PTU - Polskie Towarzystwo Urologiczne

S-TRANSFERAZA GLUTATIONOWA JAKO GENETYCZNY MARKER RYZYKA PODATNOŚCI NA ROZWÓJ RAKA PĘCHERZA MOCZOWEGO
Artykuł opublikowany w Urologii Polskiej 1997/50/4.

autorzy

Wiesław Sokołowski 1, Renata Jaskuła-Sztul 2, Ryszard Szpera 1, Krzysztof Szyfter 2
1 Oddział Urologii Z. Z. O. Z. Zarządu Służby Zdrowia MSW w Poznaniu
Ordynator: dr n. med. Wiesław Sokołowski
2 Zakład Genetyki Człowieka PAN w Poznaniu
Kierownik: prof. dr hab. Jerzy Nowak

słowa kluczowe

pęcherz moczowy rak S-transferaza glutationu genotyp

streszczenie

Cel pracy. Podjęto zagadnienie zróżnicowania genetycznego populacji
pod względem podatności na działanie kancerogenów chemicznych. Okre-
ślono występowanie zdefektowanych genów transferazy S-glutationowej
GST
Materiał i metoda. Za pomocą polimeraryzacyjnej reakcji łańcuchowej
PCR
i GST T1 w grupie 34 pacjentów z rakiem pęcherza i w grupie kontrolnej
liczącej 180 osób.
Wyniki. Stwierdzono, że odsetek zdefektowanych genów u pacjentów z
rakiem pęcherza i w grupie kontrolnej jest porównywalny. Natomiast jedy-
nie u pacjentów z rakiem pęcherza stwierdzono 100% koincydencji defek-
tu GST T1 i GST M1.
Wnioski. Wnioskuje się, że jednoczesny defekt dwóch dróg detoksykacji
może być markerem genetycznie uwarunkowanej podatności na działanie
kancerogenów, zwłaszcza obecnych w dymie tytoniowym. Podjęta próba
korelacji występowania zdefektowanych form GST ze stopniem złośliwości
histologicznej wskazała na konieczność poszerzenia badanej grupy.

Urolog, z chwilą postawienia rozpoznania raka pęcherza moczowego,

staje przed trudną decyzją wyboru optymalnego modelu leczenia. Od tej decyzji bardzo często zależy dalszy los chorego. Obok określenia stopnia miejscowego zaawansowania nowotworu i określenia stopnia złośliwo- ści histopatologicznej poszukuje się innych czynników prognostycznych, które upoważniają do podjęcia radykalnego leczenia raka pęcherza mo- czowego we wczesnych etapach choroby.


Wprowadzenie nowych technik biologii molekularnej pozwoliło na wykrywanie nowych czynników prognostycznych na poziomie genów i określenia genotypów ludzi mniej odpornych na działanie chemicznych czynników kancerogennych [15].


Rak pęcherza moczowego jest ściśle powiązany ze środowiskową lub zawodową ekspozycją na szereg chemicznych kancerogenów obecnych w otoczeniu człowieka [17]. Wśród znanych czynników rakotwórczych wylicza się policykliczne węglowodory aromatyczne, nitrozoaminy, ben- zen, aminy aromatyczne, na które człowiek jest narażony podczas pale- nia tytoniu lub podczas wykonywania określonej pracy, takiej jak lakier- nictwo, farbiarstwo, a także koksownictwo i hutnictwo [6]. Spośród wy- mienionych związków chemicznych pierwszoplanową rolę w etiologii raka pęcherza przypisuje się aminom aromatycznym [8]. Jednak nawet w warunkach jednakowej ekspozycji istnieje osobniczo zmienna podatność na działanie kancerogenów, powiązana w znacznym stopniu z polimorfizmem genetycznym w zakresie enzymów odpowie- dzialnych za aktywację i detoksykację kancerogenów [3, 13]. Kancero- genne aminy aromatyczne po aktywacji metabolicznej podlegają inten- sywnej detoksykacji przy udziale takich polimorficznych enzymów, jak S-transferaza glutationowa (GST) czy N-acetylotransferaza (NAT). Tylko ta część aktywnego kancerogenu, która nie została usunięta z komórki w trakcie detoksykacji, może oddziaływać z DNA i wpływać na zmianę in- formacji genetycznej. Dlatego im bardziej niesprawna jest detoksykacja aktywnych kancerogenów, tym bardziej podnosi się ryzyko wystąpienia i progresji choroby nowotworowej [16].


W związku z tym podjęto badania nad występowaniem polimorfizmu genów GST u chorych z rakiem przejściowokomórkowym pęcherza mo- czowego. Celem pracy było określenie częstości występowania zdefekto- wanych wariantów genów dwóch izoenzymów GST Ml i GST Tl, okre- ślanych jako genotypy ( ?) lub null.


MATERIAŁ I METODA


Badania wykonano u 34 chorych z rakiem przejściowokomórkowym pęcherza moczowego leczonych w Oddziale Urologicznym Szpitala MSW w Poznaniu. W skład grupy badanej wchodziło 25 mężczyzn i 9 kobiet w wieku 44 do 89 lat, przy średniej wieku 60,7 lat. Charakterystykę badanej grupy pod względem stopnia złośliwości patologicznej nowotworów oraz palenia tytoniu (mając na uwadze wpływ kancerogenów chemicznych obecnych w dymie tytoniowym) przedstawiono w tabeli I. Wśród bada- nych chorych palacze i byli palacze papierosów stanowili 85,3% co po- twierdza częstsze występowanie raka pęcherza u ludzi obciążonych na- łogiem palenia tytoniu.


W celu uzyskania poglądu na temat rozkładu genotypów GST w po- pulacji polskiej, do badań włączono grupę kontrolną złożoną z 78 męż- czyzn i 102 kobiet (łącznie 180 zdrowych osób).


Materiał badawczy stanowiła krew żylna pobierana w objętości 5 ml na 10% EDTA. Z próbek krwi wydzielano frakcję limfocytów, z których izolowano DNA techniką fenolowo-detergentową. Genotypy dwóch izo- enzymów GST Ml i GST Tl analizowano techniką polimerazowej reakcji łańcuchowej (PCR) z wykorzystaniem specyficznych primerów syntezy DNA i termostabilnej polimerazy Taq [7]. Produkty amplifikacji analizo- wanych odcinków DNA rozdzielano za pomocą elektroforezy w 1,5% żelu agarozowym.


WYNIKI


Częstość występowania genotypu GST ( ?) dla genów obu izoenzy- mów GST oceniana za pomocą reakcji PCR została przedstawiona w ta- beli II. Genotyp GST (?) oznaczający defekt detoksykacji kancerogenów stwierdzono w 19/34 (55,8%) przypadkach w odniesieniu do genu izo- enzymu GST Ml, a w 5/34 (14,7%) przypadkach dla genu GST Tl. Ana- logiczne dane w grupie kontrolnej wynosiły: 57,7% dla GST Ml i 21,7% dla GST Tl, co oznacza, że żaden ze zdefektowanych genów kodujących badane izoenzymy GST nie jest nadreprezentowany w grupie pacjentów z rakiem pęcherza moczowego.


Ponieważ jednak detoksykacja kancerogenów przebiega równolegle przy udziale kilku enzymów i izoenzymów, postawiono pytanie o współ- występowanie defektu genowego. Stwierdzono, że w badanej grupie cho- rych z rakiem pęcherza moczowego defektowi GST Tl zawsze towarzy- szył defekt GST Ml (tabela III). Podobna koincydencja znacznie rzadziej zachodzi w grupie kontrolnej i jeszcze rzadziej w grupie pacjentów z rakiem krtani, co było przedmiotem odrębnego badania (Jaskuła-Sztul i wsp., w druku).


W tabeli IV zestawiono występowanie genotypów GST (?) na tle nara- stającej złośliwości histologicznej. Chociaż można obserwować tenden- cję do wyższego udziału genotypów GST ( ?) wraz ze wzrostem złośli- wości, to zebrany material jest jednak niewystarczający do wyprowadze- nia jednoznacznych wniosków w tym zakresie.


DYSKUSJA


Genetycznie uwarunkowane zróżnicowanie populacji ludzkiej na dzia- łanie czynników kancerogennych rozpatrywane jest w powiązaniu z metabolizmem kancerogenów w komórkach organizmu człowieka. Obej- muje on trzy podstawowe procesy enzymatyczne: aktywację metabolicz- ną kancerogeny detoksykację aktywnych metabolitów kancerogenu oraz usuwanie uszkodzeń z cząsteczki DNA [13,16]. Inicjację procesu nowo- tworzenia faworyzuje taki układ genów, który prowadzi do wysokiej ak- tywności enzymów aktywacyjnych, niskiej wydajności detoksykacji i ni- skosprawnej naprawy DNA [4, 14]. Jeśli początkowo interesowano się głównie polimorfizmem enzymów odpowiedzialnych za aktywację me- taboliczną, to obecnie ciężar badań przesunął się na detoksykację, gdyż na tym etapie spodziewane są wyższe różnice międzyosobnicze. Ochronną rolę transferaz glutationowych wobec działania różnych kancerogenów, łącznie z kancerogenami obecnymi w dymie tytoniowym, opracowano monograficznie [3], w tym także w literaturze polskiej [11]. Genetycznie zdeterminowane niedobory aktywności transferazy gluta- tionowej GST Ml spełniają funkcję prokancerogenną, co najpełniej wy- kazano w raku płuc [9,12]. Podobne sugestie podnoszono także w odnie- sieniu do raka pęcherza [1, 2, 5,10], ale sprawa pozostaje otwarta. Nie- wykluczone, że trudności interpretacyjne wiążą się z nieoczekiwanie wysoką częstością występowania zdefektowanego genu GST Ml w po- pulacjach traktowanych jako grupy kontrolne [10]. Również w niniejszej pracy stwierdzono obecność genotypu GST Ml ( ?) u ponad 50% pacjen- tów i osób zdrowych. Z tego powodu zdecydowano się na równoległe określenie genotypów izoenzymów GST Ml i GST Tl. Wykazano stupro- centową koincydencję genotypów GST Tl (?) i GST Ml (?), czyli jedno- czesne upośledzenie dwóch torów detoksykacji, co może być traktowane jako istotny czynnik zwiększający ryzyko wystąpienia raka pęcherza. Ocena genotypów GST Ml i GST Tl jako czynników prognostycznych wymaga przebadania większej liczby chorych. To samo dotyczy różnic wrażliwości genetycznej na mutageny mężczyzn i kobiet oraz roli pale- nia tytoniu. W ostatnim przypadku wskazano już na znaczny wzrost ryzyka wystąpienia raka pęcherza u palaczy tytoniu z GST Ml (?), pod- czas gdy u osób niepalących genotyp GST Ml ( ?) nie stanowił obciąże- nia genetycznego [1].

piśmiennictwo

  1. [1] Bell, D. A., Taylor, J. A., Paulson, D. F., Robertson, C. N., Mohler, J. L.,
  2. Lucier, G. W.: Genetic risk and carcinogen exposure: A common inherited defect of
  3. the carcinogen metabolism gene GST Ml that increases susceptibility to bladder
  4. cancer. J. Natl. Cancer Inst., 1993, 85,1159-1164.
  5. [2] Brockmóller, J., Kerb, R., Drakoulis, B., Roots, l.-.GSTMl anditszmńantsA
  6. and B as host factors of bladder cancer susceptibility: A case control study. Cancer
  7. Res., 1994, 54, 4103-4111.
  8. [3] Caparoso, N., Landi, M. T., Vineis, ?.:Relevance of metabolic poiymorphisms to
  9. human carcinogcnesis: Eualuation of epidemiologie evidence. Pharmacogenetics,
  10. 1991, 1, 4-19.
  11. [4] Guengerich, F. R, Shimada, T., Raney, K. D., Yun, Ch. H., Meyer, D. J.,
  12. Ketterer, B., Harris, T. M., Groopman, J. D., Kadlubar, F. ?.:Elucidation of
  13. catalytic specifities of human cytochrome P450 and GST enzymes and releimnce to
  14. molecular epidemiology. Environ. Health Perspectives, 1992, 98, 75-80.
  15. [5] Hirvonen, A., Nylund, L., Kociba, R, Husgafvel-Pursiainen, K., Vainio, H.:
  16. Modulation of urinary mutagenicity by genetically determined carcinogen metabo-
  17. lism in smokers. Carcinogenesis, 1994,15, 813-815.
  18. [6] Iscovitch, }., Castello, R., Esteve,)., Munoz, N., Colanzi, R., Coronel, A.
  19. Deamezola, I., Tassi, V., Arslan, A.: Tobacco, smoking, occupational exposurc
  20. and bladder cancer in Argentina. 1987,40, 734-740.
  21. [7] Jaskuła-Sztul, R., Hirvonen, A., Husgafvel-Pursiainen, K., Szmeja, Z.,
  22. Szyfter, W., Szyfter, K.: Glutathione S-transferase genotypes as modifiers of
  23. indwidual susceptibility to smoking related larynx cancer. W: Head & Neck cancer;
  24. adyances in basic research, pod red.: J. A. Wernera i in., Elsevier, Amsterdam
  25. 1996, 29-33.
  26. [8] Kadlubar, F. F.: DNA adducts of carcinogenic aromatic amines. W: DNA adducts:
  27. Identification and biological significance, pod red. K. Hemminkiego i in., Int. Agency
  28. Res. Cancer, Lyon 1994,199-216.
  29. [9] Kihara, M., Kihara, M., Noda, K.: Lung cancer risk of GSTMl null genotype is
  30. dependent on the extent oftobacco smoke exposure. Carcinogenesis, 1994,15,415-
  31. 417.
  32. [10] Lin, H. ]., Han, Ch. Y., Bernstein, D. A., Hsiao, W., Lin, B. K., Hardy, S.:
  33. Ethnic distribution of the GST Ml null genotype in 1473 individuals and applica-
  34. tion to bladder cancer susceptibility. Carcinogenesis, 1994,15,1077-1081.
  35. [U] Mikstacka, R.: Rola transferaz glutationowych w inaktywacji związków kancero-
  36. gennych. Post. Biochem., 1988,34,47-578.
  37. [12] Nakajima, T., Elovaara, E., Anttila, S., Hirvonen, A., Camus, A. M., Hayes,}. D.,
  38. Ketterer, B., Vainio, H.: Expression and polymorphism of GST in human lungs: Risk
  39. factors in smoking related lung cancer. Carcinogenesis, 1995,16, 707-711.
  40. [13] Roots, I., Drakoulis, N., Brockmoller, J.: Polymorphic enzymes and cancer risk:
  41. Concepts, methodology and data review. W: Pharmacogenetics of Drug Metabolism,
  42. pod red. W. Kałowa, Pergamon Press, Nowy Jork 1992,815-841.
  43. [14] Smith, G., Stanley, L. A., Sim, E., Strnage, R. C, Wolf, C. R.: Metabolic
  44. polymorphisms and cancer susceptibility. Cancer Survey, 1995, 25, 27-65.
  45. [15] Vainio, H., McGregor, D.: Approaches to the prediction of human cancer risk.
  46. Pharmacogenetics, 1992, 2, 337-343.
  47. [16] Vahakangas, K., Pelkonen, O.: Host variations in carcinogen metabolism and
  48. DNA repair. W: Genetic epidemiology of cancer, pod red. H. T. Lyncha i T. Hiray-
  49. amy, CRC Press, Boca Raton, 1989, 35-54.
  50. [17] Wynder, E. I., Goldsmith, R.: The epidemiology of bladder cancer: a second look.
  51. Cancer, 1977, 40, 1246-1268.