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Purine nucleotide synthesis in normal and leukemic blood cells

Purinnukleotidsynthese in normalen und leukämischen Blutzellen

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Zusammenfassung

Die erste irreversible und geschwindigkeitsbestimmende Reaktion in der Purinde-novo-Synthese ist die Bildung von β-Phosphoribosylamine aus Glutamin und Phosphoribosylpyrophosphat (PRPP), katalysiert durch das Enzym PRPP-Glutamin-Amidotransferase (EC 2.4.2.14).

In der vorliegenden Arbeit wird nachgewiesen, daß normale Granulozyten, Erythrozyten und Knochenmarkszellen dieses Enzym nicht besitzen und deshalb auf die externe Zufuhr von Purinbasen, bzw. auf den Reutilisierungsstoffwechsel (“salvage-pathway”) angewiesen sind. Im Vergleich zu normalen Lymphozyten aus Milz und peripheren Blut besitzen die leukämischen Zellen eine deutlich gesteigerte Enzymaktivität und damit eine erhöhte Purin-de-novo-Synthese.

Bei der Untersuchung der kinetischen Eigenschaften zeigt die PRPP-Amidotransferase im Rohhomogenat für PRPP eine sigmoidale Substratsättigungskurve während es für Glutamin eine hyperbole Kinetik aufweist.

Im Vergleich zum normalen Lymphozytenenzym — ist die PRPP-Amidotransferase in allen leukämischen Zelltypen bei wesentlichen niedrigeren PRPP-Konzentrationen gesättigt — und wird bei physiologischen AMP-Konzentrationen in geringerem Ausmaß gehemmt.

Das partiell gereinigte Enzym (ca. 10 – 15fach) — sowohl von normalen Milzlymphozyten — als auch von allen leukämischen Zellen zeigt für beide Substrate nun eine hyperbole Substratsättigungskurve. Bei der doppelt reziproken Auftragung nach Lineweaver-Burk betragen die Km-Werte für PRPP 0,14 mM und für Glutamin 2,0 mM. Es wurden nun sowohl für das partiell gereinigte Enzym aus leukämischen Zellen als auch für das Lymphozytenenzym gleiche Km-Werte gefunden.

In Anwesenheit verschiedener AMP-Konzentrationen weist die Substratsättigungskurve für PRPP wieder eine sigmoidale Kinetik auf. Das partiell gereinigte Lymphozytenenzym wird nun durch AMP im gleichen Ausmaß gehemmt, wie das Enzym aus leukämischen Zellen.

Nach den hier vorgelegten Befunden ist die Steigerung der Aktivität des Schlüsselenzyms der Purinsynthese (PRPP-Amidotransferase) ein metabolischer Parameter der maligne transformierten Leukämiezellen. Zugleich wird verdeutlicht, daß hier ein Punkt besonderer Angreifbarkeit durch die Chemotherapie liegt.

Summary

The present study was undertaken to obtain more precise information about the purine biosynthetic pathway in human blood cells. 5′-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PP-ribose-P) amidotransferase was found in cell-free extracts from all leukemic cells and normal lymphocytes and therefore these cells could synthesize the first intermediate of the purine-de-novo-synthesis. Normal leucocytes, erythrocytes and bone marrow cells lack this enzyme system and have an absolute requirement for externally supplied purines via salvage pathway. Leukemic blast cells show different enzyme activities independent of their cell count.

Kinetic studies with the crude enzymes showed sigmoidal substrate velocity curves for PP-ribose-P, whereas glutamine shows hyperbolic kinetics. The leukemic cell enzymes from all four donor types (ALL, CLL, AML and CML) are rapidly saturated with low concentrations of PP-ribose-P and less inhibited by the physiological feedback inhibitor, adenosine 5′monophosphate.

The crude enzymes of normal spleen lymphocytes and leukemic cells were further purified (10 to 15-fold) and substrate velocity curves for PP-ribose-P and glutamine show now hyperbolic kinetics and double reciprocal plots were linear with and apparent Km for PP-ribose-P of 0.14 mM and for glutamine 2.0 mM. In the presence of different concentrations of AMP, the PP-ribose-P substrate velocity plot changed from a hyperbolic to a sigmoidal curve; no difference in the degree of the inhibition between both partially purified enzymes (normal spleen lymphocytes and leukemic cells from all four donor types) could now be observed.

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References

  1. Bach, M.K., Brashler, J.R.: Isolation of subpopulations of lymphocytic cells by the use of isotonically balanced solutions of Ficoll. Exp. Cell Res.61, 387 (1970)

    Google Scholar 

  2. Böyum, A.: Separation of leukocytes from blood and bone marrow. Scand. J. clin. Lab. Invest.21, Suppl. 97 (1968)

    Google Scholar 

  3. Caskey, C.D., Ashton, D.M., Wyngaarden, J.B.: The enzymology of feedback inhibition of glutamine phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase by purine ribonucleotides. J. Biol. Chem.239, 2570 (1964)

    Google Scholar 

  4. McCollister, R.J., Gilbert, Jr. W.R., Ashton, D.M., Wyngaarden, J.B.: Pseudofeedback inhibition of purine synthesis by 6-mercaptopurine ribonucleotide and other purine analogues. J. Biol. Chem.239, 1560 (1964)

    Google Scholar 

  5. Dawson, R.M.C., Elliott, D.C., Elliott, W.H., Jones, K.M.: Data for biochemical research, New York and Oxford, Oxford University Press (1969)

    Google Scholar 

  6. Elion, G.B.: Biochemistry and pharmakology of purine analogs. Fed. Proc.26, 898 (1967)

    Google Scholar 

  7. Fox, I.H., Kelley, W.N.: Phosphoribosylpyrophosphate in man. Biochemical and clinical significance. Ann. Intern. Med.74, 424 (1971)

    Google Scholar 

  8. Gallo, R.C.: Synthesis and metabolism of DNA and DNA precursors by human normal and leukemic leukocytes. In: Nucleic acid metabolism in normal and leukemic cells, Munich 1970. Acta haemat.45, 136 (1971)

    Google Scholar 

  9. Holmes, E.W., Wyngaarden, J.B., Kelley, W.N.: Human glutamine phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase. J. Biol. Chem.248, 6035 (1973)

    Google Scholar 

  10. Holmes, E.W., McDonald, J.A., McCord, J.M., Wyngaarden, J.B., Kelley, W.N.: Human glutamine phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase. J. Biol. Chem.248, 144 (1973)

    Google Scholar 

  11. Krenitzky, T.A., Papaioannou, R., Elion, G.: Human hypoxanthine phosphoribosyltransferase. J. Biol. Chem.244, 1263 (1968)

    Google Scholar 

  12. Murray, A.W.: Inhibition of purine phosphoribosyltransferases from Ehrlich ascites-tumor cells by purine nucleotides. Biochem. J.104, 675 (1966)

    Google Scholar 

  13. Prusiner, S., Milner, L.: A rapid radioactive assay for glutamine synthetase, glutaminase, asparagine synthetase and asparaginase. Analyt. Biochem.37, 429 (1970)

    Google Scholar 

  14. Pritchard, J.B., Chavez-Peon, F., Berlin, R.D.: Purines: Supply by liver to tissues. Amer. J. Physiol.219, 1263 (1970)

    Google Scholar 

  15. Prajda, N., Katunuma, N., Morris, H.P., Weber, G.: Imbalance of purine metabolism in hepatomas of different growth rates as expressed in behavior of glutamine-phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase. Canc. Res.35, 3061 (1975)

    Google Scholar 

  16. Reem, G.H.: Enzymatic synthesis of 5-phosphoribosylamine from ribose-5-phosphate and ammonia, an alternate first step in purine biosynthesis. J. Biol. Chem.243, 5695 (1968)

    Google Scholar 

  17. Reem, G.H.: De novo purine biosynthesis by two pathways in Burkitt lymphoma cells and in human spleen. J. clin. Invest.51, 1058 (1972)

    Google Scholar 

  18. Scott, J.L.: Human leukocyte metabolism in vitro. I. Incorporation of Adenine-8-C14 and Formate-C14 into the nucleic acids of leukemic leukocytes. J. clin. Invest.41, 67 (1962)

    Google Scholar 

  19. Scholar, E.M., Calabresi, P.: Identification of the enzymatic pathways of nucleotide metabolism in human lymphocytes and leukemia cells. Canc. Res.33, 94 (1973)

    Google Scholar 

  20. Schwarzmeier, J.D., Moser, K.: Studies on the synthesis de novo of purines in normal, PHA-stimulated and leukemic lymphocytes. In: Metabolism of erythrocytes, leukocytes and thrombocytes, p. 419. Ed.: E. Deutsch, E. Gerlach, K. Moser, W. Wilmanns. Stuttgart, Thieme Verlag

  21. Stadtman, E.R., in “The enzymes” (Boyer, P. ed) Vol. I, 3 rd Ed., p. 450, Academic Press, New York.

  22. Skoog, W.A., Beck, W.S.: Blood11, 436 (1956)

    Google Scholar 

  23. Sartorelli, A.C.: Some approaches to the therapeutic exploitation of metabolic sites of vulnerability of neoplastic cells. Cancer Res.29, 2292 (1969)

    Google Scholar 

  24. Sperling, O., Eilam, G., Persky-Brosh, S., de Vries, A.: Simpler methode for the determination of 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate in red blood cells. J. Lab. Clin. Med.79, 1021 (1972)

    Google Scholar 

  25. Willmanns, W.: Formiat-Aktivierung und de novo-Synthese von Purinnukleotiden in Leukämiezellen und ihre therapeutische Beeinflussung durch 6-Mercaptopurin. Z. ges. exp. Medizin,147, 154 (1968)

    Google Scholar 

  26. Wohlhueter, R.M.: Hypoxanthine phosphoribosyltransferase activity in normal, devoloping, and neoplastic tissues of the rat. Europ. J. Cancer11, 463 (1975)

    Google Scholar 

  27. Wood, A.W. and J.E. Seegmiller: Properties of 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate amidotransferase from human lymphoblasts. J. Biol. Chem.248, 138 (1973)

    Google Scholar 

  28. Weber, G.W., N. Praida and RC. Jackson: Key enzymes of IMP metabolism: Transformation and proliferation-linked alterations in gene expression.

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This study was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft Be 458/3

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Becher, H., Weber, M. & Löhr, G.W. Purine nucleotide synthesis in normal and leukemic blood cells. Klin Wochenschr 56, 275–283 (1978). https://doi.org/10.1007/BF01489173

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