CYP3A5 NE betrug 285 pmol/mg/min gegen 981 in CYP3A5 HE. Der CYP3A5 Anteil an der TAC-13-O-Demethylierung variierte von 1.5 bis 40%. Die gemessenen Km und Vmax Werte der AFB1-8,9-Epoxidierung betrugen 30 µM und 1.64 pmol/pmol CYP/min für CYP3A4, 302 µM und 1.2 pmol/pmol CYP/min für CYP3A5. Mit HLM, Vmax in CYP3A5 NE betrug 545 pmol/mg/min gegen 873 in CYP3A5HE. Zusammengefasst, diese Ergebnisse zeigen, dass CYP3A5 ein wichtiger Parameter der CYP3A inter-individuell Variabilität ist, wenn CYP3A5 eine signifikante Portion des totalen hepatischen CYP3A Protein Pool repräsentiert. Unter untersuchten Substraten, die Bedeutung von CYP3A5 war am stärksten für das Immunsuppressivum TAC.