Activity of N-acetyltransferases NAT1 and NAT2 in human tissues

Zahlreiche toxikologische und epidemiologische Untersuchungen haben belegt, dass Acetyltransferasen eine zentrale Rolle beim Metabolismus potentiell kanzerogener aromatischer Amine und Nitroarene spielen und ihnen demzufolge eine entscheidende Bedeutung für die Entstehung von Tumoren durch diese Verbindungen zukommt. Die N-Acetyltransferasen (AT) des Menschen liegen in zwei Formen vor, die sich anhand ihrer hohen Spezifität für die Substrate p-Aminobenzoesäure (PABA, bei NAT1) und Isoniazid (INH, bei NAT2) unterscheiden lassen. Die gegenwärtigen Kenntnisse über das Vorkommen und die Aktivitätsspiegel dieser Enzyme in menschlichen Geweben sind unsicher und lückenhaft. Einer der Gründe dafür ist in der Instabilität der AT zu suchen, die bei den bisherigen Untersuchungen oft nicht genügend berücksichtigt wurde. Ein weiterer Grund liegt in der geringen Spezifität und Sensitivität der Verfahren, die häufig zur Bestimmung der beiden AT-Aktivitäten eingesetzt wurden. Die vorliegenden Untersuchungen hatten zum Ziel, die Aktivität der beiden AT-Formen in Lunge, Darm, Geweben des Urogenitaltrakts und Haut mit einer Methodik zu bestimmen, die den o.g. Problemen gerecht wird. Dabei wurden die Gewebeproben in frischem Zustand verarbeitet und die Aktivitäten der N-Acetylierung von PABA (NAT1) bzw. INH (NAT2) mit HPLC-gestützten Verfahren bestimmt. Voruntersuchungen hatten ergeben, daß die Aktivitäten bei Temperaturen von +4 °C über einen Zeitraum bis zu zehn Stunden stabil waren, während bei Temperaturen von -80 °C oder -180 °C erhebliche Aktivitätsminderungen auftraten. Unter den genannten Versuchsbedingungen fanden sich in sämtlichen Gewebeproben von Haut (n=8), Niere (n=5), Harnleiter (n=5), Harnblase (n=4), Prostata (n=2), Leber (n=2), Pankreas (n=2), Dünndarm (n=1), Kolon (n=5), Rektum (n=4) und Lunge (n=7) deutliche Aktivitäten der PABA-AT. Diese lagen für die meisten Gewebe in der Größenordnung von 1,5 - 3 nmol/mg/min. Aktivitäten in Geweben des Darmtrakts lagen mit etwa 8 nmol/mg/ min deutlich höher, in Pankreasproben mit ca. 0,5 - 1 nmol/mg/min etwas niedriger als in den übrigen Geweben. Im Gegensatz dazu waren signifikante INH-AT-Aktivitäten nur in wenigen Geweben zu beobachten. In den Proben von Leber und Darm erreichten sie Größenordnungen von etwa 100 - 300 pmol/mg/min, in der Lunge lediglich 50 pmol/mg/min. Die interindividuellen Schwankungen lagen mit durchschnittlich etwa 50% um den Mittelwert bei der PABA-AT und ca. 40% bei INH-AT für alle Gewebe auf einem Niveau. Im Vergleich mit den gängigen Tiermodellen zeigen Maus, Ratte und Hamster größere Unterschiede zum Menschen, während das Kaninchen die größten Ähnlichkeiten aufzuweisen scheint.Many toxicological and epidemiological studies have shown that acetyltransferases play a crucial role in the metabolism of potential carcinogenic aromatic amines and nitroarenes. They may therefore be of central importance for the induction of tumors by these substances. Human N-acetyltransferase enzymes exist in two forms which can be distinguished by their high specificity for the substrates p-aminobenzoic acid (PABA, for NAT1) and isoniacid (INH, for NAT2). Actual knowledge about presence and activity of these enzymes in human tissues is unsure and incomplete. One of the reasons for this is the high instability which was not considered adequately in previous studies. Another reason has been the low specificity and sensitivity of the methods used for the determination of NAT activity in the past. The present study aimed at determining the activity of the two NATs in lung, intestine, tissues of the urogenital tract and skin with methods avoiding the errors made in the past. Therefore, only freshly collected specimen were used and activities of NAT were determined using PABA and INH as substances in a HPLC-based approach. Prior studies have shown, that activities were stable for about 10 hours at +4° C, in contrast to storing the tissues at either -80° C or -180° C which led to strong losses in activity. Under the conditions used significant activities of NAT1 (PABA) could be found in all samples of skin (n=8), kidney (n=5), ureter (n=5), urinary bladder (n=4), prostate (n=2), liver (n=2), pancreas (n=2), small intestine (n=1), colon (n=5), rectum (n=4) and lung (n=7). In most of the tissues these activities showed to be in the order of 1.5 -3 nmol/mg/min. Activities of intestinal tissues were clearly higher with levels of about 8 nmol/mg/min, those in pancreas with about 0.5 - 1 nmol/mg/min somewhat lower than those observed in the other tissues. However, only a few tissues showed significant activities of NAT2 (INH). Activities were about 100 - 300 pmol/mg/min in specimen of liver and intestine and only 50 pmol/mg/min in the lung. Interindividual variation coefficients were of the same magnitude for NAT1 (ca. 50%) and NAT2 (ca. 40%) in all tissues. Compared with commonly used animal models mice, rats and hamsters showed bigger differences to conditions found in humans, whereas the rabbit seems to resemble most

The Uptake and Distribution of Diethyltoluenediamine in the Male Sprague Dawley Rat.

Diethyltoluenediamine (CAS 68479-98-1) is a ring-ethylated analog of toluenediamine (TDA) and like TDA, consists of the 2,4- and 2,6-diamine isomers. DETDA was developed by Albermarle Corporation as a substitute for TDA in some applications. To determine the uptake and distribution of 2,4- and 2,6-DETDA, 5 groups of 4 adult male Sprague Dawley rats were gavaged at 179 $\mu$mol/kg body weight with (\sp3H) -2,4- or (\sp3H) -2,6-DETDA. Multiple tissues were collected at 1, 4, 8, 24 and 48 hours. Very high levels of label occurred in the gastrointestinal system and bladder during the first 8 hours while liver and kidney exhibited moderate levels. The concentration of radioactivity in most tissues except the stomach, duodenum, caecum, colon, bladder and thyroid was greatest at the 4 hour time point. Thyroid levels, at the 24 and 48 hour time points, were the highest of all tissues examined. By 8 hours, urinary excretion became the primary route of elimination. By 24 hours, over 60% of the labeled compound had been excreted and by 6 days less than 4% of label remained in the tissues. Low levels of residual label was found in all tissues examined at day 6. To determine urinary and fecal excretion patterns of 2,4- and 2,6-DETDA, 5 adult male Sprague Dawley rats were gavaged at 179 $\mu$mol/kg body weight of (\sp3H) -2,4- or (\sp3H) -2,6-DETDA. Urine and feces were collected for 6 days then blood and tissues were collected at euthanasia on day 6. Excretion data revealed that the primary route of elimination of DETDA was the urinary system with the majority of label being excreted in the first 24 hours. Compared to the 2,4-isomer, 2,6-DETDA exhibited a higher rate of urinary excretion. Both 2,4- and 2,6-DETDA demonstrated covalent binding to rat liver DNA and liver protein

Investigation of the mechanism of mutagenesis by the DNA adducts of the human bladder carcinogen, 4-aminobiphenyl

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Division of Toxicology, 1992.Vita.Includes bibliographical references (leaves 207-226).by Susan Bina Malaikal Verghis.Ph.D