The management of warfarin therapy is complicated by a wide variation among patients in drug response. Variants in the gene encoding vitamin K epoxide reductase complex 1 (VKORC1) may affect the response to warfarin.

ContextWarfarin is a commonly used anticoagulant that requires careful clinical management to balance the risks of overanticoagulation and bleeding with those of underanticoagulation and clotting. The principal enzyme involved in warfarin metabolism is CYP2C9, and 2 relatively common variant forms with reduced activity have been identified, CYP2C9*2 and CYP2C9*3. Patients with these genetic variants have been shown to require lower maintenance doses of warfarin, but a direct association between CYP2C9 genotype and anticoagulation status or bleeding risk has not been established.ObjectiveTo determine if CYP2C9*2 and CYP2C9*3 variants are associated with overanticoagulation and bleeding events during warfarin therapy.Design and SettingRetrospective cohort study conducted at 2 anticoagulation clinics based in Seattle, Wash.ParticipantsTwo hundred patients receiving long-term warfarin therapy for various indications during April 3, 1990, to May 31, 2001. Only patients with a complete history of warfarin exposure were included.Main Outcome MeasuresAnticoagulation status, measured by time to therapeutic international normalized ratio (INR), rate of above-range INRs, and time to stable warfarin dosing; and time to serious or life-threatening bleeding events.ResultsAmong 185 patients with analyzable data, 58 (31.4%) had at least 1 variant CYP2C9 allele and 127 (68.6%) had the wild-type (*1/*1) genotype. Mean maintenance dose varied significantly among the 6 genotype groups (*1/*1 [n = 127], *1/*2 [n = 28], *1/*3 [n = 18], *2/*2 [n = 4], *2/*3 [n = 3], *3/*3 [n = 5]) (by Kruskall-Wallis test, χ25 = 37.348; P<.001). Compared with patients with the wild-type genotype, patients with at least 1 variant allele had an increased risk of above-range INRs (hazard ratio [HR], 1.40; 95% confidence interval [CI], 1.03-1.90). The variant group also required more time to achieve stable dosing (HR, 0.65; 95% CI, 0.45-0.94), with a median difference of 95 days (P = .004). In addition, although numbers were small for some genotypes, representing potentially unstable estimates, patients with a variant genotype had a significantly increased risk of a serious or life-threatening bleeding event (HR, 2.39; 95% CI, 1.18-4.86).ConclusionsThe results of our study suggest that the CYP2C9*2 and CYP2C9*3 polymorphisms are associated with an increased risk of overanticoagulation and of bleeding events among patients in a warfarin anticoagulation clinic setting, although small numbers in some cases would suggest the need for caution in interpretation. Screening for CYP2C9 variants may allow clinicians to develop dosing protocols and surveillance techniques to reduce the risk of adverse drug reactions in patients receiving warfarin.

Cytochromes P450 (P450s) 3A, 2C, and 1A2 constitute the major "pieces" of the human liver P450 "pie" and account, on average, for 40, 25, and 18%, respectively, of total immunoquantified P450s (J Pharmacol Exp Ther 270:414-423, 1994). The P450 profile in the human small intestine has not been fully characterized. Therefore, microsomes prepared from mucosal scrapings from the duodenal/jejunal portion of 31 human donor small intestines were analyzed by Western blot using selective P450 antibodies. P450s 3A4, 2C9, 2C19, and 2J2 were detected in all individuals and ranged from 8.8 to 150, 2.9 to 27, <0.6 to 3.9, and <0.2 to 3.1 pmol/mg, respectively. CYP2D6 was detected in 29 individuals and ranged from <0.2 to 1.4 pmol/mg. CYP3A5 was detected readily in 11 individuals, with a range (average) of 4.9 to 25 (16) pmol/mg that represented from 3 to 50% of total CYP3A (CYP3A4 + CYP3A5) content. CYP1A1 was detected readily in three individuals, with a range (average) of 3.6 to 7.7 (5.6) pmol/mg. P450s 1A2, 2A6, 2B6, 2C8, and 2E1 were not or only faintly detected. As anticipated, average CYP3A content (50 pmol/mg) was the highest. Excluding CYP1A1, the remaining enzymes had the following rank order: 2C9 > 2C19 > 2J2 > 2D6 (8.4, 1.1, 0.9, and 0.5 pmol/mg, respectively). Analysis of a pooled preparation of the 31 donor specimens substantiated these results. In summary, as in the liver, large interindividual variation exists in the expression levels of individual P450s. On average, CYP3A and CYP2C9 represents the major pieces of the intestinal P450 pie, accounting for 80 and 15%, respectively, of total immunoquantified P450s.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTHydroxylation of warfarin by human cDNA-expressed cytochrome P-450: a role for P-4502C9 in the etiology of (S)-warfarin-drug interactionsAllan E. Rettie, Kenneth R. Korzekwa, Kent L. Kunze, Ross F. Lawrence, A Craig Eddy, Toshifumi Aoyama, Harry V. Gelboin, Frank J. Gonzalez, and William F. TragerCite this: Chem. Res. Toxicol. 1992, 5, 1, 54–59Publication Date (Print):January 1, 1992Publication History Published online1 May 2002Published inissue 1 January 1992https://pubs.acs.org/doi/10.1021/tx00025a009https://doi.org/10.1021/tx00025a009research-articleACS PublicationsRequest reuse permissionsArticle Views940Altmetric-Citations452LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-Alertsclose Get e-Alerts

Some cytochrome P450 catalyzed reactions show atypical kinetics, and these kinetic processes can be grouped into five categories: activation, autoactivation, partial inhibition, substrate inhibition, and biphasic saturation curves. A two-site model in which the enzyme can bind two substrate molecules simultaneously is presented which can be used to describe all of these observed kinetic properties. Sigmoidal kinetic characteristics were observed for carbamazepine metabolism by CYP3A4 and naphthalene metabolism by CYPs 2B6, 2C8, 2C9, and 3A5 as well as dapsone metabolism by CYP2C9. Naphthalene metabolism by CYP3A4 and naproxen metabolism by CYP2C9 demonstrated nonhyperbolic enzyme kinetics suggestive of a low Km, low Vmax component for the first substrate molecule and a high Km, high Vmax component for the second substrate molecule. 7,8-Benzoflavone activation of phenanthrene metabolism by CYP3A4 and dapsone activation of flurbiprofen and naproxen metabolism by CYP2C9 were also observed. Furthermore, partial inhibition of 7,8-benzoflavone metabolism by phenanthrene was observed. These results demonstrate that various P450 isoforms may exhibit atypical enzyme kinetics depending on the substrate(s) employed and that these results may be explained by a model which includes simultaneous binding of two substrate molecules in the active site.

Rettie, Allan E.; Wienkers, Larry C.; Gonzalez, Frank J.; Trager, William F.; Korzekwa, Kenneth R. Author Information

Warfarin dosing is correlated with polymorphisms in vitamin K epoxide reductase complex 1 (VKORC1) and the cytochrome P450 2C9 (CYP2C9) genes. Recently, the FDA revised warfarin labeling to raise physician awareness about these genetic effects. Randomized clinical trials are underway to test genetically based dosing algorithms. It is thus important to determine whether common single nucleotide polymorphisms (SNPs) in other gene(s) have a large effect on warfarin dosing. A retrospective genome-wide association study was designed to identify polymorphisms that could explain a large fraction of the dose variance. White patients from an index warfarin population (n = 181) and 2 independent replication patient populations (n = 374) were studied. From the approximately 550 000 polymorphisms tested, the most significant independent effect was associated with VKORC1 polymorphisms (P = 6.2 x 10(-13)) in the index patients. CYP2C9 (rs1057910 CYP2C9*3) and rs4917639) was associated with dose at moderate significance levels (P approximately 10(-4)). Replication polymorphisms (355 SNPs) from the index study did not show any significant effects in the replication patient sets. We conclude that common SNPs with large effects on warfarin dose are unlikely to be discovered outside of the CYP2C9 and VKORC1 genes. Randomized clinical trials that account for these 2 genes should therefore produce results that are definitive and broadly applicable.

Genetic polymorphisms in VKORC1 and CYP2C9, genes controlling vitamin K(1) (VK1) epoxide reduction and (S)-warfarin metabolism, respectively, are major contributors to interindividual variability in warfarin dose. The V433M polymorphism (rs2108622) in CYP4F2 has also been associated with warfarin dose and speculatively linked to altered VK1 metabolism. Therefore, the purpose of the present study was to determine the role of CYP4F2 and the V433M polymorphism in the metabolism of VK1 by human liver. In vitro metabolic experiments with accompanying liquid chromatography-tandem mass spectrometry analysis demonstrated that recombinant CYP4F2 (Supersomes) and human liver microsomes supplemented with NADPH converted VK1 to a single product. A screen of all commercially available P450 Supersomes showed that only CYP4F2 was capable of metabolizing VK1 to this product. Steady-state kinetic analysis with recombinant CYP4F2 and with human liver microsomes revealed a substrate K(m) of 8 to 10 microM. Moreover, anti-CYP4F2 IgG, as well as several CYP4F2-selective chemical inhibitors, substantially attenuated the microsomal reaction. Finally, human liver microsomes genotyped for rs2108622 demonstrated reduced vitamin K(1) oxidation and lower CYP4F2 protein concentrations in carriers of the 433M minor allele. These data demonstrate that CYP4F2 is a vitamin K(1) oxidase and that carriers of the CYP4F2 V433M allele have a reduced capacity to metabolize VK1, secondary to an rs2108622-dependent decrease in steady-state hepatic concentrations of the enzyme. Therefore, patients with the rs2108622 polymorphism are likely to have elevated hepatic levels of VK1, necessitating a higher warfarin dose to elicit the same anticoagulant response.

Phenytoin is a widely used antiepileptic drug with a narrow therapeutic index and large interpatient variability, partly due to genetic variations in the gene encoding cytochrome P450 (CYP)2C9 (CYP2C9). Furthermore, the variant allele HLA-B*15:02, encoding human leukocyte antigen, is associated with an increased risk of Stevens–Johnson syndrome and toxic epidermal necrolysis in response to phenytoin treatment. We summarize evidence from the published literature supporting these associations and provide recommendations for the use of phenytoin based on CYP2C9 and/or HLA-B genotype (also available on PharmGKB: http://www.pharmgkb.org). The purpose of this guideline is to provide information for the interpretation of HLA-B and/or CYP2C9 genotype tests so that the results can guide dosing and/or use of phenytoin. Detailed guidelines for the use of phenytoin as well as analyses of cost-effectiveness are out of scope. Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium (CPIC) guidelines are periodically updated at http://www.pharmgkb.org. Clinical Pharmacology & Therapeutics (2014); 96 5, 542–548. doi:10.1038/clpt.2014.159

ABSTRACT CYP2C9 encodes a cytochrome P450 enzyme responsible for metabolizing up to 15% of small molecule drugs, and CYP2C9 variants can alter the safety and efficacy of these therapeutics. In particular, the anti-coagulant warfarin is prescribed to over 15 million people annually and polymorphisms in CYP2C9 can affect patient response leading to an increased risk of hemorrhage. We developed Click-seq, a pooled yeast-based activity assay to test thousands of variants. Using Click-seq, we measured the activity of 6,142 missense variants expressed in yeast. We also measured the steady-state cellular abundance of 6,370 missense variants expressed in a human cell line using Variant Abundance by Massively Parallel sequencing (VAMP-seq). These data revealed that almost two-thirds of CYP2C9 variants showed decreased activity, and that protein abundance accounted for half of the variation in CYP2C9 function. We also measured activity scores for 319 previously unannotated human variants, many of which may have clinical relevance.