Potential alimentärer Beeinflussbarkeit der Aktivität der Alkalischen Phosphatase bei Hypophosphatasie-assoziierten Mutationen im ALPL-Gen

Abstract

Einleitung: Patienten mit Hypophosphatasie, einer genetischen Erkrankung mit funktionsmindernder Mutation im ALPL-Gen, stehen nur begrenzte therapeutische Optionen zur Verfügung. Ziel dieser Arbeit war es, die Beeinflussbarkeit der Enzymaktivität der Alkalischen Phosphatase (AP) bei bestimmten Mutationen durch Magnesium, Zink und Strontiumranelat zu untersuchen und deren potentiellen Nutzen als Therapeutika zu beurteilen.

Methoden: Für die ausgewählten Mutationen wurden in MC3T3-E1-Zellen Enzyme generiert und deren Aktivität mit und ohne Additive bestimmt. Zusätzlich wurde im Mausmodell die Auswirkung von Mutationen in Alpl histomorphometrisch untersucht.

Ergebnisse: Für die ALPL-Mutationen c.340G>A und c.526G>A stieg die Enzymaktivität nach Zugabe von Magnesium relevant an. Für c.340G>A war die stärkste Steigerung bereits bei physiologischen Serum-Magnesiumkonzentrationen erreicht. Zink und Strontiumranelat hatten keinen relevanten positiven Effekt, für die Mutationen c.394G>A, c.422C>A und c.746G>T zeigte sich nach Zinkzugabe eine Reduktion der Aktivität. Im Tierversuch zeigte sich kein eindeutiger skelettaler Phänotyp.

Diskussion: Die Möglichkeit der Nutzung alimentären Magnesiums zur Behandlung von Patienten mit Hypophosphatasie und Vorhandensein der Mutationen c.340G>A und c.526G>A muss in weiteren, insbesondere in-vivo-Experimenten validiert werden. Es zeigten sich Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen Lage der Mutation und Bindungsstellen des Enzyms. Hierdurch könnte eine niedrigschwellige und kostengünstige Therapiealternative für erwachsene Patientinnen und Patienten mit Hypophosphatasie etabliert werden.

Introduction: Hypophosphatasia is a genetic disorder characterised by loss-of-function mutations in the ALPL gene for which few therapeutic options exist. This project aimed at determining whether Alkaline Phosphatase (AP) activity could be influenced by magnesium, zinc and strontium ranelate to potentially use them in a therapeutic context.

Methods: Selected mutations were introduced into MC3T3-E1 cells to determine the activity of the produced enzymes with and without additives. Additionally, the effects of Alpl mutations were studied by means of histomorphometry in a murine model.

Results: ALPL mutations c.340G>A and c.526G>A showed a relevant increase in enzymatic activity after addition of magnesium. The highest increase for c.340G>A was found within physiological serum magnesium levels. Zinc and strontium ranelate did not show relevant increases in activity, c.394G>A, c.422C>A and c.746G>T showed decreased activity after addition of zinc. The murine model did not yeald a distinct skeletal phenotype.

Discussion: Alimentary use of magnesium in treating patients suffering from Hypophosphatasia with the mutations c.340G>A and c.526G>A needs further evaluation in vivo. There appears to be a connection between the location of the mutation and the enzymatic binding sites. These results hint at a low cost, low risk therapeutic option for adult patients with Hypophosphatasia.