6-メルカプトプリンの脱硫。培養ヒト白血病細胞におけるチオプリンの逆説的な細胞毒性の基礎

Desulfuration of 6-mercaptopurine. The basis for the paradoxical cytotoxicity of thiopurines in cultured human leukemic cells.

• P C Adamson
• F M Balis
• M E Hawkins
• R F Murphy
• D G Poplack

抄録

チオプリンはプリン体代謝に様々な影響を及ぼすが、6-メルカプトプリン（6-MP）と6-チオグアニン（6-TG）の細胞毒性の主要なメカニズムは、チオガニル酸塩への変換後のDNAへの薬物の取り込みであると考えられる。in vitroで様々なチオプリン濃度に曝露したマウス白血病細胞株では、細胞生存曲線に逆説的細胞毒性と呼ばれる現象が見られ、薬物濃度の増加に伴って細胞毒性が低下すると定義されている。チオプリンの逆説的細胞毒性は、通常、細胞周期における濃度依存的な摂動に起因すると考えられてきた。本研究では、6-MPの逆説的細胞毒性が培養ヒト白血病細胞で発現しているかどうかを評価し、チオプリン濃度で細胞毒性の逆説的変化と関連した生化学的および細胞周期の変化を調べた。6-MP濃度が100μMを超えた場合にのみ、2つのヒト白血病細胞株で逆説的な細胞毒性が観察された。 6-MP代謝物がチオールと非チオールの代謝物としてDNAに取り込まれる程度を、14Cと35Sの放射性標識薬剤を用いて並行して実験して解析した。5 microM 6-MPでは、薬物の約50%がチオヌクレオチドとしてDNAに取り込まれたが、薬物濃度の増加に伴い、チオヌクレオチドのDNAへの取り込まれ方は変化しないか、または減少し、脱硫代謝物（おそらくアデニル酸またはグアニル酸）として取り込まれる量が増加した。500μMの6-MPでは、薬剤の10%未満がチオヌクレオチドとして取り込まれた。細胞周期における摂動は、様々な濃度の6-MPで形成されたチオール含有ヌクレオチドと非チオール含有ヌクレオチドの相対的な量を反映していた。これらの結果から、チオプリンは、ヒト細胞が細胞障害性薬物を比較的強力な「セルフレスキュー」剤に代謝するというユニークな解毒機構に脆弱である可能性が示唆された。

The thiopurines have a wide array of effects on purine metabolism, but the primary mechanism of cytotoxicity for both 6-mercaptopurine (6-MP) and 6-thioguanine (6-TG) appears to be incorporation of drug into DNA following conversion to the thioguanylate form. In murine leukemic cell lines exposed to a range of thiopurine concentrations in vitro, cell survival curves have displayed a phenomenon termed paradoxical cytotoxicity, defined as a decrease in cytotoxicity with increasing drug concentration. The paradoxical cytotoxicity of thiopurines has usually been attributed to concentration-dependent perturbations in the cell cycle. The present study assessed whether the paradoxical cytotoxicity of 6-MP occurred in cultured human leukemic cells, and investigated the biochemical and cell-cycle alterations occurring in these lines at thiopurine concentrations associated with the reverse of cytotoxicity. Paradoxical cytotoxicity was observed in the two human leukemic cell lines examined, but only when 6-MP concentrations exceeded 100 microM. The extent of incorporation of 6-MP metabolites into DNA as thiol-versus non-thiol-containing metabolites was analyzed by performing parallel experiments with 14C- and 35S-radiolabeled drug. With 5 microM 6-MP, approximately 50% of drug was incorporated into DNA as a thionucleotide; however, with increasing drug concentrations, the degree of thionucleotide incorporation remained unchanged or decreased, and the amount incorporated as the desulfurated metabolite (presumably adenylate or guanylate) increased. With 500 microM 6-MP, less than 10% of the drug was incorporated as the thionucleotide. Perturbations in cell cycle reflected the relative amounts of thiol- and non-thiol-containing nucleotide formed at various concentrations of 6-MP. These results suggest that thiopurines may be vulnerable to a unique mechanism of detoxification, in which a human cell can metabolize a cytotoxic drug to a comparatively potent "self-rescue" agent.