Clinically relevant mutations in the ABCG2 transporter uncovered by genetic analysis linked to erythrocyte membrane protein expression

Abstract

The ABCG2 membrane protein is a key xeno- and endobiotic transporter, modulating the absorption and metabolism of pharmacological agents and causing multidrug resistance in cancer. ABCG2 is also involved in uric acid elimination and its impaired function is causative in gout. Analysis of ABCG2 expression in the erythrocyte membranes of healthy volunteers and gout patients showed an enrichment of lower expression levels in the patients. By genetic screening based on protein expression, we found a relatively frequent, novel ABCG2 mutation (ABCG2-M71V), which, according to cellular expression studies, causes reduced protein expression, although with preserved transporter capability. Molecular dynamics simulations indicated a stumbled dynamics of the mutant protein, while ABCG2-M71V expression in vitro could be corrected by therapeutically relevant small molecules. These results suggest that personalized medicine should consider this newly discovered ABCG2 mutation, and genetic analysis linked to protein expression provides a new tool to uncover clinically important mutations in membrane proteins.

Cellular expression and function of naturally occurring variants of the human ABCG2 multidrug transporter

“…In our recent work, we found a new missense variant, ABCG2-M71V, which resulted in about 50% reduction in the expression of the ABCG2 protein in the erythrocyte membrane of heterozygous carriers [21]. This mutation was found to be relatively frequent in a heterozygous form 1 3 (about 1%) in Europe, and we could demonstrate a major effect of this mutation on the expression and function of the ABCG2 protein.…”

“…Previous studies have shown that the expression of the frequent ABCG2-Q141K variant is altered at several levels-reduced mRNA maturation, protein folding, membrane trafficking, and increased degradation of this protein have been suggested [24][25][26][27]. For the M71V variant our group demonstrated a reduced folding and trafficking in mammalian cells [21], while the partially defective F373C and T153M variants have not been studied as yet at the cellular level.…”

“…Still, the approaches were somewhat different, e.g. our stable cell lines, expressing low levels of an untagged ABCG2, may be more informative regarding mild changes in expression and trafficking, as the GFP tag on the ABCG2 protein may alter these parameters (see in [21], Suppl. Figure 5).…”

Újdonságok köszvényben: patogenezis, társbetegségek, diagnosztika és terápia

“…A vesén keresztül történő csökkent húgysavkiválasztás hátterében a proximalis tubularis epithelsejtek uráttranszporter fehérjéi, illetve az ezen proteineket kódoló génekben bekövetkező polimorfizmusok (singlenucleotide polymorphism, SNP) állnak. A teljes genomra vonatkozó genomvizsgálatok és funkcionális elemzések alapján ezek az SNP-k vagy a húgysavszekréció gátlása (például ABCG2, NPT1, NPT4 fehérjék), vagy a tubularis reabszorpció fokozása (például OAT4, URAT1, GLUT9) révén vezethetnek hyperuricaemiához és köszvényhez [1,19,20]. Ebben a vonatkozásban a közelmúltban hazai kutatók is végeztek vizsgálatokat [19].…”

“…A teljes genomra vonatkozó genomvizsgálatok és funkcionális elemzések alapján ezek az SNP-k vagy a húgysavszekréció gátlása (például ABCG2, NPT1, NPT4 fehérjék), vagy a tubularis reabszorpció fokozása (például OAT4, URAT1, GLUT9) révén vezethetnek hyperuricaemiához és köszvényhez [1,19,20]. Ebben a vonatkozásban a közelmúltban hazai kutatók is végeztek vizsgálatokat [19]. A húgysav-reabszorpcióban szerepet játszó transzporterek (például lezinurad, arhalofenát) gátlószerei fejlesztés alatt, bevezetés előtt állnak [21].…”