Farmacogenomica

Segni e
sintomi
Diagnosi
Terapia
Strategia empirica
Trattare tutti i pazienti con la stessa diagnosi
con lo stesso approccio farmacologico
Problemi:
• Variabilità dell’efficacia della terapia
– Imprevedibilità della risposta (buona, scarsa, assente).
– Un farmaco efficace in un paziente può non esserlo in altri.
• Tossicità
• Effetti collaterali
• Reazioni avverse
La tossicità è la quarta causa di ospedalizzazione e la quinta causa
di mortalità negli Stati Uniti.
• Gli effetti di una terapia risultano
comunque diversi nelle varie popolazioni
(geneticamente diverse)
• ogni individuo è diverso dall’altro, sulla
base di singole variazioni nucleotidiche
presenti all’interno dei nostri geni
(polimorfismi) abbastanza frequenti
perché NON PATOGENETICHE
Fattori patologici
Fattori ambientali
(malattie renali, epatiche)
(interazioni tra farmaci o altri
composti chimici)
Fattori fisiologici
Fattori genetici
(età, sesso, etnia)
(deficit genetici, polimorfismi)
Capacità di metabolizzare i farmaci
Risposta individuale alla stessa dose di farmaco
(differenze interindividuali e interetniche)
La risposta ai farmaci e la loro
tossicità è dovuta a
un complesso insieme di
diversi fattori genetici e
ambientali, interagenti fra loro!
Utilizzo di un farmaco
Pazienti con la stessa diagnosi
Non responders
Effetti collaterali
Terapia efficace
Assenza di effetti collaterali
L’INFLUENZA DI GENI E AMBIENTE
NELLA RISPOSTA AI FARMACI
DOSAGGIO
MALATTIE
CONCOMITANTI
ADERENZA
ALLA TERAPIA
PATOGENESI
E GRAVITA’
DELLA
MALATTIA
ETA’ E
FUNZIONALITA’
EPATICA
INTERAZIONI
CON ALTRI
FARMACI
GENI
DELL’ASSORBIMENTO,
DISTRIBUZIONE,
METABOLISMO, ED
ELIMINAZIONE
GENI DEL
BERSAGLIO DEL
FARMACO
ALTRI GENI
- Ambiente
RISPOSTA
AL FARMACO
- Geni
La variabilità genetica influisce dal
20 al 95% nella differenza interindividuale riscontrata dopo
l’assunzione di un farmaco
Diversa efficacia di un farmaco
Stessi sintomi
Stessa malattia
Stesse manifestazioni
Stesso farmaco
Differenze genetiche
Diversi effetti
?
Cause:
•Interazioni tra farmaci
•Caso
•Oppure……………
Alcuni Prodotti Genici Interagiscono
con i Farmaci.
• Esistono proteine che attivano o inattivano
chimicamente i farmaci.
• Altre proteine possono aumentare o
bloccare direttamente l’attività di un
farmaco.
• Esistono anche geni che controllano la
comparsa di effetti collaterali.
Variazioni nel Genoma
• ~3 milioni di differenze tra i genomi di due
differenti individui.
• Variazioni di sequenza ogni 1.000-1.500 bp
• In media 2-3 varianti per gene.
• Distribuzione non-uniforme - variabilità 10
volte maggiore nelle sequenze introniche
rispetto a quelle esoniche.
• ~ 30% delle proteine sono polimorfiche.
Manifestazioni cliniche
delle varianti geniche
• Predisposizione / resistenza.
• Differente severità / fenotipo.
• Interazione con farmaci
(farmacogenetica e farmacogenomica).
Farmacogenetica e farmacogenomica
Farmacogenetica:
come le differenze genetiche influenzano la
variabilità della risposta farmacologica di un
individuo.
Farmacogenomica:
l’identificazione di differenze genetiche utili per lo
studio di nuovi farmaci e il loro sviluppo.
Genetica o genomica?
Genetica
identificare loci/geni di suscettibilità correlati con
una malattia.
Genomica
studiare il genoma per identificare nuovi geni
associati a una malattia.
“trovare la giusta malattia per un dato gene”
In pratica, entrambi i termini sono usati in modo
intercambiabile
Genetica
Genomica
Farmaco
Genotipo
Genotipo
Comparare i differenti genotipi
nei diversi fenotipi
Comparare i differenti fenotipi
nei diversi genotipi
Terminologia
Mutazione
qualsiasi cambiamento nella sequenza del
genoma
Allele
forme alternative (varianti) di un gene
Polimorfismo mutazione comune/allele (frequenza>1%)
Genotipo
assetto genetico, gli alleli, di un particolare
gene (es. ApoE ε3/ε4)
Fenotipo
espressione osservabile di un genotipo,
clinica, molecolare o biochimica (es. AB0)
Tipi di mutazioni
• SNPs (single nucleotide polymorphisms)
– mutazioni dei siti di regolazione: modulano la
trascrizione
– mutazioni dello splicing del RNA : modulano la struttura
finale del mRNA
– mutazioni nonsense: stop prematuro della traduzione
– mutazioni missense: cambio di un amino acido
– mutazioni frameshift : alterano la cornice di lettura del
RNA
• delezioni, inserzioni, riarrangiamenti genici
• espansione di triplette ripetute
Fattori che influenzano la
risposta ai farmaci
Differenze genetiche
tra pazienti
Compliance
Diagnosi
Risposta del
paziente al farmaco
Interazioni
con altri
farmaci
Dose
Bersagli?
Differenze genetiche nel metabolismo o nell’azione
del farmaco
• polimorfismi genetici nella farmacocinetica o
farmacodinamica:
– enzimi
– trasportatori
• polimorfismi genetici nella molecola bersaglio
dell’azione farmacologica:
– recettori
– enzimi
Effetto di un polimorfismo su un farmaco
100
norm/norm
Concentrazione
30
100
norm/mut
65
100
mut/mut
99
0
tempo
24ore
Aumento in circolo
della concentrazione
del farmaco negli
eterozigoti e omozigoti
Effetto genetico sull’azione di un farmaco
Metabolismo
“Farmacocinetica”
+
Sensibilità
“farmacodinamica”
Eterogeneità geneticamente regolata
degli effetti di un farmaco
FARMACOGENETICA
SCOPO FINALE
Test veloci e semplici per individuare per ogni
soggetto le varianti dei geni coinvolti nel
metabolismo del farmaco da somministrare
• L’obiettivo finale è PREDIRE l’efficacia e la
tollerabilità di un certo farmaco in un
singolo individuo
UN TEST FARMACOGENETICO PER
DECIDERE SE SOMMINISTRARE UN CERTO
FARMACO AD UN CERTO PAZIENTE
Diagnosi di
probabile risposta
al farmaco
Terapia personalizzata per risolvere
un problema medico e sociale
I Pazienti sono diversi
I Farmaci sono molti, ma non
correlabili al paziente
adatto
30% dei pazienti
non trae alcun
beneficio da un
farmaco
somministrato
gli effetti
collaterali anche
gravi sono numerosi
differenziare la prescrizione
“il farmaco giusto al paziente giusto”
Questa variabilità è dovuta a differenze individuali
(sia in termini di efficacia, che di tollerabilità) :
•assorbimento,
•legame
•metabolismo,
•distribuzione,
•eliminazione
dei farmaci tra diversi individui.
Tali differenze sono mediate da un largo numero
di recettori, enzimi e proteine diverse prodotti dai
relativi geni.
• geni che controllano METABOLISMO,
TRASPORTO ALL’INTERNO e
ESCREZIONE del farmaco
• DISTRIBUZIONE di questi alleli
diversi
• diversa frequenza degli alleli in ogni
popolazione
Molti di questi geni sono polimorfici
nella popolazione ed alcune varianti genetiche
producono proteine con diversi livelli di affinità,
attività metabolica o altre attività che determinano
l’efficacia e/o la tossicità di un certo farmaco
Applicazioni e prospettive:
(sintetizzando )
Predire la dose appropriata e/o il farmaco
appropriato per ciascun individuo, riducendo:
• il rischio di effetti collaterali
• il rischio di mancanza di effetto.
PROCESSO DI SCOPERTA & SVILUPPO
DI UN NUOVO FARMACO
RICERCA
I
D
E
A
IDENTIFICAZIONE
DEL TARGET
Identificare
il bersaglio
biologico
e la molecola
C
O
M
P
O
S
T
O
SVILUPPO
SCOPERTA
Stabilire le
potenzialità
terapeutiche
SVILUPPO
MERCATO
Costruire
il prodotto
~ 6-12 ANNI
~ 150 mld
1 Composto su ~ 7500
~97%dei composti candidati allo sviluppo cade
M
E
R
C
A
T
O
Trials clinici e farmacogenetica
Ricerca
Situazione Attuale
Fase I: studi di
tollerabilità
Fase II: valutazione
di Attività ed Efficacia
del Farmaco
Fase III: valutazione
allargata di efficacia
e tollerabilità
Su 20-30 volontari
Su 100-400 pazienti
Su 1.000-3.000 pazienti
Proposta di Allen Roses
Potrebbe già includere
qualche valutazione preliminare
di genetica
Su 500-1000 pazienti identificaz.
dei profili di SNPs di efficacia e tollerab.
Più piccola, meno costosa e più rapida da
condurre solo sui pazienti che rispondono
al farmaco, identificati in fase II
Richiesta di autorizzazione
Richiesta di autorizzazione all’immiss. in
all’immissione in commercio
in commercio per chi risponde al farmaco
senza effetti collaterali comuni
Fase IV: nuove indicazioni,
nuove presentazioni
e farmacovigilanza
Segnalazione spontanea
eventi avversi
Farmacogenetica applicata alla
FarmacovigilanzaÆ predizione eventi
avversi rari
ALLEN ROSES
• sviluppare un profilo genetico di risposta
ai farmaci
• Correlazione tra SNPs e predittività
dell’efficacia e/o della tollerabilità di un
farmaco
TEST FARMACOGENETICI
finalizzati a determinare un’associazione tra una
caratteristica genetica (polimorfismo) e la risposta
individuale a una determinata molecola (farmaco) in
termini di efficacia e di rischio
• GENI COINVOLTI NEL METABOLISMO DI UN FARMACO
• GENI CHE CODIFICANO PER RECETTORI DEI FARMACI
• GENI CHE CODIFICANO PER PROTEINE-BERSAGLIO DEI
FARMACI
Differenze genetiche nel metabolismo
o nell’azione del farmaco.
Lista in rapida espansione:
• > 25 enzimi che metabolizzano un farmaco,
• > 7 molecole che trasportano un farmaco,
• > 25 molecole bersaglio dell’azione di un
farmaco.
Polimorfismi genici che modulano l’azione farmacologica
Enzima
CYP2D6
Farmaco metabolizzato
antidepressivi, antipsicotici, oppioidi
analgesici, beta-bloccanti, etc.
Polimorfismi associati a: discinesia tardiva, efficacia e
dipendenza (oppioidi), effetti collaterali dei narcotici.
CYP2C9
warfarin, fenitoina, FANS
Polimorfismi associati a: anticoagulanti orali.
Alcohol deidrogenasi
etanolo
Polimorfismo associato con l’aumentato consumo e con la
dipendenza dall’assunzione di alcool.
Esempi di modulazione genica dell’effetto
farmacologico:
Assorbimento: Aldeide Deidrogenasi, Citocromo P450 3A5, Multidrug
Resistance Transporter (MRP)
Azione: recettore dell’Angiotensina II, recettore D4 della Dopamina,
recettore
5HT4 della serotonina
Catabolismo: Citocromi (P450 2A6, P450 2C9, P450 2C19, P450 2D6,
P450
3A5, P450 3A4),
Diidropiridina Deidrogenasi (DPD),
UDP- Glucuronil Transferasi 1A1 (UGT 1A1),
Glutatione - S - Transferasi (GST),
Tiopurina metil transferasi (TPMT),
Flavin Mono- Ossigenasi 3 (FMO- 3)
Glucosio-6-fosfato deidrogenasi
10% dei Neri Americani possiedono un allele
dell’enzima Glucosio-6-fosfato deidrogenasi
che provoca la comparsa di anemia emolitica
in caso di assunzione di un farmaco antimalarico (primaquina).
Tossicità da succinilcolina
0.04% delle persone sono omozigoti per
alleli della pseudocolinesterasi incapaci
di inattivare la succinilcolina, farmaco
miorelassante, con conseguente paralisi
respiratoria.
N-acetiltransferasi
Esistono numerosi alleli del gene della N-acetiltransferasi
(NAT2) che comportano una ridotta (o aumentata)
capacità di inattivazione della isoniazide, procainamide,
idralazina, caffeina.
• 50% Caucasici
• 50% Africani
• 20% Egiziani
• 15% Cinesi
• 10% Giapponesi
Nei soggetti con ridotta attività:
– più alti sono i livelli di isoniazide, maggiore è il rischio di neuropatia,
– incidenza più elevata di lupus erythematosus in caso di assunzione
idralazina,
– più rapida comparsa di ANA in caso di assunzione di procainamide.
Citocromo P450 CYP2D6
• Assente nel 7% dei Caucasici.
• Iperattivo nel 30% dei Neri dell’Africa orientale.
• Catalizza il metabolismo di:
– propafenone
– codeina
– beta-bloccanti
– antidepressivi triciclici
• Oltre 40 alleli: 24 senza attività, 6 con ridotta
attività.
Diidropiridina Deidrogenasi (DPD),
• Assente in ~ 3% dei Caucasici.
• Responsabile del metabolismo di 80- 90%
del 5- fluorouracile, 10 - 20% avviene nel
rene.
• Pazienti con ridotta attività trattati con dosi
convenzionali di 5- FU hanno diarrea,
stomatiti, mucosite, mielosoppressione and
neurotossicità.
Tiopurina metil transferasi (TPMT),
• Catalizza il metabolismo di: azatioprina, mercaptopurina,
tioguanina.
• Enzima codificato da un gene polimorfico.
• Tossicità determinata dal genotipo della TPMT.
Omozigoti mutanti sono circa lo 0.2% dei Caucasici
Eterozigoti sono ~ 10%
Omozigoti normali sono il 90%
Tiopurina metil transferasi (TPMT),
TPMT*2 (ÈÈattività) G238C (Ala->Pro)
TPMT*3C (ÈÈattività) A719G (Tyr->Cys)
TPMT*3A (ÈÈattività) G460A (Ala -> Thr) A719G (Tyr -> Cys)
% Alleli Mutati
Neri USA Neri Asiatici Caucasici
TPMT*2
9%
ND
ND
5-9%
TPMT*3A
17%
0%
0%
81-89%
TPMT*3C
52%
~100% ~100%
5-11%
Polimorfismi e schizofrenia
30% dei pazienti schizofrenici non respondono alla terapia
con antipsicotici.
In un ridotto numero di pazienti, la Clozapina
(antipsicotico atipico) può causare agranulocitosi fatale
Obiettivi della terapia farmacologica con polimorfismi noti che
contribuiscono alla tossicità nella schizofrenia
1. CPY2D6
Alleli con ridotta attività inducono:
•
aumentate concentrazioni plasmatiche del farmaco
•
maggiore incidenza di effetti collaterali (sedazione,
ipotensione posturale discinesie tardive).
Polimorfismi e schizofrenia
2. Recettore D3 dopaminergico
Il genotipo Ser9/Ser9 determina la risposta alla clozapina
Ser9Gly può essere responsabile dello sviluppo della discinesia
tardiva.
3. Recettori della Serotonina (5-HT)
5-HT2A & 5-HT2C
2 alleli differenti associati con la mancata risposta
alla clozapina.
Six polymorphisms in neurotransmitter receptor genes (5-HT2A, 5-HT2C
and H2 receptors) predictive of clozapine response (Arranz et al., Lancet
355 (2000) 1615-1616).
Polimorfismi importanti per la
farmacogenetica/farmacogenomica?
Nessuna
esposizione
Genotipo
resistente
Rischio
assente
Genotipo
sensibile
Esposizione
Genotipo
resistente
Livello di
rischio minimo
Genotipo
sensibile
Livello di rischio
aumentato
Problemi con la farmacogenetica
Poche differenze nell’azione di un farmaco sono
causate da mutazioni in un singolo gene.
La maggior parte delle varianti geniche non ha
un corrispettivo funzionale.
Le associazioni tra gene e malattia possono non
interessare la terapia farmacologica.
Problemi con la farmacogenomica
Gli approcci spesso presumono l’esistenza di un
nesso causale tra variante genica e malattia.
Mutazioni apparentemente silenti possono essere
importanti anche se il meccanismo è sconosciuto.
Incapacità a trovare un’interazione tra variante
genica e principio farmacologico o a immettere in
commercio un farmaco.
Cambiamenti nella farmacocinetica di una molecola
non sempre ne inducono un corrispondente
cambiamento nella farmacodinamica.
Caratteristiche ideali di un test di
farmacogenetica/farmacogenomica:
• Specifico
• Sensibile
• Semplice
• Basso costo
• Facile
• Non invasivo
• Ruolo popolazione-dipendente
Scopo: impiegare il profilo genetico di un
paziente per prescrivere farmaci più
efficaci ed evitare reazioni avverse.
Problemi etici:
• definire/quantificare il rapporto rischio/beneficio,
• minimizzare il rischio,
• evitare la discriminazione genetica,
• evitare la segregazione sociale,
• permettere l’accesso a tutti,
• permettere la scelta autonoma del paziente.
Altri problemi
Gli attuali esempi di farmacogenetica riguardano farmaci
regolati in maniera “monogenica”.
Analogamente a quanto avviene per le malattie genticamente
trasmesse, esistono numerose prove che dimostrano che
l’azione di una serie di farmaci è controllata da un insieme di
molecole proteiche.
Più varianti geniche, perciò, è presumibile che possano
interagire nel determinare la risposta farmacologica.
Futuro
Farmacogenomica?
Futuro
Le conoscenze sul genoma umano faciliteranno
l’impiego di farmaci adatti a ciascun gruppo di
individui.
La
personalizzazione
della
prescrizione
farmacologica eliminerà gli effetti collaterali,
soprattutto quelli particolarmente dannosi.
La conoscenza di come l’azione farmacologica sia
geneticamente modulata permetterà:
• migliorare l’efficacia dei farmaci,
• sommministrare subito il farmaco adatto,
• ridurre i costi.
15 GENNAIO 2001
Presente
Strategia empirica
Trattare tutti i pazienti con la stessa diagnosi
con lo stesso approccio farmacologico.
Futuro
Sintomi
Strategia personalizzata
Diagnosi
Test genetico
Assenza di risposta
Tossicità
Risposta favorevole
Terapia alternativa
Terapia convenzionale