Corso integrato di Genetica e Biologia Molecolare
GENETICA
a.a.2015-2016
Pier Franco Pignatti
24.11.2015
Lezioni N. 39-40
Farmacogenetica
(Neri-Genuardi cap. 33)
Efficacia, tossicità, terapie personalizzate
Farmacogenetica e Farmacogenomica
Farmacogenomica (PGx): lo studio di varianti del
DNA e dell’RNA correlate alla risposta ai farmaci
Farmacogenetica (PGt): lo studio di varianti nella
sequenza del DNA correlate alla risposta ai farmaci.
La farmacogenetica è intesa come parte della
farmacogenomica
http://www.ema.europa.eu/docs/en_GB/document_libra
ry/Scientific_guideline/2009/09/WC500002880.pdf
Efficacia dei farmaci
Blu: farmaco efficace
Rosso: farmaco inefficace
Per i dieci farmaci più usati negli USA l’efficacia varia dal 4% al 25%
Schork NJ 2015
Tossicità dei farmaci
Aumento 2.6x degli eventi avversi gravi riportati a FDA dal
1998 al 2005. L’aumento è 4x più rapido dell’aumento del
numero di prescrizioni. Conclusione: sono necessari metodi
migliori per controllare il rischio da farmaci
Moore TJ et al. 2007
Test farmacogenetici per terapie personalizzate
Marsh S, McLeod HL 2006
Possibili cause della variabilità degli effetti dei farmaci
Patogenesi e gravità della malattia
Età, sesso, dieta, stile di vita, stato nutrizionale,
funzioni renale ed epatica, microflora intestinale,
malattie concomitanti
Interazioni fra farmaci e con il cibo
Aderenza al trattamento
Differenze ereditarie nei «farmacogeni»
Il destino di un farmaco nell’organismo
Ingelman-Sundberg M 2001
Azione dei farmaci
Farmacocinetica
Assorbimento
Distribuzione
Metabolismo
Eliminazione
Farmacocinetica:
cosa fa un organismo
a un farmaco
Farmacodinamica
Interazione con il bersaglio
Fattori regolativi
Effetto terapeutico
Farmacodinamica:
cosa fa un farmaco a
un organismo
Enzimi del metabolismo dei farmaci
Fase I: Modificazione
di gruppi funzionali
Fase II: Coniugazione
WE Evans e MV Relling, Science 1999
Il livello di un farmaco nell’organismo
L’intervallo terapeutico di un farmaco è compreso fra la
quantità minima efficace e la quantità minima tossica
Vogel F e AG Motulsky, Genetica umana, McGraw-Hill II ed. 1988
1
Reazione avversa ad analoghi delle purine
Effetto tossico: aplasia midollare da difetto di catabolismo di
immunosoppressivo azatioprina o antitumorali tioguanina e
mercaptopurina dovuto al deficit di tiopurina S-metiltrasferasi (TPMT)
Marshall E, Science 2003
Alleli TPMT nei caucasoidi
L’allele TPMT*3A ha due mutazioni missenso in forte
Linkage Disequilibrium, attività enzimatica assente, ed è
il principale responsabile della distribuzione trimodale
Weinshilbaum R, NEJM 2009
2
Reazione avversa all’isoniazide
Monoacetylhydrazine:
toxic reactive metabolite
Effetto tossico: neuropatia periferica da terapia
antitubercolare con isonazide negli acetilatori lenti
da deficit di N-acetiltrasferasi 2 (NAT2)
Strachan T et al, Genetics and Genomics and Medicine,Garland Science, 2015
3
Reazione avversa a Irinotecan
Irinotecan (Camptosar) in Ca metastatico del colon-retto
Gli omozigoti per l’allele ad attività ridotta dell’ UDPglucuronosil-trasferasi isoforma 1A1 (UGT1A1*28:
inserzione di un dinucleotide TA nel promotore) hanno
rischio aumentato di neutropenia e diarrea grave dopo
inizio del trattamento
Si dovrebbe considerare una dose iniziale ridotta per questi
pazienti
(Gli eterozigoti hanno un rischio variabile)
http://www.fda.gov/Drugs/ScienceResearch/ResearchAreas/
Pharmacogenetics/ucm083378.htm
4
I citocromi P450 (CYP)
Sistema enzimatico epatico P450
Nell’uomo ci sono circa 60 citocromi appartenenti a 18
famiglie. Sono coinvolti nel metabolismo di diverse
sostanze endogene ed esogene (xenobiotici)
L’ossidazione è la più importante via del metabolismo
dei farmaci.
Database varianti: http://www.cypalleles.ki.se/
P450CYP2D6
La lista dei substrati include circa il 25% dei farmaci più
comunemente usati: tutti gli antidepressivi triciclici,
parecchi antipsicotici, alcuni inibitori del reuptake della
serotonina, beta bloccanti, antiaritmici, oppioidi, altre
sostanze come l’ecstasy, tamoxifene, ecc.
Circa il 6-7% della popolazione bianca è costituito da deboli
metabolizzatori che possono sviluppare concentrazioni
plasmatiche tossiche in seguito a una dose standard del
farmaco
Chip di DNA per CYP2D6 e CYP2C19
Science 302:589, 2003
Diversità globale di CYP2D6
UM: metabolizzatori ultrarapidi con copie multiple
del gene; EM: metabolizzatori estesi; IM:
metabolizzatori intermedi; PM: deboli metabolizzatori
Sistonen J et al 2007
Un caso clinico di depressione
Donna 42 anni, affetta da depressione, trattata con 100
mg/die nortriptilina
Sviluppa livelli sierici tossici del farmaco con gravi
reazioni avverse: difficoltà accomodazione, ritenzione
urinaria, grave costipazione, intervallo PQ allungato e
allargamento QRS
Farmaco sospeso
Test sparteina dimostra che è debole metabolizzatrice
(soggetto PM)
Trattamento ripreso con dosaggio ridotto a 25 mg/die:
scomparsa della depressione e assenza di effetti
collaterali
Da: “Focus” Bollettino di farmacovigilanza 2000
Effetti tossici della codeina
I soggetti UM convertono più rapidamente l’antidolorifico codeina nel
metabolita attivo, la morfina: i livelli sierici di morfina sono elevati.
Anche con dosaggio normale possono mostrare sintomi di iperdosaggio,
come sonnolenza estrema, confusione mentale, respiro superficiale.
«Nel prescrivere la codeina bisognerebbe perciò scegliere la dose più bassa
per il periodo più breve e informare i pazienti sui rischi ed i segni della
overdose di morfina».
La Codeina ha segnalazione di massima allerta farmacogenomica
dell’FDA: il «boxed warning».
Nel sito sotto indicato sono elencati 7 boxed warnings su un totale di circa
150 farmaci approvati con l’obbligo di riportare indicazioni
farmacogenomiche in etichetta (Last Updated: 05/20/2015)
http://www.fda.gov/Drugs/ScienceResearch/ResearchAreas/
Pharmacogenetics/ucm083378:htm
Antitrombotici
Antipiastrinici : clopidogrel
Anticoagulanti: coumadin
Sono i primi farmaci disegnati per inibire rispettivamente la aggregazione
piastrinica o i fattori di coagulazione. Riducono il rischio di eventi trombotici
ma aumentano il rischio di sanguinamento. Sono fra i farmaci più prescritti al
mondo per la prevenzione ed il trattamento delle malattie cardiovascolari.
Ci sono alcuni limiti farmacologici dei due farmaci dovuti alla variabilità nella
risposta al farmaco da parte dei pazienti in parte dovuti al metabolismo, ad
interazioni (con farmaci, ambiente, geni), ai bersagli.
Sono in corso di sviluppo nuovi farmaci con inizio più rapido degli effetti,
meno interazioni e minore variabilità della risposta antitrombotica in pazienti
diversi
Mega J L e T Simon, Lancet 18.7. 2015
5
Clopidogrel
Il Clopidogrel (Plavix) è un antiaggregante piastrinico. In
combinazione con l’Aspirina è il trattamento di scelta per la
prevenzione della trombosi dello stent in pazienti
sottoposti a interventi coronarici percutanei (PCI) per
sindrome coronarica acuta (ACS).
L’effetto del trattamento non è però uniforme in tutti i pazienti.
Si stima che circa ¼ degli individui mostrino una risposta
subterapeutica, dovuta in parte ai geni che governano
l’assorbimento ed il metabolismo del farmaco
Angioplastica coronarica
Occlusione
Stent
Stent in situ
Per gentile concessione di DJ Angiolillo
Farmacogenetica del Clopidogrel
CYP2C19
Marìn F et al 2009
Clopidogrel e test CYP2C19
2009: FDA aggiunge informazione sui deboli
metabolizzatori (20-30% nei bianchi, 35-45% in
neri e 50-65% in orientali)
2010: FDA aggiunge “Boxed Warning”. Una metaanalisi conferma un rischio aumentato, e
l’American College of Cardiology approva il test
genetico. Un editoriale ricorda che le varianti con
funzione ridotta rappresentano solo parte del
problema terapeutico totale
Wang, McLeod, Weinshilboum, NEJM March 2011
Rischi in portatori di 1 o 2 alleli CYP2C19 con
funzione ridotta
Morte cardiaca, IM, ictus
Trombosi dello stent
HR: 1,57
Mega JL et al, JAMA Oct 2010
HR: 2,81
Prevenzione della trombosi dello stent
coronarico
Nella terapia antipiastrinica bisogna bilanciare i benefici
cardiovascolari con i rischi di sanguinamento
I recenti progressi nella farmacogenetica delle
tienopirimidine (Clopidogrel, Ticlopidina, Prasugrel)
aprono la prospettiva realistica di una scelta
personalizzata dell’agente antipiastrinico più adatto.
2 inibitori di P2Y12 di terza generazione (prasugrel e
ticagrelor) sono superiori al clopidogrel nel ridurre il
rischio ischemico e non sono sensibili alla presenza di
alleli ipofunzionanti di CYP2C19.
Patrono C e B Rocca 2010; Sabatine MS e JL Mega 2014
6
Coumadin
Il Coumadin (Warfarin) è un anticoagulante orale molto usato (33 milioni di
prescrizioni negli USA nel 2011) per prevenire ictus, trombosi ed embolia.
Il dosaggio deve essere personalizzato: alcune persone possono avere un
eccessivo aumento del rischio di emorragia con le dosi normali.
E’ fra le prime 10 cause più comuni di eventi avversi relati ai farmaci, che
vanno dal sanguinamento occulto fino alla morte
Hernandez W et al. 2013
Meccanismo d’azione del Coumadin
Il Coumadin inibisce l’enzima VKORC1, limitando così
l’apporto di Vitamina K, che è un cofattore essenziale per
l’attivazione di alcuni fattori della coagulazione (II,VII,IX,X)
Strachan e Read, Genetica Molecolare Umana, Zanichelli 2012
Farmacogenetica del Coumadin
Polimorfismi ipofunzionali dei due geni VKORC1 (Vitamin
K epoxide reductase subunit 1, enzima bersaglio del
farmaco che attiva alcuni fattori della coagulazione) e
CYP2C9 (che catabolizza il farmaco) sono responsabili
di circa il 30% e il 18% rispettivamente della variabilità
interindividuale del dosaggio necessario.
Il test di CYP2C9 e VKORC1 migliora la determinazione del
dosaggio in pazienti che richiedono alto o basso dosaggio
The International Warfarin Pharmacogenetics Consortium 2009
Dosaggio su base farmacogenetica
“Using pharmacogenetics in real time to guide
Warfarin initiation” (Carlquist JF e JL Anderson 2011)
Gruppi funzionali di risposta al farmaco su base
genomica
La tabella riporta la suddivisione dei pazienti nelle 3 categorie FDA per la risposta
alla warfarina: normale, sensibile, altamente sensibile, la dose finale di warfarina
somministrata, e la proporzione di pazienti per ogni categoria nei gruppi genotipici
Mega J L et al, Lancet 6.6. 2015
Rischio di sanguinamento nei diversi gruppi
genotipici
La genotipizzazione identifica i pazienti con aumentato rischio di sanguinamento
nei primi 90 giorni di trattamento con la warfarina e che avrebbero un maggiore
beneficio di sicurezza iniziale se trattati con edoxaban rispetto alla warfarina
Mega J L et al, Lancet 6.6. 2015
7
Antivirali: il caso dell’abacavir
Abacavir is a nucleoside analogue reverse transcriptase inhibitor (NRTI)
indicated for the treatment of human immunodeficiency virus (HIV) infection
as part of a multidrug, highly active antiretroviral therapy (HAART) regimen.
Despite its efficacy in treating HIV, approximately 5% of individuals that
receive abacavir develop an immune-mediated hypersensitivity reaction (HSR)
that warrants immediate discontinuation of abacavir and switching to an
alternative antiretroviral regimen. Abacavir HSR is associated with individuals
that carry the *57:01 variant in the human leukocyte antigen B (HLA-B) gene.
There is a large volume of evidence to show that those who carry HLAB*57:01 are at significantly increased risk of developing HSR and should not
receive abacavir. Using pharmacogenetic screening to ensure individuals who
carry y HLA-B*57:01 do not receive abacavir can reduce the incidence of
abacavir HSR and is now considered the standard of care before prescribing
abacavir. Genetic testing for abacavir HSR is currently one of the best
examples of integrating pharmacogenetic testing into clinical practice. FDA
boxed warning.
Martin MA e DL Kroetz 2013
Il legame di Abacavir a HLA-B*57:01
Abacavir (in rosso) si lega nella tasca F di HLA-B*57:01 dove si legherebbero
normalmente i residui terminali dei peptidi, alterando il repertorio di legame
Martin MA e DL Kroetz 2013
8
Antitumorali: gli anti-recettori TK
Inibitori
competitivi:
trastuzumab
cetuximab
Inibitori TK:
imatinib
gefitinib
Recettori Tirosina Chinasi: HER2/neu, EGFR, c-kit
Ciardiello F e G Tortora 2008
Diagnostica di accompagnamento nella terapia
personalizzata dei tumori
con farmaci a bersaglio molecolare
HER2/neu iperespresso in Ca mammario:
Herceptin (trastuzumab)
EGFR espresso in Ca colorettale KRASneg :
Erbitux (cetuximab) o in Ca polmone non a
piccole cellule (NSCLC): Iressa (gefitinib)
c-kit espresso in Ca gastrointestinale stromale
(GIST): Gleevec (imatinib mesilato)
Hamburg MA e FS Collins The path to personalized medicine NEJM 2010
Stratificazione genetica della farmacoterapia del
Ca mammario
MammaPrint: il primo test di profilo di
espressione approvato da FDA (70 geni)
Farmacogenetica dei tumori
A) FG somatica: il genoma del tumore gioca un ruolo critico nella risposta al
Gefitinib. Il gene EGFR del tumore con mutazioni attivanti nel dominio chinasico
aumenta la sensibilità al Gefitinib. B) FG germinale: il genoma individuale
determina la frequenza di effetti tossici associati all'Irinotecan (diarrea e
immunosoppressione). Il gene UGT1A1 con mutazione inattivante nella linea
germinale diminuisce il metabolismo del farmaco
Wang L et al 2011
9
Farmacogenetica in malattie mendeliane: un
composto anti terminazione prematura
Il Comitato per i Medicinali per Uso Umano (CHMP) dell’Agenzia
Europea del Farmaco (EMA) ha approvato (25.5.2014) il farmaco
Atarulen per il trattamento di alcuni pazienti CF e DMD con
mutazione di terminazione prematura
10
Targeted therapies to improve CFTR function
in cystic fibrosis
Brodlie M et al 2015
La FDA americana approva Orkambi
9 luglio 2015
L’agenzia statunitense per gli alimenti e i farmaci (FDA) ha approvato l’uso
di Orkambi, un preparato farmaceutico che associa due farmaci: Lumacaftor,
che favorisce la maturazione della proteina CFTR-DF508 portandola alla sua
sede di azione, la membrana cellulare, e Ivacaftor (Kalydeco), che potenzia
tale proteina una volta arrivata in tale sede. L’uso di Orkambi negli USA è
riservato a malati FC omozigoti per la mutazione DF508 di età eguale o
superiore a 12 anni.
Orkambi è stato sottoposto da tempo anche all’Agenzia Europea per i
Medicinali (EMA), che prenderà una decisione verso la fine del 2015. Nel
caso di approvazione da parte dell’EMA, toccherà all’Agenzia Italiana per i
Farmaci (AIFA) prendere una decisione in merito, tenendo conto che tale
agenzia dovrà fare i conti con il bilancio del Servizio Sanitario Nazionale per
l’erogazione della combinazione a carico dello Stato.
Informazioni su biomarcatori genomici
in farmaci approvati da FDA
I marcatori polimorfici P450 CYP2C9, CYP2C19 e CYP2D6
assieme rappresentano il 62% dei biomarcatori approvati
Ingelman-Sundberg M e SC Sim, 2010
FDA Sends DNA4Life Untitled Letter Regarding
Pharmacogenetic Report Product
Nov 09, 2015 (GenomeWeb) – The US Food and Drug Administration has
issued an untitled letter to direct-to-consumer genetic testing firm DNA4Life
requesting additional information on the company's recently launched
Pharmacogenetic Report product.
DNA4Life's product, the FDA asserted in its letter issued last week, is
marketed directly to patients as a means to predict how they will respond to
more than 120 of the most commonly prescribed medications.
Mandeville, Florida-based DNA4Life introduced Pharmacogenetic Report last
month. The company said that the test assesses the 12 most common genes
affecting drug metabolism and response in a patient. This information is then
compared with more than 120 of the most commonly prescribed medications
across all major therapeutic classes.
Ordering of the test is "physician-integrated," as patients are required to share
their results with physicians, the company said. The assay costs approximately
$249, the company added.
The Value of Routine Pharmacogenomic
Screening - Are We There Yet?
While there are several examples where pharmacogenomic testing appears to
provide clinical and economic value, use of pharmacogenomics as a tool to
improve drug therapy through routine screening of unselected patients is
currently tentative.
An informal evaluation of the clinical benefits and economic costs of
pharmacogenomic screening suggests that improving the evidence base,
addressing uncertainty, and improving implementation can lead to practical
and cost effective pharmacogenomic screening programs.
Veenstra DL, Clin Pharmacol Ther. 2015 Nov 13. [Epub ahead of print]
