Forschungslabor Professor Dr. med. Christian Strassburg


Leiter: Prof. Dr. med. Christian P. Strassburg

Mitarbeiter/innen:Dr. rer. nat. Sandra Kalthoff

Steffen Landerer (M.Sc., cand. rer.nat.)
Stefan Paulusch (M.Sc., cand. rer.nat.)
Julia Reich (BTA)

Kontakt:

Medizinische Klinik und Poliklinik I, Gebäude 26
UG, Räume 70, 72, 81, 82, 84, 84 a
Tel.: +49 228-287 19801, -19802, -15213
Fax: +49 228-287 19657

Forschungsschwerpunkte und Projekte:


Die Leber repräsentiert eines der wichtigsten Organe für den Stoffwechsel und die Entgiftung von endogenen und xenobiotischen Substanzen. So werden in der Leber eine Vielzahl an Medikamenten und potentiell karzinogenen Substanzen zunächst durch Phase I Enzyme oxidiert und danach durch Phase II Enzyme mit hydrophilen Molekülen konjugiert, um dadurch eine Ausscheidung über Galle und Urin zu ermöglichen (s.Abb.1).



Abb.1: Schematische Darstellung des Phase I und II Metabolismus am Beispiel des Stoffwechselweges des Tabakrauchkarzinogens Benzo (
α)pyren

UDP-Glukuronosyltransferasen (UGT) sind im endoplasmatischen Retikulum lokalisiert und werden als Phase-II-Enzyme in verschiedene Familien unterteilt, von denen die UGT1A-Enzyme hauptsächlich für die Glukuronidierung von xenobiotischen Substanzen verantwortlich sind (s.Abb.2).


Abb. 2: Lokalisation und Funktion der UGTs im endoplasmatischen Retikulum

Der UGT1A-Genlokus kodiert 9 funktionelle Proteine (UGT1A1, UGT1A3, UGT1A4, UGT1A5, UGT1A6, UGT1A7, UGT1A8, UGT1A9, UGT1A10), die jeweils individuelle Substratspezifitäten und gewebespezifische Expressionsmuster aufweisen. Während UGT1A1, UGTA3, UGT1A4, UGT1A6 und UGT1A9 in der Leber exprimiert werden, werden UGT1A7, UGT1A8 und UGT1A10 ausschließlich extrahepatisch (Darm, Magen) exprimiert.
Die gewebespezifische Expression wird durch die transkriptionelle Regulation über verschiedene Transkriptionsfaktoren und deren Bindungselemente vermittelt. Innerhalb unserer Arbeitsgruppe wurden in nahezu allen UGT1A-Promotoren „xenobiotic response elements“ (XRE) und „antioxidant response elements“ (ARE) identifiziert, die als Antwort auf Xenobiotika (z.B. Karzinogene) und oxidativen Stress aktiviert werden. Weiterhin konnte eine Regulation durch den Gallensäure-Rezeptor Farnesoid-X-Rezeptor (FXR) und hepatozyten-spezifische nukleäre Faktoren (HNFs) gezeigt werden (s.Abb.3).



Abb.3: Überblick über verschiedene Signaltransduktionwege, die zu einer Aktivierung der UGT1A-Transkription führen

Ein weiterer Fokus unserer Arbeitsgruppe liegt auf der Identifizierung und Charakterisierung genetischer UGT1A-Varianten. Die wohl bekannteste UGT1A-Variante ist der UGT1A1*28-Polymorphismus, der in 10% der weißen Bevölkerung homozygot vorkommt und mit dem Gilbert-Meulengracht-Syndrom (milde unkonjugierte Hyperbilirubinämie) assoziiert ist. Kürzlich wurde durch unsere Arbeitsgruppe gezeigt, dass 76% der Gilbert-Meulengracht-Patienten gleichzeitig homozygot für verschiedene genetische Varianten der UGT1A3-, UGT1A6- und UGT1A7- Gene sind. Daher haben wir ein transgenes humanisertes UGT1A-Mausmodell entwickelt, das diesen UGT1A-Haplotypen als Transgen trägt. Die Basalexpression und die Induzierbarkeit der UGT1A-Gene durch Xenobiotika waren in der UGT1A-SNP-Maus stark reduziert.
Neben der Analyse von Auswirkungen von SNPs auf die Induzierbarkeit von UGT1A-Genen, untersucht unsere Arbeitsgruppe auch Assoziationen genetischer UGT1A-Varianten mit Krankheiten und Nebenwirkungen einer Pharmakotherapie. So wurde eine Kombination aus UGT1A7-Varianten (UGT1A7*3), die zu einer reduzierten UGT1A7-Enzym-Aktivität führt, sowohl mit vermehrten Nebenwirkungen während einer Irinotecan-Therapie als auch mit einem erhöhten Risiko für die Entstehung eines hepatozellulären Karzinoms (HCC) assoziiert. In zahlreichen Studien wurde bereits belegt, dass Kaffeetrinker ein geringeres Risiko für die Entwicklung eines HCCs haben. Im Rahmen von in vitro- und in vivo-Experimenten unserer Arbeitsgruppe wurde Kaffee als sehr potenter UGT1A-Induktor identifiziert. Die Kaffee-induzierte transkriptionelle UGT1A-Aktivierung wird dabei durch XRE- und ARE-Bindungselemente vermittelt und repräsentiert damit eine Erklärung für die antioxidative und protektive Wirkung von Kaffee auf Leberkrankheiten einschließlich des Risikos für HCC.
Weiterhin untersucht unsere Arbeitsgruppe den Einfluss von UGT1A-Polymorphismen auf den Verlauf einer manifesten Cholestase. In gallengangsligierten transgenen UGT1A-Mäusen konnte gezeigt werden, dass UGT1A-SNP Mäuse vermutlich aufgrund einer verringerten hepatischen und extrahepatischen UGT1A-Expression im Vergleich zu UGT1A-WT-Mäusen eine erhöhte Suszeptibilität gegenüber Cholestaste-induzierten Leberschäden (ALT, AST, Fibrose, Nekrose) aufweisen. Die weitere Aufklärung der transkriptionellen UGT1A-Regulation bei obstruktiver Cholestase könnte zur Weiterentwicklung therapeutischer Strategien zur Behandlung cholestatischer Lebererkrankungen beitragen.

Publikationen der Arbeitsgruppe:

Kalthoff S, Winkler A, Freiberg N, Manns MP, Strassburg CP.
Gender matters: Estrogen receptor alpha (ERα) and histone deacetylase (HDAC) 1 and 2 control the gender-specific transcriptional regulation of human uridine diphosphate glucuronosyltransferases genes (UGT1A).
J Hepatol. 2013;59(4):797-804.

Ehmer U, Kalthoff S, Fakundiny B, Pabst B, Freiberg N, Naumann R, Manns MP, Strassburg CP.
Gilbert syndrome redefined: A complex genetic haplotype influences the regulation of glucuronidation.
Hepatology. 2012;55(6):1912-21.

Kalthoff S, Ehmer U, Freiberg N, Manns MP, Strassburg CP.
Coffee Induces Expression of Glucuronosyltransferases by the Aryl Hydrocarbon Receptor and Nrf2 in
Liver and Stomach.
Gastroenterology. 2010 Nov;139(5):1699-710.

Erichsen TJ, Aehlen A, Ehmer U, Kalthoff S, Manns MP, Strassburg CP.
Regulation of the human bile acid UDP-glucuronosyltransferase 1A3 by the farnesoid X receptor and
bile acids.
J Hepatol. 2010;52(4):570-8.

Ehmer U, Kalthoff S, Lankisch TO, Freiberg N, Manns MP, Strassburg CP.
Shared regulation of UGT1A7 by hepatocyte nuclear factor (HNF) 1alpha and HNF4alpha.
Drug Metab Dispos. 2010;38(7):1246-57.

Kalthoff S, Ehmer U, Freiberg N, Manns MP, Strassburg CP.
Interaction between oxidative stress sensor nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2) andxenobiotic activated aryl hydrocarbon receptor (AHR) in the regulation of the human phase II
detoxifying UDP-glucuronosyltransferase 1A10.
J Biol Chem. 2010 Feb 26;285(9):5993-6002.

Strassburg CP.
Gilbert-Meulengracht's syndrome and pharmacogenetics: is jaundice just the tip of the iceberg?
Drug Metab Rev. 2010;42(1):162-75

Lankisch TO, Behrens G, Ehmer U, Mobius U, Rockstroh J, Wehmeier M, Kalthoff S, Freiberg N, Manns MP, Schmidt RE, Strassburg CP.
Gilbert's syndrome and hyperbilirubinemia in protease inhibitor therapy--an extended haplotype of genetic
variants increases risk in indinavir treatment.
J Hepatol. 2009;50(5):1010-8.

Lankisch TO, Schulz C, Zwingers T, Erichsen TJ, Manns MP, Heinemann V, Strassburg CP.
Gilbert's Syndrome and irinotecan toxicity: combination with UDPglucuronosyltransferase 1A7 variants increases risk.
Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2008;17(3):695-701.

Erichsen TJ, Ehmer U, Kalthoff S, Lankisch TO, Muller TM, Munzel PA, Manns MP,
Strassburg CP. Genetic variability of aryl hydrocarbon receptor (AhR)-mediated
regulation of the human UDP glucuronosyltransferase (UGT) 1A4 gene. Toxicol Appl
Pharmacol. 2008;230(2):252-60.

Lankisch TO, Gillman TC, Erichsen TJ, Ehmer U, Kalthoff S, Freiberg N, Munzel PA, Manns MP, Strassburg CP.
Aryl hydrocarbon receptor-mediated regulation of the human estrogen and bile acid UDP-glucuronosyltransferase 1A3 gene.
Arch Toxicol. 2008;82(9):573-82.

Ehmer U, Lankisch TO, Erichsen TJ, Kalthoff S, Freiberg N, Wehmeier M, Manns MP, Strassburg CP.
Rapid allelic discrimination by TaqMan PCR for the detection of the Gilbert's syndrome marker UGT1A1*28.
J Mol Diagn. 2008;10(6):549-52.

Lankisch TO, Moebius U, Wehmeier M, Behrens G, Manns MP, Schmidt RE, Strassburg CP.
Gilbert’s Disease and Atazanavir: From Phenotype to UDP-glucuronosyltransferase Haplotype.
Hepatology 2006 44(5):1324-1332

Lankisch TO, Vogel A, Eilermann S, Fiebeler A, Krone B, Barut A, Manns MP, Strassburg CP.
Identification and characterization of a functional TATA box polymorphism of the UDP glucuronosyltransferase 1A7 gene.
Mol Pharmacol. 2005;67(5):1732-9.

Ehmer U, Vogel A, Schutte JK, Krone B, Manns MP, Strassburg CP.
Variation of hepatic glucuronidation: Novel functional polymorphisms of the UDPglucuronosyltransferase
UGT1A4.
Hepatology. 2004;39(4): 970-7.

Vogel A, Ockenga J, Ehmer U, Barut A, Kramer FJ, Tukey RH, Manns MP, Strassburg CP.
Polymorphisms of the carcinogen detoxifying UDP-glucuronosyltransferase UGT1A7 in proximal digestive tract cancer.
Z Gastroenterol. 2002;40(7):497-502.

Strassburg CP, Vogel A, Kneip S, Tukey RH, Manns MP.
Polymorphisms of the Human UDP-glucuronosyltransferase (UGT) 1A7 Gene in Colorectal Cancer.
GUT. 2002;50(6):851-856.

Strassburg CP, Strassburg A, Kneip S, Barut A, Tukey RH, Rodeck B, Manns MP.
Develpomental aspects of human hepatic drug glucuronidation in young children and adults.
GUT. 2002;50(2):259-265.

Vogel A, Kneip S, Barut A, Ehmer U, Tukey RH, Manns MP, Strassburg CP.
Genetic link of hepatocellular carcinoma with polymorphisms of the UDP Glucuronosyltransferase
UGT1A7 gene.
Gastroenterology. 2001;121(5): 1136-1144.

Strassburg CP, Barut A, Obermayer-Straub P, Li Q, Nguyen N, Tukey RH, Manns MP.
Identification of cyclosporine A and tacrolimus glucuronidation in human liver and the gastrointestinal tract by a differentially expressed UDP-glucuronosyltransferase: UGT2B7.
J Hepatology. 2001;34(6):865-72.

Strassburg CP, Kneip S, Topp J, Barut A, Obermayer-Straub A, Tukey RH, Manns MP.
Polymorphic regulation and interindividual variation of UDPglucuronosyltransferase activity in human small intestine.
J Biological Chemistry. 2000;275(46):36164-36171.

Nowell SA, Massengill JS, Williams S, Radominska-Pandya A, Tephly TR, Cheng Z, Strassburg CP, Tukey RH, MacLeod SL, Lang NP, Kadlubar FF.
Glucuronidation of 2-hydroxyamino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine by human microsomal UDP-glucuronosyltransferases: identification of specific UGT1A family isoforms involved.
Carcinogenesis. 1999;20(6):1107-1114.

Strassburg CP, Strassburg A, Nguyen N, Manns MP, Tukey RH
Regulation and function of family 1 (UGT1A) and family 2 (UGT2B) UDP-glucuronosyltransferases
in human esophageal epithelium and cancer.
Biochemical J. 1999:338(Pt 2: 489-498.

Strassburg CP, Nguyen N, Manns MP, Tukey RH.
UDP glucuronosyltransferase activity in human liver and colon.
Gastroenterology. 1999;116(1):149-160.

Strassburg CP, Nguyen N, Manns MP, Tukey RH.
Polymorphic expression of the UDP-glucuronosyltransferase UGT1A gene locus in human gastric epithelium.
Molecular Pharmacology. 1998;54(4):647-654.

Strassburg CP, Manns MP, Tukey RH.
Expression of the UDPglucuronosyltransferase 1A Locus in Human Colon: Identification and Characterization of the Novel Extrahepatic UGT1A8.
J Biological Chemistry.1998; 273(15): 8719-8726.

Strassburg CP, Manns MP, and Tukey RH.
Differential downregulation of the UDP-glucuronosyltransferase 1A locus is an early event in human liver and biliary cancer.
Cancer Research.1997;57(14):2979-2985.

Strassburg CP, Oldhafer K, Manns MP, Tukey RH.
Differential expression of the UGT1A locus in human liver, biliary and gastric tissue: Identification of UGT1A7 and UGT1A10 transcripts in extrahepatic tissue.
Molecular Pharmacology. 1997;52(2): 212-220.

Strassburg CP, Obermayer-Straub P, Alex B, Durazzo M, Rizzetto M, Tukey RH, Manns MP.
Autoantibodies against glucuronosyltransferases differ between viral hepatitis and autoimmune hepatitis.
Gastroenterology. 1996;111(6):1576-1586.