Catechol-O-methyltransferase (COMT) inactivates catecholamines and catechol drugs such as L-DOPA. A common genetic polymorphism in humans is associated with a three-to-four-fold variation in COMT enzyme activity and is also associated with individual variation in COMT thermal instability. We now show that this is due to G-->A transition at codon 158 of the COMT gene that results in a valine to methionine substitution. The two alleles can be identified with a PCR-based restriction fragment length polymorphism analysis using the restriction enzyme Nla III. The identification of a gentic marker associated with significant alterations in enzyme activity will facilitate the analysis of a possible role for the COMT gene in neuropsychiatric conditions in which abnormalities in catecholamine neurotransmission are believed to occur, including mood disorders, schizophrenia, obsessive compulsive disorder, alcohol and substance abuse, and attention deficit hyperactivity disorder. In addition, this polymorphism may have pharmacogenetic significance in that it will help make it possible to identify patients who display altered metabolism of catechol drugs.

Background: The efficacy of tamoxifen therapy for the treatment of breast cancer varies widely among individuals. Plasma concentrations of the active tamoxifen metabolite endoxifen are associated with the cytochrome P450 (CYP) 2D6 genotype. We examined the effects of concomitant use of selective serotonin reuptake inhibitor antidepressants, which are CYP2D6 enzyme inhibitors commonly prescribed to treat hot flashes in women who take tamoxifen, and genotypes for genes that encode tamoxifen-metabolizing enzymes on plasma concentrations of tamoxifen and its metabolites. Methods: Eighty patients with newly diagnosed with breast cancer who were beginning tamoxifen therapy (20 mg/day orally), 24 of whom were taking CYP2D6 inhibitors, were genotyped for common alleles of the CYP2D6, CYP2C9, CYP3A5, and sulfotransferase (SULT) 1A1 genes. Plasma concentrations of tamoxifen and its metabolites were measured after 1 and 4 months of tamoxifen therapy. Differences in plasma concentrations of tamoxifen and its metabolites between genotype groups were analyzed by the Wilcoxon rank sum test. All statistical tests were two-sided. Results: Among all women, plasma endoxifen concentrations after 4 months of tamoxifen therapy were statistically significantly lower in subjects with a CYP2D6 homozygous variant genotype (20.0 nM, 95% confidence interval [CI] = 11.1 to 28.9 nM) or a heterozygous genotype (43.1 nM, 95% CI = 33.3 to 52.9 nM) than in those with a homozygous wild-type genotype (78.0 nM, 95%CI = 65.9 to 90.1 nM) (both P = .003). Among subjects who carried a homozygous wild-type genotype, the mean plasma endoxifen concentration for those who were using CYP2D6 inhibitors was 58% lower than that for those who were not (38.6 nM versus 91.4 nM, difference = –52.8 nM, 95% CI = –86.1 to –19.5 nM, P = .0025). The plasma endoxifen concentration was slightly reduced in women taking venlafaxine, a weak inhibitor of CYP2D6, whereas the plasma endoxifen concentration was reduced substantially in subjects who took paroxetine (a potent inhibitor of CYP2D6). Genetic variations of CYP2C9, CYP3A5, or SULT1A1 had no statistically significant associations with plasma concentrations of tamoxifen or its metabolites. Conclusion: Interactions between CYP2D6 polymorphisms and coadministered antidepressants and other drugs that are CYP2D6 inhibitors may be associated with altered tamoxifen activity.

6-mercaptopurine (6-MP) can be inactivated by S-methylation, which is catalysed by thiopurine methyltransferase (TPMT). An alternative metabolic route leads to the formation of cytotoxic 6-thioguanine nucleotides (6-TGN). To investigate whether these two pathways compete with each other to affect the therapeutic response to 6-MP, 6-TGN concentrations and TPMT enzymatic activity were measured in erythrocytes (RBC) from 95 children on long-term 6-MP therapy for lymphoblastic leukaemia (ALL). RBC TPMT activities were also measured in 130 control children and 104 long-term survivors of ALL no longer on treatment. The 95 children on 6-MP showed wide interindividual differences in RBC 6-TGN concentrations at the full protocol dose of 75 mg/m2, and RBC 6-TGN concentrations correlated negatively with RBC TPMT activity. Children with 6-TGN concentrations below the group median had higher TPMT activities and a higher subsequent relapse rate. 50 of the 104 long-term survivors had been treated with "gentle" low-dose protocols, and this subgroup contained an excess of children with lower TPMT activities compared with normal controls. These results indicate that genetically determined TPMT activity may be a substantial regulator of the cytotoxic effect of 6-MP, an effect which in turn could be important in influencing the outcome of therapy for childhood ALL.

Thiopurine methyltransferase (TPMT) catalyzes the S-methylation of thiopurine drugs. TPMT activity is regulated by a common genetic polymorphism that is associated with large individual variations in thiopurine toxicity and efficacy. We previously cloned the functional gene for human TPMT and reported a common variant allele for low enzyme activity, TPMT*3A, that contains point mutations at cDNA nucleotides 460 and 719. In the present study, we set out to determine the number, types, and frequencies of TPMT variant alleles associated with low enzyme activity in clinical laboratory samples in the United States and to compare those results with data obtained from two different ethnic groups. We identified a total of six different variant alleles for low TPMT activity in the 283 clinical laboratory samples studied. The most common variant was *3A; the second most frequent variant allele, *3C, contained only the nucleotide 719 polymorphism; and four other variant alleles were detected. TPMT*3A also appeared to be the most common variant allele in a Norwegian white population sample, but it was not found in a population sample of Korean children. However, *3C was present in samples from the Korean children, as was a novel allele, *6. Characterization of variant alleles for low TPMT enzyme activity will help make it possible to assess the potential clinical utility of deoxyribonucleic acid-based diagnostic tests for determining TPMT genotype. Clinical Pharmacology & Therapeutics (1997) 62, 60–73; doi:

A radiochemical micromethod for the determination of thiopurine methyltransferase (TPMT) activity in human red blood cells (RBC) is described. Both 6-mercaptopurine and 6-thioguanine were substrates for the TPMT activity in the human RBC: Apparent Michaelis-Menten (KM) values for 6-mercaptopurine and 6-thioguanine were 3.2 × 10−4 M and 2.0 × 10−4 M, respectively. The apparent KM value for S-adenosyl-l-methionine, a co-substrate for the reaction, was 1.7 × 10−6 M. The pH optimum for the reaction was approximately 7.5. Blood samples from 73 randomly selected adult subjects had a mean activity of 10.2 ± 2.4 (mean ± S.D.) units/ml packed red blood cells. The range of activities was from 4.6 to 14.2 units/ml. The results of experiments in which partially purified human kidney TPMT was added to RBC lysates and of experiments in which "low" and "high" activity lysates were mixed gave no indication that individual variations in RBC TPMT activity were due to endogenous inhibitors or activators of the enzyme.

Thiopurine methyltransferase (TPMT) catalyzes the S-methylation of thiopurine drugs such as 6-mercaptopurine (6-MP) and azathioprine. Human erythrocyte (RBC) TPMT activity is controlled by a common genetic polymorphism. On a genetic basis approximately one in every 300 subjects lacks TPMT activity, and 11% of subjects have intermediate activities. 6-Thioguanine nucleotides (6-TGN) are major metabolites of 6-MP and azathioprine in humans. RBC 6-TGN concentrations are correlated directly with risk for the development of leukopenia in patients treated with thiopurine drugs. Our studies were performed to determine whether there was a relationship between genetically controlled levels of RBC TPMT activity and RBC concentrations of 6-TGN. We found a significant negative correlation between RBC TPMT activity and 6-TGN concentrations in blood samples from 40 children with acute lymphoblastic leukemia receiving long-term therapy with 6-MP (rs = − 0.474; P < 0.005). In addition, RBC TPMT activities were significantly higher in blood samples from these patients than in blood samples from adult control subjects (P < 0.0001) or children with acute lymphoblastic leukemia who were in remission but were not receiving drug therapy (P < 0.0001). Finally, three adult patients were studied who developed very high RBC 6-TGN concentrations and thiopurine-induced leukopenia. Two of the three patients had no detectable RBC TPMT activity—presumably on a genetic basis. These results indicate that low TPMT activity may be a risk factor for the occurrence of elevated 6-TGN concentrations and for the development of severe leukopenia in patients treated with thiopurine drugs. Measurement of RBC TPMT activity might make it possible to predict this risk factor for the development of thiopurine drug toxicity. Clinical Pharmacology and Therapeutics (1987) 41, 18–25; doi:10.1038/clpt.1987.4

Dopamine-β-hydroxylase, the enzyme which converts dopamine to norepinephrine, is released into the perfusate upon stimulation of the isolated perfused adrenal gland and after stimulation of the nerves to the isolated perfused spleen. This study was undertaken to determine whether dopamine-β-hydroxylase activity could be detected circulating in blood. By using a sensitive new enzymatic assay, a dopamine-β-hydroxylase activity was found in the blood of both man and the rat. It is located in the serum and is not associated with the formed elements of blood. The serum activity is similar to that of purified bovine adrenal dopamine-β-hydroxylase in that it requires the presence of ascorbic acid, catalase, fumarate and oxygen for full activity. Furthermore, as is also the case with the adrenal enzyme, serum activity is increased in the presence of cupric ions. The Km values for substrate in human and rat sera are similar, and both are close to values determined in rat adrenal glands and stellate ganglia. The mean activity ± SE in the serum of six rats was 2.27±.04 nmoles/ml serum/20 min, and that of four normal humans ranged from 96.2 to 284 nmoles/ml/20 min.

Dopamine-β-hydroxylase (DBH), the enzyme that catalyzes the conversion of dopamine to norepinephrine, is localized in the vesicles containing catecholamine in sympathetic nerves. This enzyme is released with norepinephrine when the nerves to the guinea pig vas deferens are stimulated in vitro, and the amount of enzyme discharged increases as the length of stimulation periods increases. The amount of DBH released is proportional to the amount of norepinephrine released, and the ratio of norepinephrine to DBH discharged into the incubation medium is similar to that in the soluble portion of the contents of the synaptic vesicles from the vas deferens. These data are compatible with the release of the neurotransmitter norepinephrine and DBH from sympathetic nerves by a process of exocytosis.