La Farmacogenetica in
oncologia: come sfruttare
le conoscenze biologiche
per ridurre le tossicità e
incrementare il sinergismo
terapeutico?
Dott.ssa Marzia Del Re
Dipartimento di Medicina Clinica e
Sperimentale
Università di Pisa
UOC Farmacologia clinica
Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana
SNPs may occur at any position in the
gene
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
2 Genetic polymorphisms, pharmacokinetics and
pharmacodynamics of drugs
M. Del Re
Yamayoshi Y et al. Int J Clin Oncol 2005 Farmacogenetica in oncologia
3 CYP2D6-dependent metabolism of
tamoxifen
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
4
CYP2D6 phenotype in humans
The CYP2D6 function in any particular subject may be
described as one of the following:
• poor metaboliser - these subjects have little or no
CYP2D6 function
• intermediate metabolizers - these subjects metabolize
drugs at a rate somewhere between the poor and
extensive metabolizers
• extensive metaboliser - these subjects have normal
CYP2D6 function
• ultrarapid metaboliser - these subjects have multiple
copies of the CYP2D6 gene expressed, and therefore
greater-than-normal CYP2D6 function
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
5 In tamoxifen-­‐treated pa>ents, women with the CYP2D6 *10 T/T genotype have a lower 4OH-­‐tam/endoxifen levels in the serum and a worse clinical outcome. M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
6 DFS of CYP2D6*10 breast cancer
patients receiving tamoxifen
152 pa'ents M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
7 DFS of CYP2D6 *10 breast cancer
patients NOT receiving tamoxifen
141 pa'ents M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
8 Le fluoropirimidine sono i farmaci antitumorali
maggiormente utilizzati in clinica
ChemSpider 2D Image | Capecitabine | C15H22FN3O6
ChemSpider 2D Image | Fluorouracil | C4H3FN2O2
Show 2D
ChemSpider 2D Image | 5-fluoro-1-(tetrahydrofuran-2-yl)pyrimidine-2,4(1H,3H)-d
1
1
Tegafur/uracile (UFT) Show 3D
5-Fluorouracile 3
Show 2D
Show 2D
Show 3D
Show 3D
Capecitabina M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
9
Tossicità principali delle fluoropirimidine
• Durante
la terapia si verifica frequentemente tossicità gastrointestinale (>50% dei
pazienti) che consiste in stomatiti, esofago-faringiti (che possono portare a
desquamazione e ulcerazione), diarrea, anoressia, nausea, vomito, enteriti e
gastroduodeniti.
• Ogni
ciclo di terapia con fluoruoracile è generalmente seguito da leucopenia. Il
numero più basso di leucociti si osserva solitamente tra il 9° e il 14° giorno
dopo il primo ciclo di trattamento, sebbene la massima depressione midollare
possa protrarsi fino al 20° giorno. Il numero di leucociti torna solitamente a
livelli normali entro il 30° giorno.
• In
un numero cospicuo di casi (>60% dei pazienti) si osservano alopecia e
dermatiti. La dermatite che compare più frequentemente è una eruzione
maculopapulare pruriginosa generalmente localizzata alle estremità e meno
frequentemente al tronco. È reversibile e risponde ad un trattamento sintomatico.
• A
livello dermatologico si può manifestare cute secca, screpolature, eritema o
aumentata pigmentazione della pelle e la caratteristica sindrome da
eritrodisestesia palmare-plantare, con formicolio alle mani ed ai piedi seguito da
dolore, eritema e gonfiore.
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
10
Meccanismo di azione delle fluoropirimidine:
metabolismo attivante
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
11
Metabolismo inattivante del 5-fluorouracile:
metaboliti privi di effetto antitumorale
ChemSpider 2D Image | 3-(Carbamoylamino)-2-fluoropropanoic acid | C4H7FN2O3
ChemSpider 2D Image | 5-Fluorodihydropyrimidine-2,4(1H,3H)-dione | C4H5FN2O2
ChemSpider 2D Image | Fluorouracil | C4H3FN2O2
ChemSpider 2D Image | 2-Fluoroalanine | C3H6FNO2
1
β-Ureidopropionasi Diidropirimidinasi DPD Show 2D
Show 3D
5-Fluorodiidrouracile Show 2D
Show 3D
5-Fluorouracile 5-Fluoroalanina Show 2D
Acido 5-Fluoroureidopropionico Show 2D
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1
1
Show 3D
Show 3D
September 22, 2012 1:00:12 PM
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http://www.chemspider.com/ImageView.aspx?id=108825
September 22, 2012 4:21:58 PM
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September 22, 2012 4:24:47 PM
!
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
12
September 22, 2012 4:27
La diidropirimidina deidrogenasi
• La
DPD (diidropirimidina deidrogenasi) è il primo enzima della via
catabolica delle basi pirimidiniche (uracile e timina) ed è
caratterizzato da minore attività enzimatica rispetto alle successive
tappe enzimatiche.
• L’incapacità
di inattivare le fluoropirimidine determina aumento di
concentrazione dei farmaci attivi e grave tossicità neurologica,
emopoietica e gastrointestinale che può essere mortale.
• Circa
il 31% dei pazienti con carcinoma del colon-retto metastatico
che vengono trattati con fluoropirimidine possono manifestare
tossicità ematologica e gastrointestinale di grado 3/4.
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
13
IVS14+1G>A è la variante associata a grave
alterazione funzionale di DPD
Transizione G>A nella sequenza consenso del sito di splicing
nell’esone 14
L’esone 14 è deleto e viene prodotto un enzima inattivo
Esone 13!
AG!
Esone 14!
AG!
GT!
3% Eterozigoti!
Mut: A!
Esone 13!
M. Del Re
Esone 15!
GT!
Esone 15!
AG!
GT!
97% Omozigoti WT!
WT: G!
Esone 13!
Esone 14!
Esone 15!
Proteina non funzionale!
Proteina funzionale!
Tossicità grave da!
fluoropirimidine!
Normale tollerabilità da!
fluoropirimidine!
Farmacogenetica in oncologia
14
Varianti genetiche DPD
Introne Esone 1 2
3 4
5
6
7 8
9 10
11 12 13 14 15
16
17 18 19 20
21 22 23
3’ 5’ 61C>T
62G>A
74A>G
85T>C
100delA
496A>G
601A>C
632A>G
1896T>C
1897delC
IVS14+1G>A
703C>T
812delT
257C>T
295-298delTCAT
1003G>T
1039delTG
1108A>G
1156G>T
1475 C>T
2657G>A
2846A>T
2933A>G
2983G>T
1601G>A
1627A>G
1679T>G
1714C>G
2194G>A
Del Re M et al. EPMA Journal 2011
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
15
Attività enzimatica della DPD e tossicità delle
fluoropirimidine (5-FU)
Normale
Deficit (allele IVS14+1G>A)
5-FU
5-FU
5-FdUMP
DPD
TS
Tossicità
tollerabile
5-FDHU
5-FdUMP
TS
5-FDHU
Tossicità
grave/
mortale
Del Re M et al. EPMA Journal 2011
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
16
Caso clinico - paziente 1
DIARREA STOMATITE DERMATITE ALOPECIA LEUCOPENIA NEUTROP HFS 4 4 3 2 3 4 2 OXALIPLATINO – CAPECITABINA Introne Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 3’ 5’ 85T>C 1801G>C 1896T>C IVS14+1G>A 496AG 1601G>A 1627A>G M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
2194GA 17
Caso clinico - paziente 2
DIARREA STOMATITE LEUCOPENIA NEUTROPENIA ANEMIA HFS 3 3 3 4 3 2 1° ciclo CISPLATINO 100 mg/mq g 1 5-­‐FU 1000 mg/mq i.c. 24 ore per 5 gg Introne Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 3’ 5’ 85T>C 496AG 1601G>A 1627AG M. Del Re
1801G>C 1896T>C IVS14+1G>A Farmacogenetica in oncologia
2194GA 18
Caso clinico - paziente 3
NAUSEA/VOMITO DIARREA STOMATITE DERMATITE LEUCOPENIA NEUTROPENIA NEUTROPENIA FEB HFS 3 4 3 2 4 4 si 2 FOLFOX-­‐4 (Ciclo 5°) Introne Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3’ 5’ 85T>C 496A>G 1601G>A 1627GG M. Del Re
21 22 23 1801G>C 1896T>C IVS14+1G>A Farmacogenetica in oncologia
2194G>A 19
Caso clinico - paziente 4
DIARREA NAUSEA/VOMITO STOMATITE NEUTROPENIA PIASTRINOPENIA 4 3 3 3 2 FOLFOX-­‐4 Introne Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3’ 5’ 85T>C 496A>G 1601G>A 1627A>G M. Del Re
21 22 23 1801G>C 1896T>C
2194G>A IVS14+1GA Farmacogenetica in oncologia
20
Caso clinico - paziente 5
DIARREA HFS ALOPECIA COMPLETA MUCOSITE NEUTROPENIA (febbrile)
3 3 5-­‐FU DOSE TEST: 250 mg/m2 bolo senza folato 3 4 Introne Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3’ 5’ 85T>C 496A>G 1601G>A 1627A>G M. Del Re
21 22 23 1801G>C 1896T>C
2194G>A IVS14+1AA Farmacogenetica in oncologia
21
Caso clinico - paziente 6
DIARREA ALOPECIA
MUCOSITE NEUTROPENIA (febbrile)
3 2 3 4 FOLFIRI UGT1A1 7/7! Introne Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3’ 5’ 85T>C 496A>G 1601G>A 1627A>G M. Del Re
21 22 23 1801G>C 1896T>C
IVS14+1G>A 2194G>A Farmacogenetica in oncologia
22
Proposed algorhithm for DPD evaluation
in patients
Patient never treated with
fluoropyrimidines
Patient with fluoropyrimidineinduced toxicity
Screening for IVS14+1G>A
Screening for multiple
variants
If negative
If no toxicity
Treat with standard dose
If homozygous for
IVS14+1G>A
Continue treatment
If toxicity occurs
No treatment
Screen for additional polymorphisms
If hetero- or homozygous
If heterozygous
If heterozygous for IVS14+1G>A
or hetero- or homozygous for
other variants
Empirical adjustment of
dose or – if available –
5-FU test dose or measure DPD activity
Adjust therapeutic dose based on
clearance values or DPD activity
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
23
Metabolism of irinotecan
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
24
Nomenclatura delle ripetizioni TA in
UGT1A1
Figure 2. UGT1A1 gene showing the polymorphic variation in TA repeat numbers.
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
demonstrate roughly a 2-fold to 4-fold
25
Frequenze alleliche di UGT
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
26
Effetto funzionale delle varianti alleliche di
UGT1A1
M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
27
Correlazione tra genotipo UGT1A1 e tossicità
di irinotecano
Numero di granulociti neutrofili
circolanti
8000
2000
1500
1000
500
5/6 Innocenti F et al. J Clin Oncol 2004
M. Del Re
6/6 6/7 6/8 7/7
Genotipo TA
Farmacogenetica in oncologia
28
Induttori ed inibitori di UGT1A1
Substrates
acetaminophen
atazanavir
atorvastatin
bropirimine
buprenorphine
carvedilol
cerivastatin
clofibrate
cotinine
ethinylestradiol
etoposide
ezetimibe
fisetin
flavopiridol
galangin
gemfibrozil
genistein
nalorphineM. Del Re
naltrexone
Inhibitors
diclofenac
ketoconazole
probenecid
silibinin
tacrolimus
Inducers
chrysin
dexamethasone
phenobarbital
phenytoin
rifampin
ritonavir
St. John’s Wort
Farmacogenetica in oncologia
29
Metabolismo della gemcitabina
9/5/2013
M. Del Re – Farmacogenetica e tossicità
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Caso clinico
Ipertrasaminasemia AST 575 -­‐ ALT 860 Tossicità midollare Piastrinopenia: 73000/μl Anemia: 8,8 g /dl Hb Leucopenia: 1790/μl Neutropenia: 910/μl CDBCA/GEM (dose somministrata carbopla'no 340 mg, gemcitabina 1700 mg) CDA 79CC (omozigote mutato) M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
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Major limitations of current studies on
pharmacogenetics
• Insufficiently powered to detect a difference among gene>c variants • Choice of gene>c polymorphism ohen unclear • Issue of germline vs. soma>c variants not addressed • Standard clinical endpoints may not be suitable • Clinical trial design -­‐ retrospec>ve vs. prospec>ve data collec>on • Ethnic issue ohen not taken into account • Predic>vity of drug effect confused with prognos>c value M. Del Re
Farmacogenetica in oncologia
32
