Effekt av isoniazid på protoporfyrinnivåer i erytropoietisk protoporfyri (INHEPP)

Klinisk er både erytropoietisk protoporfyri (EPP) og X-linked EPP (XLEPP) preget av smertefull, ikke-blærende kutan fotosensitivitet med utbrudd i tidlig barndom. EPP er den vanligste porfyrien hos barn og den tredje vanligste hos voksne (etter porphyria cutanea tarda og akutt intermitterende porfyri). Rapporter om prevalens varierer mellom 5 og 15 tilfeller per million innbyggere.

EPP skyldes i de fleste tilfeller redusert aktivitet av ferrochelatase (FECH), enzymet som katalyserer inkorporeringen av jernholdig jern i PPIX, det siste trinnet i produksjonen av hem. Mønsteret for arv er autosomalt recessivt. Imidlertid er homozygositet for en FECH-mutasjon sjelden. Snarere er den reduserte aktiviteten en konsekvens av en kombinasjon av en arvelig inaktiverende mutasjon som påvirker en FECH-allel og en intronisk polymorfisme som endrer spleising av den andre allelen. Det alternative spleisestedet, når det brukes, produserer en ikke-funksjonell FECH messenger ribonukleinsyre (mRNA). Det alternative skjøtestedet brukes omtrent 40 % av tiden. Derfor produserer den polymorfe allelen omtrent 60 % av normal FECH-aktivitet, og av denne grunn kalles den hypomorf. Når den hypomorfe FECH-allelen er i trans med den ikke-funksjonelle mutante allelen, er resultatet 30 % eller mindre av den normale FECH-enzymaktiviteten. Denne subnormale FECH-aktiviteten blir hastighetsbegrensende, noe som resulterer i akkumulering av intracellulær PPIX. Selv om defekten antagelig kommer til uttrykk i alt vev, stammer PPIX som er ansvarlig for fotosensitivitet primært fra margretikulocytter.

Aminolevulinsyresyntase (ALAS), det første og hastighetsbegrensende enzymet i hembiosynteseveien, katalyserer kondensasjonen av glycin og succinyl-koenzym A (succinyl-CoA) for å danne aminolevulinsyre (ALA), og krever pyridoksal 5'- fosfat som en kofaktor. ALAS i pattedyrceller er lokalisert til mitokondriematrisen. Enzymet syntetiseres som et forløperprotein i cytosolen og transporteres inn i mitokondrier. To separate ALA-syntasegener koder for husholdning (vevsuspesifikke) og erytroidespesifikke former av enzymet (henholdsvis ALAS1 og ALAS2). Genet for human ALAS1 er på 3p.21 og lokuset for ALAS2 X-kromosomet, ved Xp11.2.

De to formene for ALAS er differensielt regulert, ALAS1 er et husholdningsgen uttrykt i alle celler og ALAS2 er drevet av erytroidspesifikke transkripsjonsfaktorer GATA1 og NF-E2. I tillegg inneholder ALAS2 mRNA et jern-responsivt element (IRE) i sin 5'-utranslaterte region, lik mRNA som koder for ferritin og transferrinreseptoren (hvor IRE er i genets 3' UTR). Gelretardasjonsanalyse viste at det jernresponsive elementet i ALAS2 mRNA er funksjonelt [som vist ved binding til jernregulatorprotein 2 (IRP2)], noe som indikerer at translasjon av det erytroidspesifikke mRNA er direkte knyttet til tilgjengeligheten av jern og hem i erytroide celler. I dette tilfellet, når intracellulær jernkonsentrasjon er relativt høy, er den tilgjengelig for binding til IRP2, en prosess som forbedrer ubiquitin-mediert nedbrytning av IRP2. Under disse forholdene er IRP2 utilgjengelig for binding til IRE-elementet i ALAS2, noe som fjerner meldingen for effektiv oversettelse. Motsatt, når intracellulært jern er relativt lavt, er IRP2-nedbrytning begrenset, noe som gjør proteinet tilgjengelig for binding til IRE og blokkerer derved translasjon av ALAS2 mRNA.

Nylig ble en variant av EPP, arvet i et X-koblet mønster (XLEPP), vist å skyldes en ALAS2 gain-of-function mutasjon i ekson 11. Mutasjonen resulterer i en avkortet form av proteinet som har supranormal spesifikk aktivitet som et resultat av mindre begrensede enzym-substrat-interaksjoner, noe som resulterer i overproduksjon av PPIX. Denne situasjonen er i motsetning til EPP med mutert FECH der PPIX akkumuleres på grunn av mangelfull hemdannelse.

ALAS1 og 2 bruker pyridoksalfosfat (PLP) som en kofaktor. PLP er en modifisert form for vitamin B6. Det er vist at PLP komplekserer med isoniazid som utarmer kofaktoren. Denne PLP-uttømmingen har vært en av årsakene til sideroblastisk anemi.

Etterforskerne vil teste hypotesen om at uttømming av PLP vil føre til redusert aktivitet av ALAS.