Nozioni di Farmacogenetica

Nuove frontiere nella bioanalitica e laboratorio clinico
RTC – Pomezia (RM), 3 Febbraio 2015
Farmacogenetica: prospettive per lo
sviluppo clinico e
l'applicazione di nuove terapie
Cinzia Dello Russo
Istituto di Farmacologia
Università Cattolica del S. Cuore
BACKGROUND
Elevata variabilità inter-individuale nella efficacia e sicurezza delle
terapie farmacologiche
La maggior parte delle terapie risulta
efficace nel 50-60% dei pazienti
trattati
(Spear BB et al. Trends Mol Med. 2001; 7:
201-204).
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).
FATTORI che MODIFICANO la RISPOSTA ai FARMACI
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)
Ma Q and Lu AY. Pharmacogenetics, pharmacogenomics, and individualized
medicine. Pharmacol Rev. 2011; 63: 437-459.
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®)
4.4 Avvertenze speciali e precauzioni di impiego
https://farmaci.agenziafarmaco.gov.it/aifa/servlet/PdfDownloadServlet?pdfFileName=foot
er_001392_037476_RCP.pdf&retry=0&sys=m0b1l3
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.
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
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.
Comparazione tra diverse linee guida
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).
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.
FARMACOGENETICA/OMICA e
FARMADINAMICA
Mutazioni genetiche nei TUMORI
Frequenza e tipologia di mutazioni in
geni codificanti per proteine
Vogelstein B, Papadopoulos N, Velculescu VE,
Zhou S, Diaz LA Jr, Kinzler KW. Cancer
genome landscapes. Science. 2013; 339: 15461558
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.
ADENOCARCINOMA
POLMONARE
Pao W, Hutchinson KE. Chipping away at the lung cancer genome. Nat Med.
2012 Mar 6;18(3):349-51.
CRIZOTINIB
http://www.iom.edu/~/media/4E5D90BB6816419BA5BC8A3FE38E3567.ashx
CRIZOTINIB: SVILUPPO CLINICO
http://www.iom.edu/~/media/4E5D90BB6816419BA5BC8A3FE38E3567.ashx
EML4-ALK fusion protein
Altri PARTNER di
FUSIONE
(identificati più
raramente in
NSCLC):
KIF5B
TGFβ
Soda M et al., Identification of the transforming EML4-ALK fusion gene in nonsmall-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 nonsmall-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 nonsmall-cell lung cancer. Nature. 2007 Aug 2;448(7153):561-6.
PHASE II CLINICAL TRIALS
Screening di
1500 pazienti:
arruolati 82 con
ALK-1 fusion
protein
Kwak EL et al., Anaplastic lymphoma kinase inhibition in non-small-cell lung cancer.
N Engl J Med. 2010; 363: 1693-1703.
Response to ALK Inhibition
• ORR 61%
• Disease control rate at 8
weeks: 88%
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.
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.
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
Screening di
4967 pazienti:
arruolati 347 con
ALK-1
rearrangments.
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..
EGFR-TK inhibitors: Gefitinib
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
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
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
Western Australian HIV Cohort Study
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.
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
hypersensitivity to abacavir. N Engl J Med 2008; 358: 568-579
screening
for
In sintesi…
Al presente, tutte le linee guida per il trattamento
dell’infezione da HIV raccomandano lo screening dell’HLAB*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
Sangue intero
Estrazione del DNA
DNA totale
Amplificazione locus specifica del
gene HLA-B
Regione
dell’HLA-B
Campioni positivi:
NO ABC
Esone 3
Screening via QPCR per HLA-B*
57:01
Esone 2
Campioni negativi:
SI ABC
Esone 3
Esone 2
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: HLAB*57:01 detection by real-time PCR. Pharmacogenomics. 2011; 12:567-76.
Clinical Activity
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.
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