Nuove frontiere nella bioanalitica e laboratorio clinico

Farmacogenetica: prospettive per lo sviluppo clinico e

l'applicazione di nuove terapie

Cinzia Dello Russo

Istituto di Farmacologia

Università Cattolica del S. Cuore

RTC – Pomezia (RM), 3 Febbraio 2015

BACKGROUND Elevata variabilità inter-individuale nella efficacia e sicurezza delle terapie farmacologiche

ADRs (ADVERSE DRUG REACTIONS):

IV causa di morte negli USA dopo IMA, tumori e stroke (Lazarou J et al., JAMA 1998; 279: 1200-1205)

Una delle principali cause di ospedalizzazione (Pirmohamed M

et al., BMJ 2004; 329: 15-19).

La maggior parte delle terapie risulta efficace nel 50-60% dei pazienti trattati (Spear BB et al. Trends Mol Med. 2001; 7: 201-204).

FATTORI che MODIFICANO la RISPOSTA ai FARMACI

Ma Q and Lu AY. Pharmacogenetics, pharmacogenomics, and individualized medicine. Pharmacol Rev. 2011; 63: 437-459.

20-90% della

variabilità totale

(Evans WE, and McLeod HL Pharmacogenomics--drug disposition, drug targets, and side effects. N Engl J Med. 2003; 348: 538-549)

FARMACOGENETICA

La FARMACOGENETICA è la disciplina che studia le possibili relazioni esistenti tra caratteristiche dei geni e la riposta individuale ad una terapia farmacologica sia in termini di efficacia che di tollerabilità Essa ha dunque come oggetto principale il FARMACO, il che la rende sostanzialmente diversa dalla genetica, che ha come oggetto di studio la MALATTIA…

Principali geni coinvolti nella risposta ai farmaci

I geni che influenzano la risposta ad un determinato trattamento farmacologico possono essere distinti in diverse classi:

Geni codificanti per proteine coinvolte nell’assorbimento, metabolismo, distribuzione ed escrezione del farmaco (enzimi del metabolismo e trasportatori di farmaci)

Geni codificanti per il bersaglio terapeutico primario, come per esempio recettori e/o enzimi

Altri geni, i.e. geni che regolano le risposte immunitarie (HLA)

FARMACOGENETICA e FARMACOCINETICA

METABOLISMO DI FARMACI

Zanger UM, Schwab M. Cytochrome P450 enzymes in drug metabolism: regulation of gene expression, enzyme activities, and impact of genetic variation. Pharmacol Ther. 2013; 138: 103-141.

CYP2D6 Responsabile del 20-25% del metabolismo di farmaci Molti farmaci potenzialmente pericolosi, i.e. antiaritmici, antidepressivi triciclici, antipsicotici, antipertensivi, codeina, tramadolo e tamoxifene. Altamente polimorfico (> 100 polimorfismi)

Ma Q and Lu AY. Pharmacogenetics, pharmacogenomics, and individualized medicine. Pharmacol Rev. 2011; 63: 437-459.

CYP2D6

Pinto N, and Dolan ME. Clinically relevant genetic variations in drug metabolizing enzymes. Curr Drug Metab. 2011; 12: 487-497.

CYP2D6

Kirchheiner J, Fuhr U, Brockmöller J. Pharmacogenetics-based therapeutic recommendations--ready for clinical practice? Nat Rev Drug Discov 2005; 4: 639-647.

Altri enzimi metabolizzanti…

Kirchheiner J, Fuhr U, Brockmöller J. Pharmacogenetics-based therapeutic recommendations--ready for clinical practice? Nat Rev Drug Discov 2005; 4: 639-647.

Azatioprina (Immunoprin®)

https://farmaci.agenziafarmaco.gov.it/aifa/servlet/PdfDownloadServlet?pdfFileName=footer_001392_037476_RCP.pdf&retry=0&sys=m0b1l3

4.4 Avvertenze speciali e precauzioni di impiego

DRUG-TRANSPORTERS

SLCO1B1 E’ un gene che codifica per un trasportatore di anioni organici, OATP1B1, una proteina che controlla l’uptake epatico del farmaco. Il polimorfismo rs4363657 era in LD quasi completo con altri polimorfismi (r2>0.95), dei quali il polimorfismo rs4149056C, sull’esone 6, risultava un polimorfismo non-sinonimo (alanina al posto di valina codificata dall’allele T wild-type)

FARMACOGENETICA nello SVILUPPO di NUOVI FARMACI

Linee Guida EMA PGt and PK

1) Fasi nello sviluppo di un farmaco in cui l’effetto farmacogenetico sulle proprietà farmacocinetiche dovrebbe essere considerato

2) Campionatura del DNA

3) Valutazione delle conseguenze cliniche dovute a varianti genetiche

4) Trasferimento di tali conseguenze nelle raccomandazioni cliniche di un farmaco.

Maliepaard M, Nofziger C, Papaluca M et al. Pharmacogenetics in the evaluation of new drugs: a multiregional regulatory perspective. Nat Rev Drug Discov. 2013; 12: 103-115.

Maliepaard M, Nofziger C, Papaluca M et al. Pharmacogenetics in the evaluation of new drugs: a multiregional regulatory perspective. Nat Rev Drug Discov. 2013; 12: 103-115.

Studi di FARMACOGENETICA in FASE I

Maliepaard M, Nofziger C, Papaluca M et al. Pharmacogenetics in the evaluation of new drugs: a multiregional regulatory perspective. Nat Rev Drug Discov. 2013; 12: 103-115.

Studi di FARMACOGENETICA in FASE II-III

Comparazione tra diverse linee guida

Maliepaard M, Nofziger C, Papaluca M et al. Pharmacogenetics in the evaluation of new drugs: a multiregional regulatory perspective. Nat Rev Drug Discov. 2013; 12: 103-115.

Pharmaceuticals and Medical Devices Agency (PMDA), Japan :Guideline on

Clinical Pharmacokinetic Studies of Pharmaceuticals (Notification No. 796; 1 Jun

2001).

US Food and Drug Administration (FDA):

Guidance on Clinical Pharmacogenomics: Premarketing Evaluation in Early

Phase Clinical Studies (Feb 2011).

FARMACOGENETICA/OMICA e

FARMADINAMICA

Mutazioni genetiche nei TUMORI

Vogelstein B, Papadopoulos N, Velculescu VE, Zhou S, Diaz LA Jr, Kinzler KW. Cancer genome landscapes. Science. 2013; 339: 1546-1558

Frequenza e tipologia di mutazioni in geni codificanti per proteine

DALLA FARMACOGENETICA ALLA

FARMACOGENOMICA

Madian AG et al. Relating human genetic variation to variation in drug responses. Trends Genet. 2012 ; 28: 487-495.

Next Generation Sequencing

Sequenziamento dell’intero genoma (o dell’intero esoma) di ogni paziente è una strategia che sta diventando abbastanza disponibile ed è particolarmente utile per la farmacogenomica dei tumori.

Pao W, Hutchinson KE. Chipping away at the lung cancer genome. Nat Med. 2012 Mar 6;18(3):349-51.

ADENOCARCINOMA POLMONARE

CRIZOTINIB

http://www.iom.edu/~/media/4E5D90BB6816419BA5BC8A3FE38E3567.ashx

CRIZOTINIB: SVILUPPO CLINICO

http://www.iom.edu/~/media/4E5D90BB6816419BA5BC8A3FE38E3567.ashx

EML4-ALK fusion protein

Soda M et al., Identification of the transforming EML4-ALK fusion gene in non-small-cell lung cancer. Nature. 2007 Aug 2;448(7153):561-6.

Altri PARTNER di

FUSIONE

(identificati più

raramente in

NSCLC):

KIF5B

TGFβ

EML4-ALK fusion protein

Soda M et al., Identification of the transforming EML4-ALK fusion gene in non-small-cell lung cancer. Nature. 2007 Aug 2;448(7153):561-6.

EML4-ALK fusion protein

Soda M et al., Identification of the transforming EML4-ALK fusion gene in non-small-cell lung cancer. Nature. 2007 Aug 2;448(7153):561-6.

PHASE II CLINICAL TRIALS

Kwak EL et al., Anaplastic lymphoma kinase inhibition in non-small-cell lung cancer. N Engl J Med. 2010; 363: 1693-1703.

Screening di

1500 pazienti:

arruolati 82 con

ALK-1 fusion

protein

Response to ALK Inhibition

Kwak EL et al., Anaplastic lymphoma kinase inhibition in non-small-cell lung cancer. N Engl J Med. 2010 Oct 28;363(18):1693-703.

Eisenhauer EA et al., New response evaluation criteria in solid tumours: revised RECIST guideline (version 1.1). Eur J Cancer. 2009 Jan;45(2):228-47.

• ORR 61% • Disease control rate at 8 weeks: 88%

Side effects to ALK Inhibition

Kwak EL et al., Anaplastic lymphoma kinase inhibition in non-small-cell lung cancer. N Engl J Med. 2010 Oct 28;363(18):1693-703.

Studi clinici di fase III

Shaw AT, Kim DW, Nakagawa K, et al.Crizotinib versus chemotherapy in advanced ALK-positive lung cancer. N Engl J Med. 2013; 368: 2385-2394..

Screening di

4967 pazienti:

arruolati 347 con

ALK-1

rearrangments.

EGFR-TK inhibitors: Gefitinib

Two Phase II trials, recruiting

more than 400 patients, IDEAL

1 and IDEAL 2, were used as

the basis for approval in the

US and Japan: ORR ~ 10%

ISEL: 1692 patients who were

refractory to or intolerant of

their latest chemotherapy,

randomized to receive either

gefitinib (250 mg/day) or

placebo, plus best supportive

care.

(Preplanned subgroup

analyses included an

assessment of patients who

were of Asian origin (n = 342).

NO survival benefits

Timeline of EGFR-targeting in NSCLC:

•2002: Iressa prroval in Japan

•2003: Iressa approval in US

•2004 Publications describing EGFR

mutation in Iressa responders

•2004: Tarceva approval in US

•2004 Final ISEL trial results showing no

survival benefit with Iressa treatment

•2005 AstraZeneca restricts Iressa use in

US to those previously taking Iressa with

demonstrated clinical benefits

Diagnosi di NSCLC positivo EML4-ALK.

Kwak EL et al., Anaplastic lymphoma kinase inhibition in non-small-cell lung cancer. N Engl J Med. 2010 Oct 28;363(18):1693-703.

Madian AG et al. Relating human genetic variation to variation in drug responses. Trends Genet. 2012 ; 28: 487-495.

COMPANION DIAGNOSTIC TESTS

http://www.fda.gov/MedicalDevices/ProductsandMedicalProcedures/InVit

roDiagnostics/ucm301431.htm

REAZIONI AVVERSE A FARMACI

Un esempio di successo: HLA-B*57:01 come biomarker di ipersensibilità ad ABACAVIR

ABACAVIR (ABC): farmaco antiretrovirale. Inibitore nucleosidico della trascrittasi inversa (NRTI). Analogo della guanosina

Ben assorbito dopo somministrazione orale.

L’istaurarsi di resistenza di grado elevato richiede almeno 2-3 mutazioni nel genoma virale, pertanto si instaura lentamente.

Ben tollerato, eccetto per una reazione di ipersensibilità (HRS) (5% pazienti in Italia)

Un esempio di successo: HLA-B*57:01 come biomarker di ipersensibilità ad ABACAVIR

ABACAVIR (ABC): farmaco antiretrovirale. Inibitore nucleosidico della trascrittasi inversa (NRTI). Analogo della guanosina

Ben assorbito dopo somministrazione orale.

L’istaurarsi di resistenza di grado elevato richiede almeno 2-3 mutazioni nel genoma virale, pertanto si instaura lentamente.

Ben tollerato, eccetto per una reazione di ipersensibilità (HRS) (5% pazienti in Italia)

La HSR da ABC è una sindrome clinica multiorgano, generalmente caratterizzata da 2 o più sintomi (febbre, rash, disturbi gastro-intestinali, malessere generalizzato, disturbi respiratori) che si manifesta entro le prime 6 settimane di terapia. La HRS da ABC si risolve rapidamente con la sospensione della terapia, ma ricompare ad un eventuale ripristino di questa con esiti spesso fatali

LA DIAGNOSI CLINICA di HRS PUÒ ESSERE IMPRECISA

HLA genotyping per rilevare geni associati a HRS da ABC

Mallal S, et al. Association between presence of HLA-B*5701, HLA-DR7, and HLA-DQ3 and hypersensitivity to HIV-1 reverse-transcriptase inhibitor abacavir. Lancet 2002; 359: 727-732.

Western Australian HIV Cohort Study

Whole-Genome SNP-Mapping per rilevare geni associati ad HRS da ABC

Hetherington S et al. Genetic variations in HLA-B region and hypersensitivity reactions to abacavir. Lancet 2002; 359: 1121-1122.

BIOMARCATORE GENOMICO

Una caratteristica misurabile del DNA e/o dell'RNA che sia indicatore di processi biologici normali o patologici e/o di risposta ad interventi terapeutici o di altro tipo EMA – Note for guidance on the definitions for genomic biomarkers, pharmacogenomics, pharmacogenetics, genomic data and sample coding cathegories (2008)

L’uso di un biomarcatore nella pratica clinica richiede un complesso insieme di dati a supporto dell’impiego clinico che viene proposto per quello specifico biomarcatore Kitzmiller JP et al. Pharmacogenomic testing: relevance in medical practice: why drugs work in some patients but not in others. Cleveland Clinic Journal of Medicine 2011;78:243-257.

PREDICT-1

Mallal S et al. PREDICT-1 Study Team. HLA-B*5701 screening for

hypersensitivity to abacavir. N Engl J Med 2008; 358: 568-579

In sintesi…

Al presente, tutte le linee guida per il trattamento dell’infezione da HIV raccomandano lo screening dell’HLA-B*57:01 prima di iniziare protocolli HAART contenenti ABC per ridurre l’incidenza di ABC-HSR.

Panel on Antiretroviral Guidelines for Adults and Adolescents. Guidelines for the use of antiretroviral agents in HIV-1-infected adults and adolescents. Department of Health and Human Services. Available at http://aidsinfo.nih.gov/ContentFiles/AdultandAdolescentGL.pdf Sections accessed [14 January 2015]

Al presente, l’indicazione allo screening dell’HLA-B*57:01 è riportata nelle RCP (riassunto delle caratteristiche del prodotto, o foglietto illustrativo) di tutti i prodotti farmaceutici contenenti ABC.

Modifica delle RCP di ABC

http://www.agenziafarmaco.it/REGISTRAZIONE_FARMACO/registrazione_farmaco028.html

Implementazione dello screening per HLA-B*57:01 nella pratica clinica

Come si analizza al presente l’HLA-B*57:01?

a) Sequenziamento (SBT, Sequence Based Typing, Tipizzazione Basata sulla Sequenza)

b) SSOP (Sequence Specific Oligonuclotide Probes, analisi con Sonde Oligonucleotidiche Sequenza Specifiche)

c) SSP (Sequence Specific Primers, Analisi con Primers Sequenza Specifici)

d) SSP and capillary electrophoresis

e) SSP and Real time PCR (Q-PCR)

f) Citometria a flusso utilizzando anticorpi specifici per l’allele di interesse (p es. B17: riconosce HLA-B*57 e 58)

Reviewed by: Stocchi L et al., The Pharmacogenomic HLA Biomarker Associated to Adverse Abacavir Reactions; Comparative Analysis of Different Genotyping Methods. Curr Genom 2012; 13, 314-320.

Screening per HLA-B*57:01 in Q-PCR

Campioni positivi: NO ABC

Campioni negativi: SI ABC

Estrazione del DNA

Amplificazione locus specifica del gene HLA-B

Sangue intero

DNA totale

Regione dell’HLA-B

Esone 3 Esone 3 Esone 2 Esone 2

Screening via Q-PCR per HLA-B*

57:01

Dello Russo C, Lisi L, Lofaro A, Di Giambenedetto S, Federico B, Madeddu G, Salerno M, Mura MS, Pirazzoli A, de Luca A, Cauda R, Navarra P. Novel sensitive, specific and rapid pharmacogenomic test for the prediction of abacavir hypersensitivity reaction: HLA-B*57:01 detection by real-time PCR. Pharmacogenomics. 2011; 12:567-76.

Dello Russo C, Lisi L, Fabbiani M, Gagliardi D, Fanti I, Di Giambenedetto S, Cauda R, Navarra P. Detection of HLA-B*57:01 by real-time PCR: implementation into routine clinical practice and additional validation data. Pharmacogenomics. 2014; 15: 319-327.

Clinical Activity

BIOMARCATORI GENOMICI di ADR

Pirmohamed M. Personalized pharmacogenomics: predicting efficacy and adverse drug reactions. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2014;15:349-70.

Verso una medicina personalizzata…

… e lo sviluppo di terapie più efficaci e sicure

References…

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/ (US National Library of Medicine

National Institutes of Health – pubMed)

http://www.ema.europa.eu/ema/index.jsp?curl=pages/includes/medicin

es/medicines_landing_page.jsp&mid (EMA website)

http://www.fda.gov/Drugs/default.htm (FDA website)

http://www.agenziafarmaco.gov.it/ (AIFA: Banca Dati Farmaci)

GRAZIE per L’ATTENZIONE