Desaphy Tossico 4 - Farmacogenetica CYP - Dipartimento di ... · 30-60 % dei pazienti non...
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TOSSICOLOGIA-4
FARMACOGENETICA DEGLI
ENZIMI METABOLIZZANTI
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Farmacologia e Tossicologia, Farmacologia e Tossicologia, Farmacologia e Tossicologia, Farmacologia e Tossicologia, 2015201520152015
Metabolismo I citocromi P450 costituiscono una famiglia di enzimi monoossigenasi
coinvolti nella fase I del metabolismo dei farmaci e xenobiotici.
da Farmacologia 2a ed., Rang et al., Casa Editrice Anbrosiana, 2001
2008© J.F. DESAPHY
Ossidazione da citocromo P450
da Farmacologia 2a ed., Rang et al., Casa Editrice Anbrosiana, 2001
RH + O2 + NADPH + H+ ROH + H2O + NADP
+
2008© J.F. DESAPHY
�Progetto genoma umano 57 geni codificanti per enzimi P450
�70-80 % dei farmaci, nonché una quantità notevole di xenobiotici chimicisono metabolizzati dai cit P450
�50 % dei farmaci responsabili di ADR sono metabolizzati dai cit P450
�Negli USA, le ADR uccidono >100 000 persone all’anno; costano 100 miliardi $
�30-60 % dei pazienti non rispondono alla terapia farmacologica
La conoscenza del sistema cit P450 e della sua variabilità genetica èfondamentale per migliorare la qualità della terapia farmacologica
2008© J.F. DESAPHY
Citocromi P450 e ADR
CYP2D6*4citocromo
variante allelica
iso-enzima
sotto-famiglia
famiglia
polimorfismo
57 geni
Un variante allelico deve presentare un cambio nella sequenza degli acidi nucleici che
modifica la trascrizione, lo splicing, la traduzione, la maturazione post-trascrizionale o
post-traduzionale, o modifica almeno un amino acido.
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Nomenclatura dei Citocromi P450
Differenze tra Citocromi P450
Nessun espressione proteica osservata
da Totah et al., Clin. Pharmacol. Ther., 2005
2008© J.F. DESAPHY
I CYP differiscono per la loro distribuzione, il tipo di substrato, la selettività farmacologica
In vivo In vitro
Attività specifica del CYP2C8
da Totah et al., Clin. Pharmacol. Ther., 2005 2008© J.F. DESAPHY
Ruolo maggiore nella biotrasformazione.
Il CYP2C8 è un enzima determinante
nel metabolismo di questi farmaci.
Ruolo intermedio nella biotrasformazione.
Variazioni nell’attività del CYP2C8 possono
modificare la biodisponibilità di questi farmaci.
Ruolo minore nella biotrasformazione.
In condizioni normali, l’attività del CYP2C8
riveste poca importanza nel metabolismo
di questi farmaci.
Polimorfismi dei Citocromi P450
2008© J.F. DESAPHY
20 a 30% dei farmaci metabolizzati dai cit. P450 lo sono dall’isoforma CYP2D6 che presenta numerosi polimorfismi con effetti funzionali (attività maggiore, nulla o ridotta).Nella popolazione, si possono individuare 4 fenotipi sulla base della presenza di varianti alleliche per il CYP2D6.
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Polimorfismi dei Citocromi P450
4
FENOTIPI
Manca l’enzima funzionante
Eterozigoti portatori di un allele deficienteo
Portatori di 2 alleli con attività ridotta
Portatori di 2 alleli con attività normale(pazienti di riferimento)
portatori di più copie del gene(duplicazione del gene o del cromosoma)
Poor metabolizersMetabolizzatori deboli/lenti
Intermediary metabolizersMetabolizzatori intermedi
Extensive metabolizersMetabolizzatori estensivi
Ultrarapid metabolizersMetabolizzatori ultrarapidi
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Fenotipi dei Citocromi P450
PM
IM
EM
UM
Distribuzione della popolazione europea in funzione del metabolismo del bufuralolo da parte dell’enzima CYP2D6 (probe reaction). Si distinguono 4 gruppi (PM, IM, EM e UM).
Sullo stesso grafico è riportato la dose di nortriptilina (antidepressivo triciclico metabolizzato dal CYP2D6) che dovrebbe permettere il raggiungimento dell’effetto terapeutico nei vari gruppi della popolazione, nonché il range delle dosi utilizzati oggi, basato sulla concentrazione plasmatica media trovato nella popolazione generale (population-based dosing).Con la dose di farmaco oggi somministrata, i pazienti appartenenti al gruppo UM (~5.5 %) non risponderanno alla terapia, mentre i pazienti PM (~7 %) saranno esposti ad un maggior rischio di sviluppare ADR.
2008© J.F. DESAPHY
Fenotipi del CYP2D6
da Ingelman-Sundberg, TIPS, 2004
da Ingelman-Sundberg, TIPS, 2004 2008© J.F. DESAPHY
Fenotipi del CYP2D6
2008© J.F. DESAPHY
Fenotipi dei Citocromi P450
L’enzima CYP3A4 metabolizza il 40-45 % dei farmaci che subiscono il metabolismo di fase I da parte degli enzimi cit. P450.I polimorfismi funzionali sono rari e quindi hanno poca significativa sulla popolazione.
Pero importanti variazioni inter-individuali sono osservate nei livelli di attività enzimatica. Si suppone che siano dovute a variazioni in altri geni (effetti pleiotropici).
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CYP3A4
La relativa importanza dei polimorfismi dipende dal gruppo etnico
da Eichelbaum, Pharmacogenomics, Annu. Rev. Med., 2006
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Distribuzione etnica dei Polimorfismi
La relativa importanza dei polimorfismi dipende dal gruppo etnico
da Totah et al., Clin. Pharmacol. Ther., 2005
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Distribuzione etnica dei Polimorfismi
La relativa importanza dei polimorfismi dipende dal gruppo etnico
4-5
2
7-10
1-5
3-5
10
20293
2
0-5
0
16
6
8
19
1-4
5
0-1
1
1
5
7
56
Frequenze in % di PM e UM per il CYP2D6 in varie popolazioni
Modificato da Cascorbi, Eur. J. Clin. Invest., 2003 2008© J.F. DESAPHY
Distribuzione etnica dei Polimorfismi
Enzima Farmaci con uso terapeutico principalemetabolismo ridotto effetto osservato
CYP2C9 S-warfarin anti-coagulante emorragiafenitoina epilessia atassiatolbutamide diabete ipoglicemiaFANS infiammazione emorragia del GI
CYP2C19 diazepam ansia, ipnotico sedazioneepilessia
CYP2D6 antidepressivi triciclici depressione cardiotossicitàantiaritmici aritmia aritmiainibitori del reuptakedella serotonina depressione nausea
Alcune conseguenze cliniche del fenotipo “metabolizzatori deboli”
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Rilevanza Clinica dei Polimorfismi
CYP2C19 è responsabile del metabolismo dei farmaci anti-ulcera
Il genotyping dei pazienti prima d’iniziare il trattamento potrebbe permettere di adattare le dose da somministrare e far risparmiare 5000 $ per ogni 100 pazienti.
% di guarigione (eradicazione di
Helicobacter Pylori) in 62
pazienti giapponesi con ulcera
gastrica o duodenale dopo
trattamento con 20 mg
omeprazolo per 6-8 settimane
0
20
40
60
80
100
PM (n=9) IM (n=25) EM (n=28)
adattato da Furuta et al., Ann. Intern. Med., 1998
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CYP2C19 e Omeprazolo
Trattamento delle malattie cardiovascolari
CYP2C9 metabolizza >80% del S-warfarin, farmaco anticoagulante
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
wt/wt wt/*2 wt/*3 *2/*2 *3/*3
dose giornaliera dimantenimento per ilwarfarin
omozigote wild-type eterozigote wild-type/CYP2C9*2
% della dose wt/wt
�I pazienti PM dimostrano un rischio maggior di emorragia
I farmaci alternativi al warfarin sono i derivati del cumarolo come l’acenacumarolo.Anche questo è metabolizzato da CYP2C9.Evidenze cliniche hanno dimostrato che l’allele CYP2C9*3 riduce la clearancedell’acenacumarolo, aumenta il rischio di emorragie, e rende la risposta anti-coagulante meno stabile.
Modificato da Kirchheiner et al., Clin. Pharmacol. Ther., 2005
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CYP2C9 e Warfarin
Trattamento del dolore
CYP2D6 trasforma la codeina in morfina per esplicitare l’effetto analgesico
codeinadestrometorfanoidrocodoneossicodoneetilmorfinadiidrocodeina
dealchilazioneda CYP2D6
I PM non beneficiano degli effetti della codeina nel trattamento del dolore o della tosse.
La ridotta capacità dei PM di metabolizzare gli oppiacei potrebbe proteggergli dalla
dipendenza a droghe.
Non si dovrebbe somministrare inibitori del CYP2D6 (quinidina) agli EM che prendono la
codeina.
Concentrazione plasmatica di morfina dopo 170 mg codeine fosfato per os.
EM
PM
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CYP2D6 e codeina
80% della nicotina è metabolizzata in vivo dal CYP2A6 in cotinina, inattiva
I pazienti PM che presentano un metabolismo ridotto potrebbero �fumare meno (maggior intervalli tra 2 sigarette)�presentare una minor dipendenza (risulta più facile abbandonare il fumo)�presentare un minor rischio di sviluppare il cancro dei polmoni (è anche ridotta l’attivazione metabolica CYP2A6-dipendente di alcuni altri composti carcinogeni presenti nelle sigarette)
I pazienti UM che presentano più copie del gene CYP2A potrebbero�fumare di più (maggior aspirazione sulla sigaretta)�presentare una dipendenza maggiore
La nicotina è il principale composto del tabacco responsabile della dipendenza
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CYP2A6 e nicotina
Case Report: intossicazione da fenitoina
CYP2C9 e CYP2C19 sono responsabili del metabolismo della fenitoina
La fenitoina è un farmaco antiepilettico caratterizzato da una farmacocinetica particolarmente variabile ma da un range efficace di concentrazione plasmatica piuttosto piccolo (10-20 mg/mL).E’ anche utilizzato per via e.v. come antiaritmico. Il suo meccanismo d’azione consiste nel blocco dei canali del sodio neuronali o cardiaci.
Tra i meccanismi di variabilità, il metabolismo è particolarmente rilevante, che sia modificato dalla dieta, dalle interazioni tra farmaci, o dalla presenza di polimorfismi.
CASE REPORT
2008© J.F. DESAPHY
Brandolese et al., Clin. Pharmacol. Ther., 2001
2008© J.F. DESAPHY
Case Report: intossicazione da fenitoina
Brandolese et al., Clin. Pharmacol. Ther., 2001
2008© J.F. DESAPHY
Case Report: intossicazione da fenitoina
31 anni55 chili1m59
Incidente stradale
Reparto cura intensiva
Trauma cranicoTrauma addominaleTrauma toracico
Ventilazione meccanicaMannitolo, corticosteroidi, diuretici (edema cerebrale) Cefalosporine (prevenzione infezioni)Eparina (tromboembolismo)Ulcera gastrica (ranitidina)Fenobarbitale (convulsioni post-traumatiche)
Unità di riabilitazione
Fenobarbitale (i.m. 100 mg/die) fenitoina (per os, 3x100 mg/die)
2 mesi
Brandolese et al., Clin. Pharmacol. Ther., 2001
2008© J.F. DESAPHY
Case Report: intossicazione da fenitoina
Brandolese et al., Clin. Pharmacol. Ther., 2001
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Case Report: intossicazione da fenitoina
Regressione spontanea dopo 30 minuti
Disartria, Nistagmo, dismetria,discinisia emifacciale sinistraAlterazioni stato mentale
Unità di riabilitazione
10 giorni dopo inizio fenitoina3 ore dopo dose giornaliera
Esami di laboratorio standard � normaliTAC, ECG � normali
EEG: alterazioni aspecifiche diffuse
OVERDOSE da fenitoina ?
Dosaggio
Brandolese et al., Clin. Pharmacol. Ther., 2001
2008© J.F. DESAPHY
Case Report: intossicazione da fenitoina
Brandolese et al., Clin. Pharmacol. Ther., 2001
2008© J.F. DESAPHY
Case Report: intossicazione da fenitoina
Dosaggio (kit commerciale)
100
2000 3 121
mg/mL
giorni
Range terapeutico
Limite superiore del kit
Emivita : 103 ore !
genotipizzazione
Omozigosi: CYP2C9*3Eterozigosi: CYP2C19*2
Metabolizzatore lento
Recupero totaleDismissione dopo 30 giorni
Soppressione fenitoina
Farmacogenetica degli enzimi metabolizzanti Enzima fase II frequenza dei Farmaci effetti
polimorfismi
Plasma butirilcolinesterasi 1-5 % succinilcolina apnea prolungata
N-acetiltrasferasi 30-70 % (bianchi) sulfamidici ipersensibilità10-20 % (asiatici)50-60 % (neri) amonafide mielotossicità
procainamide, lupus eritematosoidralazina, isoniazide
Tiopurine metiltrasferasi 0.3 % 6-mercaptopurina, mielotossicità, azatioprine cancerogenesi
UDP-glucuronotrasferasi1A1 10-15 % irinotecan diarrea, mielotossicità
Glutatione-S-transferasi 35 % platino maggior successo della (GSTP1) terapia
Diidropirimidine deidrogenasi 0.1 % 5-fluorouracile mielotossicità(enzima fase I non Cit P450)
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FARMACOGENETICA degli enzimi metabolizzanti (fase II)
Farmacogenetica della N-acetiltrasferasi 2 (NAT2)
Concentrazione plasmatica di isoniazide (trattamento e prevenzione della tuberculosi).
Il grafico mostra una distribuzione bimodale della popolazione attorno ad due concentrazioni medie di farmaco di circa 10 e 30 µmol/L.
La distribuzione bimodale è dovuta alla presenza di un polimorfismo nell’enzima NAT2. Vengono definiti due fenotipi: acetilatori lenti e acetilatori veloci
da Farmacologia 2a ed., Rang et al.,Casa Editrice Anbrosiana, 2001
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isoniazide
acetilatori lenti
acetilatori veloci
Numero di soggetti (%
)
2011© J-F DESAPHY
Farmacogenetica cardiovascolaredei processi farmacocinetici
procainamideidralazina
Metaboliti inattiviNAT2Metaboliti
intermedi
Fase I
20 %
5-10 %
Remissione dopo sospensione del farmacoe con trattamento antinfiammatorio
Formazione apteni Formazione apteniCitotossicitàFormazione ROS
autoimmunità
Gli acetilatori lenti sono più a rischio disviluppare il lupus eritematoso
2012© J-F DESAPHY
apteneproteina
Farmaco
coniugazione
reazione allergicaInfiammatoria
Reazioni Allergiche da Farmaci
2011© J-F DESAPHY
Farmacogenetica cardiovascolaredei processi farmacocinetici
Lupus Eritematoso Sistemicohttp://it.wikipedia.org/wiki/File:Lupus_facial_rash.jpg
Malattia autoimmune cronica
Sintomi più frequenti
•Estrema stanchezza•Dolore e gonfiore articolare•Febbre•Eritemi•Problemi renali
�cortisoneantimalariciimmunosoppressoriBelimumab (FDA)
FarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogenetica
2008© J.F. DESAPHY
Influenza del genoma sulla risposta alla terapia farmacologica
Farmacogenetica dei processi farmacocinetici
assorbimento/trasportometabolismoescrezione
Farmacogenetica dei processi farmacodinamici
bersaglio farmacologicoco-fattori enzimaticivie di signalizzazione intracellularesistemi compensatori
FarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogenetica in Oncologiain Oncologiain Oncologiain Oncologiain Oncologiain Oncologiain Oncologiain Oncologia
enzimidel
metabolismo
proteinedi
legame
sistemidi
trasporto
trasportoe
metabolismo
bersagli
farmacologici
Sistemi diriparazionedel DNA
Tessutonormale
Tessutotumorale
Esposizionesistemica
EfficaciaTossicità
Esposizionedel tumore
Efficacia
Agenti antitumorali
possibili interazioni genetiche
2008@J-F DESAPHY
Elevata espressione della TP in alcuni tumori del senomiglior risposta al 5-FU
DPD
5-FU Metaboliti attivi
Metaboliti inattivi
Azione Farmacologica
TP
MTHFR
TS
Sindrome della DPD deficienzaAumentata efficaciatossicità neurologicatossicità gastrointestinaletossicità ematologica
DPD: diidropiridine deidrogenasiTP: timidine fosforilasi (PDEGF)TS: timidilato sintetasiMTHFR: metilenetetraidrofolate riduttasiTHF: tetraidrofolate
Polimorfismi della MTHFRridotta attività enzimaticaRidotta produzione di MTHFridotta efficacia del 5-FU
Polimorfismi della TSe/o sovra-espressione
maggior attività enzimaticaridotta efficacia del 5-FU
FarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogeneticaFarmacogenetica del 5del 5del 5del 5del 5del 5del 5del 5--------fluorouracile fluorouracile fluorouracile fluorouracile fluorouracile fluorouracile fluorouracile fluorouracile
2008© J.F. DESAPHY
FARMACOGENETICA della 6-MERCAPTOPURINA
I pazienti omozigoti per un polimorfismo nel gene TPMT (metabolizzatori lenti,
0.3% degli europei) non producono 6-MMP ed accumulano T-IMP, aumentando
l’efficacia ma soprattutto il rischio di reazioni tossiche emopoietiche
potenzialmente fatali. In bambini affetti da ALL, c’è un rischio maggior di
sviluppare affezioni maligne secondari.
Azatioprina
6-mercaptopurina
fegato
T-IMP
acido tiourico 6-metilmarcaptopurine (6-MMP)inattivo
~inattivo, epatotossicità
attività farmacologiche e tossiche
TPMT (tiopurine metiltransferasi)Xantine ossidasi
HGPRT
Xantine ossidasi
allopurinolo
2008© J.F. DESAPHY
2008© J.F. DESAPHY
2007© J.F. DESAPHY
1 hour bedsideDNA test forCYP2C19*2
clopidogrel
wt/wt wt/*2 *2/*2
prasugel
FINE
2008© J.F. DESAPHY