Corso integrato di Genetica e Biologia Molecolare

GENETICA

a.a.2015-2016

Pier Franco Pignatti

24.11.2015

Lezioni N. 39-40

Farmacogenetica

(Neri-Genuardi cap. 33)

Efficacia, tossicità, terapie personalizzate

Farmacogenetica e Farmacogenomica

Farmacogenomica (PGx): lo studio di varianti del DNA e dell’RNA correlate alla risposta ai farmaci

Farmacogenetica (PGt): lo studio di varianti nella sequenza del DNA correlate alla risposta ai farmaci.

La farmacogenetica è intesa come parte della farmacogenomica

http://www.ema.europa.eu/docs/en_GB/document_libra

ry/Scientific_guideline/2009/09/WC500002880.pdf

Efficacia dei farmaci

Schork NJ 2015

Blu: farmaco efficace Rosso: farmaco inefficace

Per i dieci farmaci più usati negli USA l’efficacia varia dal 4% al 25%

Tossicità dei farmaci

Aumento 2.6x degli eventi avversi gravi riportati a FDA dal

1998 al 2005. L’aumento è 4x più rapido dell’aumento del

numero di prescrizioni. Conclusione: sono necessari metodi

migliori per controllare il rischio da farmaci

Moore TJ et al. 2007

Test farmacogenetici per terapie personalizzate

Marsh S, McLeod HL 2006

Possibili cause della variabilità degli effetti dei farmaci

Patogenesi e gravità della malattia

Età, sesso, dieta, stile di vita, stato nutrizionale, funzioni renale ed epatica, microflora intestinale, malattie concomitanti

Interazioni fra farmaci e con il cibo

Aderenza al trattamento

Differenze ereditarie nei «farmacogeni»

Il destino di un farmaco nell’organismo

Ingelman-Sundberg M 2001

Azione dei farmaci

Farmacocinetica

Assorbimento

Distribuzione

Metabolismo

Eliminazione

Farmacodinamica

Interazione con il bersaglio

Fattori regolativi

Effetto terapeutico

Farmacocinetica:

cosa fa un organismo

a un farmaco

Farmacodinamica:

cosa fa un farmaco a

un organismo

Enzimi del metabolismo dei farmaci

WE Evans e MV Relling, Science 1999

Fase I: Modificazione

di gruppi funzionali Fase II: Coniugazione

Il livello di un farmaco nell’organismo

Vogel F e AG Motulsky, Genetica umana, McGraw-Hill II ed. 1988

L’intervallo terapeutico di un farmaco è compreso fra la

quantità minima efficace e la quantità minima tossica

Reazione avversa ad analoghi delle purine

Marshall E, Science 2003

Effetto tossico: aplasia midollare da difetto di catabolismo di

immunosoppressivo azatioprina o antitumorali tioguanina e

mercaptopurina dovuto al deficit di tiopurina S-metiltrasferasi (TPMT)

1

Alleli TPMT nei caucasoidi

L’allele TPMT*3A ha due mutazioni missenso in forte

Linkage Disequilibrium, attività enzimatica assente, ed è

il principale responsabile della distribuzione trimodale

Weinshilbaum R, NEJM 2009

Reazione avversa all’isoniazide

2

Effetto tossico: neuropatia periferica da terapia

antitubercolare con isonazide negli acetilatori lenti

da deficit di N-acetiltrasferasi 2 (NAT2)

Strachan T et al, Genetics and Genomics and Medicine,Garland Science, 2015

Monoacetylhydrazine:

toxic reactive metabolite

Reazione avversa a Irinotecan

Irinotecan (Camptosar) in Ca metastatico del colon-retto

Gli omozigoti per l’allele ad attività ridotta dell’ UDP-

glucuronosil-trasferasi isoforma 1A1 (UGT1A1*28:

inserzione di un dinucleotide TA nel promotore) hanno

rischio aumentato di neutropenia e diarrea grave dopo

inizio del trattamento

Si dovrebbe considerare una dose iniziale ridotta per questi

pazienti

(Gli eterozigoti hanno un rischio variabile)

http://www.fda.gov/Drugs/ScienceResearch/ResearchAreas/

Pharmacogenetics/ucm083378.htm

3

I citocromi P450 (CYP)

Sistema enzimatico epatico P450

Nell’uomo ci sono circa 60 citocromi appartenenti a 18

famiglie. Sono coinvolti nel metabolismo di diverse

sostanze endogene ed esogene (xenobiotici)

L’ossidazione è la più importante via del metabolismo

dei farmaci.

Database varianti: http://www.cypalleles.ki.se/

4

P450CYP2D6

La lista dei substrati include circa il 25% dei farmaci più

comunemente usati: tutti gli antidepressivi triciclici,

parecchi antipsicotici, alcuni inibitori del reuptake della

serotonina, beta bloccanti, antiaritmici, oppioidi, altre

sostanze come l’ecstasy, tamoxifene, ecc.

Circa il 6-7% della popolazione bianca è costituito da deboli

metabolizzatori che possono sviluppare concentrazioni

plasmatiche tossiche in seguito a una dose standard del

farmaco

Chip di DNA per CYP2D6 e CYP2C19

Science 302:589, 2003

Diversità globale di CYP2D6

UM: metabolizzatori ultrarapidi con copie multiple

del gene; EM: metabolizzatori estesi; IM:

metabolizzatori intermedi; PM: deboli metabolizzatori

Sistonen J et al 2007

Un caso clinico di depressione

Donna 42 anni, affetta da depressione, trattata con 100 mg/die nortriptilina

Sviluppa livelli sierici tossici del farmaco con gravi reazioni avverse: difficoltà accomodazione, ritenzione urinaria, grave costipazione, intervallo PQ allungato e allargamento QRS

Farmaco sospeso

Test sparteina dimostra che è debole metabolizzatrice (soggetto PM)

Trattamento ripreso con dosaggio ridotto a 25 mg/die: scomparsa della depressione e assenza di effetti collaterali

Da: “Focus” Bollettino di farmacovigilanza 2000

Effetti tossici della codeina

I soggetti UM convertono più rapidamente l’antidolorifico codeina nel

metabolita attivo, la morfina: i livelli sierici di morfina sono elevati.

Anche con dosaggio normale possono mostrare sintomi di iperdosaggio,

come sonnolenza estrema, confusione mentale, respiro superficiale.

«Nel prescrivere la codeina bisognerebbe perciò scegliere la dose più bassa

per il periodo più breve e informare i pazienti sui rischi ed i segni della

overdose di morfina».

La Codeina ha segnalazione di massima allerta farmacogenomica

dell’FDA: il «boxed warning».

Nel sito sotto indicato sono elencati 7 boxed warnings su un totale di circa

150 farmaci approvati con l’obbligo di riportare indicazioni

farmacogenomiche in etichetta (Last Updated: 05/20/2015)

http://www.fda.gov/Drugs/ScienceResearch/ResearchAreas/

Pharmacogenetics/ucm083378:htm

Antitrombotici

Antipiastrinici : clopidogrel

Anticoagulanti: coumadin

Sono i primi farmaci disegnati per inibire rispettivamente la aggregazione

piastrinica o i fattori di coagulazione. Riducono il rischio di eventi trombotici

ma aumentano il rischio di sanguinamento. Sono fra i farmaci più prescritti al

mondo per la prevenzione ed il trattamento delle malattie cardiovascolari.

Ci sono alcuni limiti farmacologici dei due farmaci dovuti alla variabilità nella

risposta al farmaco da parte dei pazienti in parte dovuti al metabolismo, ad

interazioni (con farmaci, ambiente, geni), ai bersagli.

Sono in corso di sviluppo nuovi farmaci con inizio più rapido degli effetti,

meno interazioni e minore variabilità della risposta antitrombotica in pazienti

diversi

Mega J L e T Simon, Lancet 18.7. 2015

Clopidogrel

Il Clopidogrel (Plavix) è un antiaggregante piastrinico. In

combinazione con l’Aspirina è il trattamento di scelta per la

prevenzione della trombosi dello stent in pazienti

sottoposti a interventi coronarici percutanei (PCI) per

sindrome coronarica acuta (ACS).

L’effetto del trattamento non è però uniforme in tutti i pazienti.

Si stima che circa ¼ degli individui mostrino una risposta

subterapeutica, dovuta in parte ai geni che governano

l’assorbimento ed il metabolismo del farmaco

5

Angioplastica coronarica

Per gentile concessione di DJ Angiolillo

Occlusione

Stent Stent in situ

Farmacogenetica del Clopidogrel

Marìn F et al 2009

CYP2C19

Clopidogrel e test CYP2C19

2009: FDA aggiunge informazione sui deboli

metabolizzatori (20-30% nei bianchi, 35-45% in

neri e 50-65% in orientali)

2010: FDA aggiunge “Boxed Warning”. Una meta-

analisi conferma un rischio aumentato, e

l’American College of Cardiology approva il test

genetico. Un editoriale ricorda che le varianti con

funzione ridotta rappresentano solo parte del

problema terapeutico totale

Wang, McLeod, Weinshilboum, NEJM March 2011

Rischi in portatori di 1 o 2 alleli CYP2C19 con

funzione ridotta

Morte cardiaca, IM, ictus Trombosi dello stent

Mega JL et al, JAMA Oct 2010

HR: 1,57 HR: 2,81

Prevenzione della trombosi dello stent

coronarico

Nella terapia antipiastrinica bisogna bilanciare i benefici

cardiovascolari con i rischi di sanguinamento

I recenti progressi nella farmacogenetica delle

tienopirimidine (Clopidogrel, Ticlopidina, Prasugrel)

aprono la prospettiva realistica di una scelta

personalizzata dell’agente antipiastrinico più adatto.

2 inibitori di P2Y12 di terza generazione (prasugrel e

ticagrelor) sono superiori al clopidogrel nel ridurre il

rischio ischemico e non sono sensibili alla presenza di

alleli ipofunzionanti di CYP2C19.

Patrono C e B Rocca 2010; Sabatine MS e JL Mega 2014

Coumadin

Il Coumadin (Warfarin) è un anticoagulante orale molto usato (33 milioni di

prescrizioni negli USA nel 2011) per prevenire ictus, trombosi ed embolia.

Il dosaggio deve essere personalizzato: alcune persone possono avere un

eccessivo aumento del rischio di emorragia con le dosi normali.

E’ fra le prime 10 cause più comuni di eventi avversi relati ai farmaci, che

vanno dal sanguinamento occulto fino alla morte

6

Hernandez W et al. 2013

Meccanismo d’azione del Coumadin

Il Coumadin inibisce l’enzima VKORC1, limitando così

l’apporto di Vitamina K, che è un cofattore essenziale per

l’attivazione di alcuni fattori della coagulazione (II,VII,IX,X)

Strachan e Read, Genetica Molecolare Umana, Zanichelli 2012

Farmacogenetica del Coumadin

Polimorfismi ipofunzionali dei due geni VKORC1 (Vitamin

K epoxide reductase subunit 1, enzima bersaglio del

farmaco che attiva alcuni fattori della coagulazione) e

CYP2C9 (che catabolizza il farmaco) sono responsabili

di circa il 30% e il 18% rispettivamente della variabilità

interindividuale del dosaggio necessario.

Il test di CYP2C9 e VKORC1 migliora la determinazione del

dosaggio in pazienti che richiedono alto o basso dosaggio

The International Warfarin Pharmacogenetics Consortium 2009

Dosaggio su base farmacogenetica

“Using pharmacogenetics in real time to guide Warfarin initiation” (Carlquist JF e JL Anderson 2011)

Gruppi funzionali di risposta al farmaco su base

genomica

La tabella riporta la suddivisione dei pazienti nelle 3 categorie FDA per la risposta alla warfarina: normale, sensibile, altamente sensibile, la dose finale di warfarina somministrata, e la proporzione di pazienti per ogni categoria nei gruppi genotipici

Mega J L et al, Lancet 6.6. 2015

Rischio di sanguinamento nei diversi gruppi

genotipici

La genotipizzazione identifica i pazienti con aumentato rischio di sanguinamento nei primi 90 giorni di trattamento con la warfarina e che avrebbero un maggiore beneficio di sicurezza iniziale se trattati con edoxaban rispetto alla warfarina

Mega J L et al, Lancet 6.6. 2015

Antivirali: il caso dell’abacavir

Abacavir is a nucleoside analogue reverse transcriptase inhibitor (NRTI)

indicated for the treatment of human immunodeficiency virus (HIV) infection

as part of a multidrug, highly active antiretroviral therapy (HAART) regimen.

Despite its efficacy in treating HIV, approximately 5% of individuals that

receive abacavir develop an immune-mediated hypersensitivity reaction (HSR)

that warrants immediate discontinuation of abacavir and switching to an

alternative antiretroviral regimen. Abacavir HSR is associated with individuals

that carry the *57:01 variant in the human leukocyte antigen B (HLA-B) gene.

There is a large volume of evidence to show that those who carry HLA-

B*57:01 are at significantly increased risk of developing HSR and should not

receive abacavir. Using pharmacogenetic screening to ensure individuals who

carry y HLA-B*57:01 do not receive abacavir can reduce the incidence of

abacavir HSR and is now considered the standard of care before prescribing

abacavir. Genetic testing for abacavir HSR is currently one of the best

examples of integrating pharmacogenetic testing into clinical practice. FDA

boxed warning.

Martin MA e DL Kroetz 2013

7

Il legame di Abacavir a HLA-B*57:01

Abacavir (in rosso) si lega nella tasca F di HLA-B*57:01 dove si legherebbero normalmente i residui terminali dei peptidi, alterando il repertorio di legame

Martin MA e DL Kroetz 2013

Antitumorali: gli anti-recettori TK

Ciardiello F e G Tortora 2008

Inibitori

competitivi:

trastuzumab

cetuximab Inibitori TK:

imatinib

gefitinib

Recettori Tirosina Chinasi: HER2/neu, EGFR, c-kit

8

Diagnostica di accompagnamento nella terapia

personalizzata dei tumori

con farmaci a bersaglio molecolare

HER2/neu iperespresso in Ca mammario:

Herceptin (trastuzumab)

EGFR espresso in Ca colorettale KRASneg :

Erbitux (cetuximab) o in Ca polmone non a

piccole cellule (NSCLC): Iressa (gefitinib)

c-kit espresso in Ca gastrointestinale stromale

(GIST): Gleevec (imatinib mesilato)

Hamburg MA e FS Collins The path to personalized medicine NEJM 2010

Stratificazione genetica della farmacoterapia del

Ca mammario

MammaPrint: il primo test di profilo di espressione approvato da FDA (70 geni)

Farmacogenetica dei tumori

Wang L et al 2011

A) FG somatica: il genoma del tumore gioca un ruolo critico nella risposta al

Gefitinib. Il gene EGFR del tumore con mutazioni attivanti nel dominio chinasico

aumenta la sensibilità al Gefitinib. B) FG germinale: il genoma individuale

determina la frequenza di effetti tossici associati all'Irinotecan (diarrea e

immunosoppressione). Il gene UGT1A1 con mutazione inattivante nella linea

germinale diminuisce il metabolismo del farmaco

Farmacogenetica in malattie mendeliane: un

composto anti terminazione prematura

Il Comitato per i Medicinali per Uso Umano (CHMP) dell’Agenzia Europea del Farmaco (EMA) ha approvato (25.5.2014) il farmaco Atarulen per il trattamento di alcuni pazienti CF e DMD con mutazione di terminazione prematura

9

Targeted therapies to improve CFTR function

in cystic fibrosis

Brodlie M et al 2015

10

La FDA americana approva Orkambi

9 luglio 2015

L’agenzia statunitense per gli alimenti e i farmaci (FDA) ha approvato l’uso

di Orkambi, un preparato farmaceutico che associa due farmaci: Lumacaftor,

che favorisce la maturazione della proteina CFTR-DF508 portandola alla sua

sede di azione, la membrana cellulare, e Ivacaftor (Kalydeco), che potenzia

tale proteina una volta arrivata in tale sede. L’uso di Orkambi negli USA è

riservato a malati FC omozigoti per la mutazione DF508 di età eguale o

superiore a 12 anni.

Orkambi è stato sottoposto da tempo anche all’Agenzia Europea per i

Medicinali (EMA), che prenderà una decisione verso la fine del 2015. Nel

caso di approvazione da parte dell’EMA, toccherà all’Agenzia Italiana per i

Farmaci (AIFA) prendere una decisione in merito, tenendo conto che tale

agenzia dovrà fare i conti con il bilancio del Servizio Sanitario Nazionale per

l’erogazione della combinazione a carico dello Stato.

Informazioni su biomarcatori genomici

in farmaci approvati da FDA

I marcatori polimorfici P450 CYP2C9, CYP2C19 e CYP2D6

assieme rappresentano il 62% dei biomarcatori approvati

Ingelman-Sundberg M e SC Sim, 2010

FDA Sends DNA4Life Untitled Letter Regarding

Pharmacogenetic Report Product

Nov 09, 2015 (GenomeWeb) – The US Food and Drug Administration has

issued an untitled letter to direct-to-consumer genetic testing firm DNA4Life

requesting additional information on the company's recently launched

Pharmacogenetic Report product.

DNA4Life's product, the FDA asserted in its letter issued last week, is

marketed directly to patients as a means to predict how they will respond to

more than 120 of the most commonly prescribed medications.

Mandeville, Florida-based DNA4Life introduced Pharmacogenetic Report last

month. The company said that the test assesses the 12 most common genes

affecting drug metabolism and response in a patient. This information is then

compared with more than 120 of the most commonly prescribed medications

across all major therapeutic classes.

Ordering of the test is "physician-integrated," as patients are required to share

their results with physicians, the company said. The assay costs approximately

$249, the company added.

The Value of Routine Pharmacogenomic

Screening - Are We There Yet?

While there are several examples where pharmacogenomic testing appears to

provide clinical and economic value, use of pharmacogenomics as a tool to

improve drug therapy through routine screening of unselected patients is

currently tentative.

An informal evaluation of the clinical benefits and economic costs of

pharmacogenomic screening suggests that improving the evidence base,

addressing uncertainty, and improving implementation can lead to practical

and cost effective pharmacogenomic screening programs.

Veenstra DL, Clin Pharmacol Ther. 2015 Nov 13. [Epub ahead of print]