Farmakogenetyka

bada skuteczność, bezpieczeństwo oraz interakcje między innymi lekami 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

ONE SIZE DOESN’T FIT ALL 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-6-fosforanów (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 Genotyp Porfiria sulfonalowa Deaminaza porfobilinogenu (?) Nadwrażliwość na suksametonium Butyrylocholinesteraza Nadwrażliwość na prymachinę, fawizm (Vicia fava – bób) Dehydrogenaza glukozo-6-posforanu Zespół wydłużonego QT HERG, KCNE1/KvLQT1, MinRP1, inne kanały K Wolna/szybka acetylacja izoniazydu N-acetylotransferaza Złośliwa hipertermia Receptor rianodyny Nietolerancja fruktozy Aldolaza B Niewrażliwość na wazopresynę Receptor 2 wazopresyny Wrażliwość na alkohol 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.

lub farmakodynamicznych 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 leki konsekwencje Transportery leków MDR1 Ala893Ser; inne wiele zmieniony transport leków do tkanek Enzymy I fazy CYP2A6 delecja genu nikotyna przyzwyczajenie CYP2C9 Inaktywacja genu (PM) warfaryna acekumarol lozartan krwawienie słabsze działanie hipotensyjne CYP2C19 omeprazol diazepam większa skuteczność leku CYP2D6 leki a-arytmiczne kodeina leki p-depresyjne trójcykliczne działanie toksyczne brak działania toksyczność Duplikacja genu (UM) nortryptylina Toksyczność Brak działania Enzymy II fazy NAT2 N-acetylo transferaza Inaktywacja genu (PM) sulfonamidy hydralazyna Nadwrażliwość TPMT Metylo-transferaza tiopuryny merkaptopuryny mielotoksyczność

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 FENOTYP LEKI MODYFIKACJA CYP2D6 10% PM 7% UM 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 CYP2C9 38% IM 3,7% PM warfaryna, acenokumarol, fenytoina, tolbutamid zmniejszenie dawki do 1/3-1/5 u PM CYP2C19 2-5% PM 10-23% PM Azjaci omeprazol większa skuteczność leczenia u PM TPMT 10% IM 0,33% PM Azatiopryna 6-merkaptopuryna 6-tioguanina zmniejszenie dawki do 1/5-1/15 u PM NAT2 50-70% PM Amonafid inh. topoizomerazy zmniejszenie dawki o ok. 40% u PM Beta 2 Beta2-AR-Arg16 Beta2-AR-Gly16 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 leki konsekwencje   receptory leków 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 SP-1 zileuton moteleukast brak działania ACE I/D 287nt Allel I Allel D Inhibitory ACE skuteczne słabsze działanie

Polimorfizmy genów a skuteczność leczenia astmy Locus Lek Receptor beta 2 5q31.32 beta2-agoniści salbutamol, salmeterol 5-LOX 10q11.12 inhibitory 5-LOX zileuton Receptor M2 7q35.36 antagoniści receptora muskarynowego (bromek ipratropium) Receptor M3 1q43.44 Receptory dla glikokortykosterydów 5q31 GKS (prednizolon, beklometazon) fosfodiesteraza 4A 19p13.2 teofilina 5q12 CYP450 różne 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 Badania asocjacyjne Praktyka kliniczna Stworzenie szybkich metod genotypowania Sekwencj onowanie genu Identyfikacja SNP Zebranie halotypów w populacji MAPY atgccct atgC/Acct

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

jest już stosowana w praktyce? 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?