Effect van Isoniazide op protoporfyrinespiegels bij erytropoëtische protoporfyrie (INHEPP)

Klinisch worden zowel erytropoëtische protoporfyrie (EPP) als X-gebonden EPP (XLEPP) gekenmerkt door pijnlijke, niet-verschroeiende fotosensitiviteit van de huid die begint in de vroege kinderjaren. EPP is de meest voorkomende porfyrie bij kinderen en de derde meest voorkomende bij volwassenen (na porfyrie cutanea tarda en acute intermitterende porfyrie). De prevalentiemeldingen variëren van 5 tot 15 gevallen per miljoen inwoners.

EPP is in de meeste gevallen het gevolg van verminderde activiteit van ferrochelatase (FECH), het enzym dat de opname van ferro-ijzer in PPIX, de laatste stap in de productie van heem, katalyseert. Het overervingspatroon is autosomaal recessief. Homozygositeit voor een FECH-mutatie is echter zeldzaam. De verminderde activiteit is eerder een gevolg van een combinatie van een overgeërfde inactiverende mutatie die één FECH-allel beïnvloedt en een intronisch polymorfisme dat de splitsing van het andere allel verandert. De alternatieve splitsingsplaats produceert, indien gebruikt, een niet-functioneel FECH-boodschapperribonucleïnezuur (mRNA). De alternatieve lasplaats wordt ongeveer 40% van de tijd gebruikt. Daarom produceert het polymorfe allel ongeveer 60% van de normale FECH-activiteit en wordt daarom hypomorf genoemd. Wanneer het hypomorfe FECH-allel in trans staat met het niet-functionele mutante allel, is het resultaat 30% of minder van de normale FECH-enzymactiviteit. Deze subnormale FECH-activiteit wordt snelheidsbeperkend, wat resulteert in accumulatie van intracellulaire PPIX. Hoewel het defect vermoedelijk in alle weefsels tot uiting komt, is de PPIX die verantwoordelijk is voor lichtgevoeligheid voornamelijk afkomstig van mergreticulocyten.

Aminolevulinezuursynthase (ALAS), het eerste en snelheidsbeperkende enzym in de biosyntheseroute van heem, katalyseert de condensatie van glycine en succinyl-co-enzym A (succinyl-CoA) om aminolevulinezuur (ALA) te vormen, en vereist pyridoxal 5'- fosfaat als cofactor. ALAS in zoogdiercellen is gelokaliseerd in de mitochondriale matrix. Het enzym wordt gesynthetiseerd als een voorlopereiwit in het cytosol en naar de mitochondriën getransporteerd. Twee afzonderlijke ALA-synthasegenen coderen voor huishoudelijke (weefsel-niet-specifieke) en erytroïde-specifieke vormen van het enzym (respectievelijk ALAS1 en ALAS2). Het gen voor humaan ALAS1 bevindt zich op 3p.21 en de locus voor ALAS2 op het X-chromosoom, op Xp11.2.

De twee vormen van ALAS worden differentieel gereguleerd, ALAS1 is een huishoudgen dat in alle cellen tot expressie wordt gebracht en ALAS2 wordt aangestuurd door erytroïde-specifieke transcriptiefactoren GATA1 en NF-E2. Bovendien bevat ALAS2-mRNA een op ijzer reagerend element (IRE) in zijn 5'-onvertaalde regio, vergelijkbaar met mRNA's die coderen voor ferritine en de transferrinereceptor (waarin het IRE zich in de 3'-UTR van het gen bevindt). Gelvertragingsanalyse toonde aan dat het op ijzer reagerende element in ALAS2-mRNA functioneel is [zoals blijkt uit binding aan ijzerregulator-eiwit 2 (IRP2)], wat aangeeft dat translatie van het erytroïde-specifieke mRNA direct is gekoppeld aan de beschikbaarheid van ijzer en heem in erytroïde cellen. In dit geval, wanneer de intracellulaire ijzerconcentratie relatief hoog is, is het beschikbaar voor binding aan IRP2, een proces dat de door ubiquitine gemedieerde afbraak van IRP2 verbetert. Onder deze omstandigheden is IRP2 niet beschikbaar voor binding aan het IRE-element in ALAS2, waardoor het bericht wordt gewist voor een efficiënte vertaling. Omgekeerd, wanneer intracellulair ijzer relatief laag is, wordt IRP2-afbraak beperkt, waardoor het eiwit beschikbaar komt voor binding aan het IRE en daardoor translatie van ALAS2-mRNA wordt geblokkeerd.

Onlangs is aangetoond dat een variante vorm van EPP, overgeërfd in een X-linked patroon (XLEPP), het gevolg is van een ALAS2 gain-of-function-mutatie in exon 11. De mutatie resulteert in een afgeknotte vorm van het eiwit dat supranormale specifieke activiteit heeft als gevolg van minder beperkte enzym-substraat-interacties, resulterend in overproductie van PPIX. Deze situatie is in tegenstelling tot EPP met gemuteerde FECH waarin PPIX zich ophoopt vanwege gebrekkige heemvorming.

ALAS1 en 2 gebruiken pyridoxaalfosfaat (PLP) als cofactor. PLP is een gemodificeerde vorm van vitamine B6. Er is aangetoond dat PLP een complex vormt met isoniazide, waardoor de cofactor wordt uitgeput. Deze PLP-uitputting is een van de oorzaken van sideroblastische anemie geweest.

De onderzoekers zullen de hypothese testen dat uitputting van PLP zal leiden tot verminderde activiteit van ALAS.