Wirkung von Isoniazid auf die Protoporphyrinspiegel bei erythropoetischer Protoporphyrie (INHEPP)

Klinisch sind sowohl die erythropoetische Protoporphyrie (EPP) als auch die X-chromosomale EPP (XLEPP) durch eine schmerzhafte, nicht blasenbildende kutane Lichtempfindlichkeit mit Beginn in der frühen Kindheit gekennzeichnet. EPP ist die häufigste Porphyrie bei Kindern und die dritthäufigste bei Erwachsenen (nach Porphyria cutanea tarda und akuter intermittierender Porphyrie). Berichte über die Prävalenz variieren zwischen 5 und 15 Fällen pro Million Einwohner.

EPP ist in den meisten Fällen auf eine verringerte Aktivität von Ferrochelatase (FECH) zurückzuführen, dem Enzym, das den Einbau von Eisen(II) in PPIX, den letzten Schritt bei der Produktion von Häm, katalysiert. Das Vererbungsmuster ist autosomal-rezessiv. Homozygotie für eine FECH-Mutation ist jedoch selten. Vielmehr ist die verringerte Aktivität eine Folge einer Kombination aus einer vererbten inaktivierenden Mutation, die ein FECH-Allel betrifft, und einem intronischen Polymorphismus, der das Spleißen des anderen Allels verändert. Die alternative Spleißstelle erzeugt, wenn sie verwendet wird, eine nicht-funktionelle FECH-Messenger-Ribonukleinsäure (mRNA). Die alternative Spleißstelle wird etwa 40 % der Zeit verwendet. Daher erzeugt das polymorphe Allel ungefähr 60 % der normalen FECH-Aktivität und wird aus diesem Grund als hypomorph bezeichnet. Wenn das hypomorphe FECH-Allel trans mit dem nicht-funktionellen mutierten Allel ist, beträgt das Ergebnis 30 % oder weniger der normalen FECH-Enzymaktivität. Diese subnormale FECH-Aktivität wird geschwindigkeitsbegrenzend, was zu einer Akkumulation von intrazellulärem PPIX führt. Obwohl der Defekt vermutlich in allen Geweben exprimiert wird, stammen die PPIX, die für die Lichtempfindlichkeit verantwortlich sind, hauptsächlich von Knochenmark-Retikulozyten.

Aminolävulinsäure-Synthase (ALAS), das erste und geschwindigkeitsbestimmende Enzym im Häm-Biosyntheseweg, katalysiert die Kondensation von Glycin und Succinyl-Coenzym A (Succinyl-CoA) zur Bildung von Aminolävulinsäure (ALA) und benötigt Pyridoxal 5'- Phosphat als Cofaktor. ALAS ist in Säugerzellen in der mitochondrialen Matrix lokalisiert. Das Enzym wird als Vorläuferprotein im Zytosol synthetisiert und in die Mitochondrien transportiert. Zwei getrennte ALA-Synthase-Gene codieren Haushaltsformen (gewebeunspezifisch) und erythroidspezifische Formen des Enzyms (ALAS1 bzw. ALAS2). Das Gen für humanes ALAS1 befindet sich auf 3p.21 und der Locus für ALAS2 auf dem X-Chromosom bei Xp11.2.

Die beiden Formen von ALAS werden unterschiedlich reguliert, ALAS1 ist ein Haushaltsgen, das in allen Zellen exprimiert wird, und ALAS2 wird von erythroidspezifischen Transkriptionsfaktoren GATA1 und NF-E2 angetrieben. Darüber hinaus enthält ALAS2-mRNA ein Eisen-responsives Element (IRE) in seiner 5'-untranslatierten Region, ähnlich wie mRNAs, die für Ferritin und den Transferrinrezeptor kodieren (bei dem sich das IRE in der 3'-UTR des Gens befindet). Die Gelretardierungsanalyse zeigte, dass das auf Eisen ansprechende Element in der ALAS2-mRNA funktionsfähig ist [wie durch die Bindung an das Eisenregulatorprotein 2 (IRP2) nachgewiesen wird], was darauf hinweist, dass die Translation der Erythroid-spezifischen mRNA direkt mit der Verfügbarkeit von Eisen und Häm verbunden ist erythroide Zellen. Wenn die intrazelluläre Eisenkonzentration relativ hoch ist, steht es in diesem Fall für die Bindung an IRP2 zur Verfügung, ein Prozess, der den Ubiquitin-vermittelten Abbau von IRP2 verstärkt. Unter diesen Bedingungen ist IRP2 für die Bindung an das IRE-Element in ALAS2 nicht verfügbar, wodurch die Nachricht für eine effiziente Übersetzung gelöscht wird. Wenn umgekehrt das intrazelluläre Eisen relativ niedrig ist, wird der IRP2-Abbau eingeschränkt, wodurch das Protein für die Bindung an das IRE verfügbar wird und dadurch die Translation von ALAS2-mRNA blockiert wird.

Kürzlich wurde gezeigt, dass eine Variante von EPP, die in einem X-chromosomalen Muster (XLEPP) vererbt wird, auf eine ALAS2-Funktionsgewinn-Mutation in Exon 11 zurückzuführen ist. Die Mutation führt zu einer verkürzten Form des Proteins, das aufgrund weniger eingeschränkter Enzym-Substrat-Wechselwirkungen eine übernormale spezifische Aktivität aufweist, was zu einer Überproduktion von PPIX führt. Diese Situation steht im Gegensatz zu EPP mit mutiertem FECH, bei dem sich PPIX wegen mangelhafter Hämbildung anreichert.

ALAS1 und 2 verwenden Pyridoxalphosphat (PLP) als Cofaktor. PLP ist eine modifizierte Form von Vitamin B6. Es wurde gezeigt, dass PLP-Komplexe mit Isoniazid den Cofaktor erschöpfen. Diese PLP-Verarmung war eine der Ursachen der sideroblastischen Anämie.

Die Forscher werden die Hypothese testen, dass die Erschöpfung von PLP zu einer verringerten Aktivität von ALAS führt.