Farmakogenetyka

Farmakogenetyka
Farmakogenetyka
- interdyscyplinarna dziedzina medycyny łącząca
farmakologię i genetykę
- badanie wpływu zmian w pojedynczym genie
na odpowiedź organizmu na lek
bada skuteczność, bezpieczeństwo oraz interakcje między innymi
lekami
Farmakogenomika
badanie wpływu ekspresji wielu genów w komórkach
poszczególnych tkanek na uwarunkowane
dziedzicznie osobnicze różnice w reakcjach
organizmu na leki
Farmakogenetyka
ONE SIZE DOESN’T FIT ALL
Leczenie tym samym lekiem w tej samej dawce
różnych pacjentów może spowodować różne efekty
Czynniki środowiskowe, dieta, wiek, styl życia, stan
zdrowia i przyjmowane leki wpływają na odpowiedź
organizmu na lek, jednak kluczowe dla stworzenia
bezpiecznej i skutecznej farmakoterapii jest
poznanie indywidualnych różnic w genotypie
pacjenta
Projekt Genomu Człowieka – różnice
międzyosobnicze 0,1% DNA
Przyczyny odmiennego działania leków:
• przejściowe - hamowanie, indukcja
• stałe - polimorfizm, mutacje
DNA zawiera ~ 1,000,000 SNPs
Haplotyp jest
kombinacją
SNPs
single-nucleotide
polymorphism
polimorfizm
pojedynczych
nukleotydów
Pierwsze poznane zależności pomiędzy
genetycznie uwarunkowanymi różnicami w
aktywności enzymów a objawami
niepożądanymi stosowanych leków
• Wrodzony deficyt osoczowej cholinesterazy –
wydłużone zwiotczenie mięśni po suksametonium
• Dziedziczne warianty dehydrogenazy glukozo-6fosforanów (G6PD) – hemoliza po lekach
p-malarycznych
• Wrodzony deficyt dehydrogenazy aldehydowej
(ALDH) związanej z metabolizmem etanolu –
wrażliwość na działanie alkoholu
Indywidualne różnice w reakcji na leki - przykłady
Fenotyp
Porfiria sulfonalowa
Nadwrażliwość na suksametonium
Nadwrażliwość na prymachinę,
fawizm (Vicia fava – bób)
Genotyp
Deaminaza porfobilinogenu (?)
Butyrylocholinesteraza
Dehydrogenaza glukozo-6-posforanu
Zespół wydłużonego QT
HERG, KCNE1/KvLQT1, MinRP1, inne kanały K
Wolna/szybka acetylacja
izoniazydu
N-acetylotransferaza
Złośliwa hipertermia
Nietolerancja fruktozy
Niewrażliwość na wazopresynę
Wrażliwość na alkohol
Receptor rianodyny
Aldolaza B
Receptor 2 wazopresyny
Dehydrogenaza aldehydu
Nadrażliwość na debryzochinę
CYP2D6
Oporność na kwas retinoinowy
Fuzja genu PML-RARA
Toksyczność 6-merkaptopuryny
Metylotransferaza tiopuryny
Oporność na mefenytoinę
CYP2C19
Niewrażliwość na insulinę
Receptor insulinowy
Albuterol - example
Badania przyczyn efektów ubocznych leków rozpoczeły
się w latach 50 XX wieku, a obecne badania genomu
ludzkiego odnowiły te zainteresowania
u 20-75% pacjentów nie obserwuje się pożądanego
efektu terapii
15-30% leków wykazuje działania niepożądane; z tego
6-7% groźne dla życia
0,32% pacjentów umiera co roku z powodu działań
niepożądanych leków
Odmienne reakcje na leki są 3 lub 4 co do
częstości przyczyną zgonów i chorób
J Int Med. 2001,250,186-200
Trends in Pharmacol Sci 2001,6,298
Bezpieczeństwo
USA
Pacienci hospitalizowani z powodu objawów
niepożądanych leków 4,986,000, ciężkich postaci 106,000
Nieprawidłowe dawkowanie leków (przedawkowanie,
przyjmowanie zbyt dużych dawek lekó kosztuje >100 bilion
dolarów rocznie in (zwiększona liczba hospitalizacji,
zmniejszona wydajność pracowników, przedwczesna
śmierć
Wielka Brytania
przybliżóny koszt niepożądanych działań leków - £45
million.
Odmienne działanie leków u poszczególnych
pacjentów może być spowodowane uwarunkowanymi
genetycznie zmianami procesów farmakokinetycznych:
- wchłanianie i wydalanie (stężenie leku w surowicy i tkankach)
- dystrybucja (glikoproteina P, albuminy, alfa1-glikoproteina kwaśna (AGK)
- metabolizm (enzymy I i II fazy biotransformacji)
lub farmakodynamicznych
-mechanizm działania, tj, kanały jonowe, receptory, szlaki
przekazywania sygnałów w komórce (interakcje między lekami i
efekty biologiczne)
enzymy naprawiające DNA (podatność komórek na mutacje)
• Case report
Latrice has been diagnosed with
leukemia and should receive
chemotherapy, e.g. purinethol
6-Mercaptopurine
While most patients benefit from 6-
Mercaptopurine treatment
sometimes fatal side effects were
observed
It was unraveled by the identification
of 6-Mercaptopurine metabolism by
TPMT enzyme
TPMT- thiopurine s-methyltransferase
TPMT active
TPMT inactive
Genotyp MDR-1 a stężenie digoksyny w surowicy
Polimorfizm genu MDR-1
kodującego glikoproteinę P, białko
transportujące leki przez błonę
komórkową
możliwe konsekwencje
polimorfizmu
• zmienione wchłanianie leku
• zmienione stężenie leku w
tkankach docelowych
Mario Stefanovic, Univ. Hosp. Clincal Institue of Chemistry, Hr
Cytochrom P450
1. Nadrodzina:
CYP - ponad 1000 genów
2. Rodzina :
1, 2, 3,....- ponad 40% podobieństwa
sekwencji aminokwasowej
3. Podrodzina:
A, B, C, D,.....- ponad 59% podobieństwa
sekwencji aminokwasowej
4. Poszczególne enzymy:
1, 2, 3, .....>50 - ponad 98% podobieństwa
sekwencji aminokwasowej
Np :CYP2D6 - wariant 6 podrodziny D, rodziny CYP2
Mario Stefanovic, Univ. Hosp. Clincal Institue of Chemistry, Hr
Istotne klinicznie polimorfizmy genetyczne - przykłady
Transportery
leków
Enzymy I fazy
gen
polimorfizm
leki
konsekwencje
MDR1
Ala893Ser; inne
wiele
zmieniony transport
leków do tkanek
CYP2A6
delecja genu
nikotyna
przyzwyczajenie
CYP2C9
Inaktywacja genu
(PM)
warfaryna
acekumarol
lozartan
krwawienie
krwawienie
słabsze działanie
hipotensyjne
CYP2C19
Inaktywacja genu
(PM)
omeprazol
diazepam
większa skuteczność
leku
Inaktywacja genu
(PM)
leki a-arytmiczne
kodeina
leki p-depresyjne
trójcykliczne
działanie toksyczne
brak działania
toksyczność
Duplikacja genu
(UM)
kodeina
nortryptylina
Toksyczność
Brak działania
sulfonamidy
hydralazyna
Nadwrażliwość
toksyczność
merkaptopuryny
mielotoksyczność
CYP2D6
Enzymy II fazy
NAT2
N-acetylo
transferaza
Inaktywacja
genu (PM)
TPMT
Metylotransferaza
tiopuryny
Inaktywacja
genu (PM)
CYP2D6 - ponad 80 wariantów allelicznych
Mario Stefanovic, Univ. Hosp. Clincal Institue of Chemistry, Hr
CYP2D6 polimorfizm i fenotyp
Mario Stefanovic, Univ. Hosp. Clincal Institue of Chemistry, Hr
Mario Stefanovic, Univ. Hosp. Clincal Institue of Chemistry, Hr
Mario Stefanovic, Univ. Hosp. Clincal Institue of Chemistry, Hr
Istotne klinicznie polimorfizmy genetyczne – niezbędne modyfikacje leczenia
ENZYM
CYP2D6
FENOTYP
10% PM
7% UM
LEKI
MODYFIKACJA
kodeina, enkainind,
flekainind
uniknie stosowania u PM
dezypramina,
nortryptylina
zmniejszenie dawki do 1/6-1/10 u PM
2-5 krotne zwiększenie dawki u UM
warfaryna,
acenokumarol,
fenytoina,
tolbutamid
zmniejszenie dawki do 1/3-1/5 u PM
CYP2C9
38% IM
3,7% PM
omeprazol
większa skuteczność leczenia u PM
CYP2C19
2-5% PM
10-23% PM
Azjaci
10% IM
0,33% PM
Azatiopryna
6-merkaptopuryna
6-tioguanina
zmniejszenie dawki do 1/5-1/15 u PM
50-70% PM
Amonafid
inh. topoizomerazy
zmniejszenie dawki o ok. 40% u PM
TPMT
NAT2
Beta 2
Beta2-ARArg16
Beta2-ARGly16
albuterol
większa skuteczność leczenia
mniejsza skuteczność leczenia
CYP2D6 metabolizuje 25% przepisywanych leków
Mario Stefanovic, Univ. Hosp. Clincal Institue of Chemistry, Hr
Istotne klinicznie polimorfizmy genetyczne – przykłady II
gen
receptory
leków
polimorfizm
leki
konsekwencje
Beta 1
Arg389Gly
izoproterenol
słabsze
wiązanie z
receptorem
Beta 2
Arg16Gly
Thr164Ile
agoniści
receptora
zmniejszone
powinowactwo
5-HT2A
His452Tyr
klozapina
zmniejszone
działanie
LOX A
motyw
wiążący SP1
ACE
I/D 287nt
Allel I
Allel D
zileuton
moteleukast
Inhibitory ACE
brak działania
skuteczne
słabsze
działanie
Polimorfizmy genów a skuteczność leczenia astmy
Gen
Locus
Lek
Receptor beta 2
5q31.32
beta2-agoniści
salbutamol, salmeterol
5-LOX
10q11.12
inhibitory 5-LOX zileuton
Receptor M2
7q35.36
Receptor M3
1q43.44
antagoniści receptora muskarynowego
(bromek ipratropium)
Receptory dla
glikokortykosterydów
5q31
GKS (prednizolon, beklometazon)
fosfodiesteraza 4A
19p13.2
fosfodiesteraza 4A
5q12
CYP450
różne
teofilina
montelukast, salmeterol, budezonid,
teofilina
Konsekwencje terapeutyczne
• toksyczne efekty uboczne leków (akumulacja leku jako
konsekwencja upośledzonego metabolizmu u osobników
wolno metabolizujących)
• aktywacja metabolizmu leków i tworzenie produktów
toksycznych
• brak lub obniżony efekt terapeutyczny leku (osobnicy
ultra-szybko metabolizujacy
• brak przemiany pro-leku w lek
Wskazania do badania profilu
farmakogenetyczego
•
•
•
•
•
•
Polimorficzny metabolizm leku
Długotrwałe leczenie
Mały współczynnik terapeutyczny
Objawy toksyczne
Niespodziewany wynik leczenia
Zbyt niskie lub wysokie stężenie leku w
surowicy
• Interakcja leków
Oznaczanie genotypu
• PCR - multiplex PCR; PCR-RFLP
• SSCP- single-stranded conformation polymorphism
• TGGE/DGGE – temperature/denaturating
gradient gel electrpphoresis
• Mikromacierze – hybrydyzowanie sekwencji
komplementarnych
Strategie w celu wyjaśnienia uwarunkowanej genetycznie
reakcji na lek
SNP
atgccct
atgC/Acct
Sekwencj
onowanie
genu
Identyfikacja Zebranie
halotypów w populacji
SNP
MAPY
Stworzenie
szybkich metod
genotypowania
Badania
asocjacyjne
Praktyka
kliniczna
Problemy w farmakogenetyce
1. Duża liczba wariantów allelicznych
2. Wiele nieznanych enzymów i polimorfizmów
3. Duża ilość informacji trudnych do interpretacji
4. Konieczność potwierdzenia wyników
laboratoryjnych klinicznie
Czy farmakogenetyka
jest już stosowana w praktyce?
w ograniczonym zakresie
• badania wariantów polimorficznych enzymów
cytochromu P450 przed zastosowaniem leczenia
• polimorfizm metylotransferazy tiopuryny w leczeniu
białaczek u dzieci
• Badanie polimorfizmu syntazy leukotrienu C4 u
chorych z nadwrażliwością na NLPZ
Cele farmakogenetyki
• stworzenie skutecznej i bezpiecznej farmakoterapii
• zdobycie wiedzy umożliwiającej przewidzenie
indywidualnej odpowiedzi na leki
• właściwe dobranie leków
• indywidualizacja terapii - leki „na miarę”
• obniżenie kosztów leczenia
Znaczenie farmakogenetyki
Firm farmaceutycznych - badania populacji
- tworzenie nowych leków o najmniejszych efektach
uboczny i najlepszych efektach terapeutycznych
- poznanie możliwych skutków ubocznych działania leku
Lekarza - możliwość właściwego wyboru leku
Społeczeństwa - ograniczenie używania „złych” leków
Pacjenta - właściwa terapia
Cel końcowy - stworzenie genetycznego profilu metabolizmu
leków, indywidualnie dla każdego pacjenta
ZAGADNIENIA
• Nowa praktyka w opiece zdrowotnej
wykształcenie lekarzy, farmaceutów – posługiwanie się nowymi
testami diagnostycznymi w celu odpowiedniego dawkowania
leków
• Kto za to zapłaci?
Obecne metody identyfikacji SNP są bardzo drogie. Firmy
ubezpieczeniowe mogą nie chcieć płacić za dodatkowe badania.
Sytuacja ekonomiczna może mięć wpływ na kierunek rozwoju
firm farmaceutycznych.
• Etyka i poszanowanie prywatności
Identyfikacja genetycznie uwarunkowanej predyspozycji do
określonych chorób może mieć znaczenie dla pracodawców i
firm ubezpieczeniowych. Kto będzie miał dostęp do
genetycznych baz danych i informacji?