FARMACOGENÓMICA FARMACOGENÓMICA DEL METABOLISMO DEL METABOLISMO DE FÁRMACOS Y SUS DE FÁRMACOS Y SUS IMPLICACIONES IMPLICACIONES CLÍNICASCLÍNICAS

María Espinosa BoschMaría Espinosa Bosch

S. Farmacia. FIR-1S. Farmacia. FIR-1

H.U.Virgen del RocíoH.U.Virgen del Rocío

23 de Marzo de 200623 de Marzo de 2006

ÍNDICE DE CONTENIDOSÍNDICE DE CONTENIDOS

1.1. IntroducciónIntroducción

2.2. Investigación farmacogenéticaInvestigación farmacogenética

3.3. Métodos de análisisMétodos de análisis

4.4. Consecuencias clínicasConsecuencias clínicas CYP 2D6CYP 2D6

5.5. ConclusionesConclusiones

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

El genoma humanoEl genoma humano

DefinicionesDefiniciones

Genotipo y fenotipoGenotipo y fenotipo

MetabolismoMetabolismo

EL GENOMA HUMANOEL GENOMA HUMANO99,9% idéntico entre los individuos99,9% idéntico entre los individuos

diferencia del 0,1% compuesta por más de 2M diferencia del 0,1% compuesta por más de 2M de variaciones denominadas de variaciones denominadas polimorfismospolimorfismos

afectan a > 1% de la poblaciónafectan a > 1% de la población

La mayoría son La mayoría son SNP`sSNP`s (Single nucleotide polymorfism)(Single nucleotide polymorfism)

cambios puntuales en nucleótidoscambios puntuales en nucleótidos

Resto de variaciones: inserciones, deleciones, repeticiones Resto de variaciones: inserciones, deleciones, repeticiones tándem (minisatélites) o microsatélitestándem (minisatélites) o microsatélites

Enorme relevancia Enorme relevancia responsables, entre otros, de la responsables, entre otros, de la respuesta concreta de un paciente a un tratamiento o la respuesta concreta de un paciente a un tratamiento o la aparición de una enfermedadaparición de una enfermedad

DEFINICIONESDEFINICIONES

FarmacocogenéticaFarmacocogenética: : estudia la influencia de los factores genéticos sobre la estudia la influencia de los factores genéticos sobre la actividad de los fármacos, identificando qué actividad de los fármacos, identificando qué sustancias son activas y en qué pacientessustancias son activas y en qué pacientes

FarmacogenómicaFarmacogenómica:: término más amplio que se refiere a la aplicación de término más amplio que se refiere a la aplicación de las tecnologías genómicas al descubrimiento y las tecnologías genómicas al descubrimiento y desarrollo de fármacosdesarrollo de fármacos

En la práctica se confunden y utilizan En la práctica se confunden y utilizan indistintamenteindistintamente

GENOTIPO Y FENOTIPOGENOTIPO Y FENOTIPODiferencias o mutaciones en la dotación genética Diferencias o mutaciones en la dotación genética

modificaciones en las enzimas que codifican modificaciones en las enzimas que codifican actividad enzimática alteradaactividad enzimática alterada

El genotipo determina el fenotipoEl genotipo determina el fenotipo

Se han descrito tres fenotipos diferentes en relación al Se han descrito tres fenotipos diferentes en relación al metabolismo de los fármacos:metabolismo de los fármacos:

– Metabolizadores extensivosMetabolizadores extensivos (EM), que representan la población (EM), que representan la población ‘normal’‘normal’

– Metabolizadores lentosMetabolizadores lentos (PM), que muestran poca o nula (PM), que muestran poca o nula capacidad de metabolización de un fármacocapacidad de metabolización de un fármaco

– Metabolizadores ultraextensivosMetabolizadores ultraextensivos (UM), que metabolizan un (UM), que metabolizan un fármaco mucho más rápido que la población ‘normal’fármaco mucho más rápido que la población ‘normal’

METABOLISMO (I)METABOLISMO (I)El fenotipo es una característica observada como lo es el El fenotipo es una característica observada como lo es el aclaramiento del fármaco o la tasa de metabolismoaclaramiento del fármaco o la tasa de metabolismo

La mayor parte de xenobióticos sufren modificaciones La mayor parte de xenobióticos sufren modificaciones químicas antes de ser eliminadosquímicas antes de ser eliminados

f(x): aumenta hidrofilia f(x): aumenta hidrofilia facilita eliminación facilita eliminación

Clasificación:Clasificación:– Reacciones de fase I: funcionalización Reacciones de fase I: funcionalización

(hidrólisis, reducción, oxidación)(hidrólisis, reducción, oxidación)

– Reacciones de fase II: conjugación con pequeñas moléculas Reacciones de fase II: conjugación con pequeñas moléculas endógenasendógenas

Variación genética de enzimas metabolizadoras pueden Variación genética de enzimas metabolizadoras pueden asociarse con consecuencias clínicas significativasasociarse con consecuencias clínicas significativas

METABOLISMO (II)METABOLISMO (II)Las enzimas de fase I contribuyen de manera Las enzimas de fase I contribuyen de manera significativa a la variabilidad interindividualsignificativa a la variabilidad interindividual

Citocromo P450Citocromo P450– Superfamilia de enzimas con complejo heme-monóxido de Superfamilia de enzimas con complejo heme-monóxido de

carbono cuyo espectro de absorción tiene un max cercano carbono cuyo espectro de absorción tiene un max cercano a 450 nma 450 nm22

– Es uno de los sistemas enzimáticos metabolizadores de Es uno de los sistemas enzimáticos metabolizadores de fármacos más importante en el ser humanofármacos más importante en el ser humano

Múltiples factores regulan la actividad de las Múltiples factores regulan la actividad de las enzimas CYP:enzimas CYP:

polimorfismos genéticospolimorfismos genéticos, edad, sexo, estados patológicos, , edad, sexo, estados patológicos, influencias ambientales (tabaquismo o exposición a agentes influencias ambientales (tabaquismo o exposición a agentes químicos ambientales)químicos ambientales)

INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN FARMACOGENÉTICAFARMACOGENÉTICA

ObjetivosObjetivos

Ensayos farmacogenómicos del metabolismoEnsayos farmacogenómicos del metabolismo

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN EN FARMACOGENÉTICAEN FARMACOGENÉTICA

Identificación de variaciones controladas Identificación de variaciones controladas genéticamente genéticamente farmacocinéticafarmacocinética y farmacodinamia y farmacodinamia

Estudio de los mecanismos moleculares causantes de Estudio de los mecanismos moleculares causantes de estas variacionesestas variaciones

Evaluación de su significación clínicaEvaluación de su significación clínica

Desarrollo de métodos simples de análisis del DNA Desarrollo de métodos simples de análisis del DNA genómico genómico

para identificar individuos que puedan ser susceptibles a respuestas para identificar individuos que puedan ser susceptibles a respuestas anormales o infrecuentes antes de que los fármacos les sean anormales o infrecuentes antes de que los fármacos les sean administrados administrados mayor eficacia y menor toxicidad mayor eficacia y menor toxicidad

ENSAYOS FARMACOGENÓMICOS DEL ENSAYOS FARMACOGENÓMICOS DEL METABOLISMO DE FÁRMACOS (I)METABOLISMO DE FÁRMACOS (I)

Cuando la finalidad es la predicción de efectos Cuando la finalidad es la predicción de efectos secundarios o toxicidad secundarios o toxicidad toxicogenómicatoxicogenómica

Variabilidad en la respuesta terapéutica debida a Variabilidad en la respuesta terapéutica debida a dificultades metabólicas causadas por variantes de dificultades metabólicas causadas por variantes de enzimasenzimas

Ejemplo: Ejemplo: Proceso de desarrollo de un fármaco Proceso de desarrollo de un fármaco

farmacogenómica para predecir posibles RAM:farmacogenómica para predecir posibles RAM:hepatotoxicidad, nefrotoxicidad, cardiotoxicidad, inmunosupresión…hepatotoxicidad, nefrotoxicidad, cardiotoxicidad, inmunosupresión…

aunque infrecuentes, pueden ser motivo de no aprobación por las aunque infrecuentes, pueden ser motivo de no aprobación por las agencias de medicamentos o bien retirada del mercadoagencias de medicamentos o bien retirada del mercado

ENSAYOS FARMACOGENÓMICOS DEL ENSAYOS FARMACOGENÓMICOS DEL METABOLISMO DE FÁRMACOS (II)METABOLISMO DE FÁRMACOS (II)

Factores a tener en cuenta:Factores a tener en cuenta:

tipo de mutacióntipo de mutaciónmutaciones que aumenten o disminuyan la actividad de la mutaciones que aumenten o disminuyan la actividad de la enzima enzima diferentes efectos en la respuesta al fármaco diferentes efectos en la respuesta al fármaco

contribución relativa de la enzima a la acción del contribución relativa de la enzima a la acción del fármacofármaco

en muchas ocasiones los polimorfismos en enzimas en muchas ocasiones los polimorfismos en enzimas metabolizadoras de fármacos tienen poco efecto sobre la metabolizadoras de fármacos tienen poco efecto sobre la acción del fármacoacción del fármaco

ésto es debido a que existen otras enzimas que contribuyen ésto es debido a que existen otras enzimas que contribuyen con su acción en una proporción mayor con su acción en una proporción mayor

MÉTODOS DE ANÁLISIS MÉTODOS DE ANÁLISIS

METODOLOGÍAMETODOLOGÍADesarrollo de técnicas de genotipado para identificación de Desarrollo de técnicas de genotipado para identificación de pacientes susceptibles pacientes susceptibles

La técnica más extendida para el análisis de expresión génica: La técnica más extendida para el análisis de expresión génica: microarraysmicroarrays de DNA de DNA

permiten elaborar perfiles moleculares de toxicidadpermiten elaborar perfiles moleculares de toxicidadPrimera limitación: Primera limitación: – No es fácilmente adaptable para la rutina del laboratorio clínico.No es fácilmente adaptable para la rutina del laboratorio clínico.– Se están desarrollando técnicas de alto rendimiento (se realizan con el Se están desarrollando técnicas de alto rendimiento (se realizan con el

DNA aislado de una muestra de sangre) para su uso en el diagnostico DNA aislado de una muestra de sangre) para su uso en el diagnostico rutinario rutinario

Segunda limitación:Segunda limitación:– La mayoría de los datos disponibles provienen de voluntarios sanos La mayoría de los datos disponibles provienen de voluntarios sanos

las consecuencias clínicas reales de estos polimorfismos aun no se las consecuencias clínicas reales de estos polimorfismos aun no se conocen en su totalidad. conocen en su totalidad.

– Hay que esperar que estudios clínicos confirmen los beneficios de los Hay que esperar que estudios clínicos confirmen los beneficios de los ajustes de dosis en base a la capacidad metabólica, ajustes de dosis en base a la capacidad metabólica,

Similar al que se hace de acuerdo al aclaramiento de creatinina en Similar al que se hace de acuerdo al aclaramiento de creatinina en pacientes con IRpacientes con IR

TÉCNICA DEL MICROARRAYTÉCNICA DEL MICROARRAY

METODOLOGÍA (II)METODOLOGÍA (II)

En la actualidad varias compañías biotecnológicas En la actualidad varias compañías biotecnológicas disponen de tests farmacogenómicos para identificar disponen de tests farmacogenómicos para identificar polimorfismos relacionados con el metabolismo de polimorfismos relacionados con el metabolismo de fármacosfármacos

Se centran en el genotipado de genes de enzimas de la Se centran en el genotipado de genes de enzimas de la familia del citocormo P450, relacionada con la toxicidad familia del citocormo P450, relacionada con la toxicidad de un gran nº de fármacosde un gran nº de fármacos

En este sentido existen 4 tests de genotipado, mediante En este sentido existen 4 tests de genotipado, mediante los cuales es posible identificar un nº variable de SNPs los cuales es posible identificar un nº variable de SNPs en distintos genes de la familia del citocromo P450 y en distintos genes de la familia del citocromo P450 y otras enzimasotras enzimas

Tests toxicogenómicos disponibles en la Tests toxicogenómicos disponibles en la actualidad relación con el citocromo P450actualidad relación con el citocromo P450

– AmpliChip CYP450 TestAmpliChip CYP450 Test (RocheDiagnostics) (RocheDiagnostics)polimorfismos de enzimas de la familia del cit P450 (polimorfismos de enzimas de la familia del cit P450 (CYP2D6CYP2D6 y CYP2C19) y CYP2C19)

– CodeLink P450 BioarraysCodeLink P450 Bioarrays (GE Healthcare): (GE Healthcare): CYP2D6CYP2D6, , CYPCYP2C9, 2C9, CYPCYP2C19, 2C19, CYPCYP1A1, 1A1, CYPCYP1A2, 1A2, CYPCYP2E1, 2E1, CYPCYP3A4, 3A4, CYPCYP3A5 y 3A5 y CYPCYP1B1 (110 SNPs)1B1 (110 SNPs)

– DrugMEtTM Genotyping TestDrugMEtTM Genotyping Test (Jurilab): (Jurilab): CYP2D6CYP2D6, , CYPCYP2C9, 2C9, CYPCYP2C19, 2C19, CYPCYP3A5, TPMT, NAT2, MDR13A5, TPMT, NAT2, MDR1

– Tag-It Mutation Detection KitsTag-It Mutation Detection Kits (TM Bioscience Corp.): (TM Bioscience Corp.):CYP2C9, CYP2C9, CYPCYP2C19, 2C19, CYPCYP2D62D6

CONSECUENCIASCONSECUENCIASCLÍNICASCLÍNICAS

Familia del gen

Citocromo concreto

Sustancias metabolizadas Consecuencias clínicas del polimorfismo

Comentario

1A1 Hidrocarburos aromáticos policíclicos ambientales

Modifican riesgo de cáncer de pulmón y próstata

1B1 Esteroides Cáncer endometrial y de próstata. Glaucoma congénito primario

CYP1

1A2 Cafeína, clozapina, olanzapina, teofilina

Mayor aclaramiento de fármacos Inducida por tabaquismo

2A6 Nicotina y algunos procarcinógenos

Condiciona el consumo tabáquico Inhibición farmacológica como estrategia para disminuir tabaquismo

2B6 Ciclofosfamida, diazepam, efavirenz, S-mefenitoina y algunos procarcióngenos (aflatoxinas)

Alteración en el metabolismo de los sustratos

Se desconoce su relevancia in vivo

2C8 Paclitaxel, ácido retinoico, rosiglitazona, ácido. araquidónico y retinoides

Disminuye aclaramiento intrínseco Se desconoce su relevancia in vivo

CYP2

2C9 Fenitoina, warfarina, numerosos AINEs, losartán, algunos ADO, torasemida

Necesidad de monitorización de fármacos de estrecho margen terapéutico

Warfarina (aumenta riesgo sangrado), fenitoína (usar dosis menor para evitar toxicidad)

Familia del gen

Citocromo concreto

Sustancias metabolizadas Consecuencias clínicas del polimorfismo

Comentario

2C19 Citalopram, diazepam, imipramina, mefenitoína, IBP

Mayor nº efectos adversos en metabolizadotes lentos, ej: sedación excesiva con mefenitoína. Mayor tasa de erradicación de Helicobacter pylori, sin aumentar efectos adversos, por amplio margen terapéutico.

Notables diferencias interétnicas.

2D6 Debrisoquina, antiarrítmicos, antidepresivos, antipsicóticos, betabloqueantes …

Metabolizadores lentos tienen menor eficacia de codeína por menor conversión a morfina. Mayor nº de efectos adversos por metoprolol (bradicardia sintomática). Efectos extrapiramidales más frecuentes en metabolizadores lentos en tratamiento con antidepresivos y antipsicóticos

Mayor frecuencia de alelos asociados a menor actividad en afroamericanos y asiáticos.

CYP2

2E1 Bioactivación de sustratos protóxicos y procarcinógenos (anestésicos halogenados, alcoholes, N-nitrosaminas, hidrocarburos aromáticos y halogenados)

Mayor susceptibilidad a la toxicidad química y al cáncer en metabolizadotes rápidos. Relacionado con la dependencia del alcohol y la nicotina

Variantes alélicas relacionadas con la distinta inducibilidad por el alcohol, la obesidad y la nicotina.

CYP3 No está clara la relevancia clínica

CYP2D6 (I)CYP2D6 (I)Representa uno de los ejemplos de variación Representa uno de los ejemplos de variación farmacogenética en el metabolismo de fármacos mejor farmacogenética en el metabolismo de fármacos mejor estudiadoestudiadoPolimorfismo genético descubierto por las diferencias en Polimorfismo genético descubierto por las diferencias en farmacocinética y efectos terapéuticos de fármacos farmacocinética y efectos terapéuticos de fármacos metabolizados por esta enzimametabolizados por esta enzima

Debrisoquina y esparteínaDebrisoquina y esparteína “fámacos prueba o test” “fámacos prueba o test”– compuestos que pueden utilizarse para clasificar los sujetos como compuestos que pueden utilizarse para clasificar los sujetos como

metabolizadores lentos, rápidos o ultrarrápidosmetabolizadores lentos, rápidos o ultrarrápidos

25% de los fármacos que se prescriben habitualmente:25% de los fármacos que se prescriben habitualmente:– BetabloqueantesBetabloqueantes: carvedilol, metoprolol, propanolol, timolol: carvedilol, metoprolol, propanolol, timolol– AntiarrítmicosAntiarrítmicos: encainida, flecainida, mexiletina, propafenona: encainida, flecainida, mexiletina, propafenona– AntipsicóticosAntipsicóticos: haloperidol, perfenacina, risperidona, tioridacina.: haloperidol, perfenacina, risperidona, tioridacina.– AntidepresivosAntidepresivos: desipramina, fluoxetina, nortriptilina, venlafaxina: desipramina, fluoxetina, nortriptilina, venlafaxina– MisceláneaMiscelánea: codeína, lidocaina, tramadol, tropisetron: codeína, lidocaina, tramadol, tropisetron

CYP2D6 (II)CYP2D6 (II)

5-10% de caucásicos son 5-10% de caucásicos son PMPM para sustratos del para sustratos del CYP2D6CYP2D6– Causa: Causa:

SNPs que alteran la secuencia de aa de la proteina codificadaSNPs que alteran la secuencia de aa de la proteina codificada

SNPs que alteran el corte y empalme del RNA SNPs que alteran el corte y empalme del RNA

delección del gen para el CYP2D6delección del gen para el CYP2D6

– concentraciones mas bajas de metabolitos en orina y concentraciones mas bajas de metabolitos en orina y mayores en sangre de los fármacos originales que los mayores en sangre de los fármacos originales que los EM EM efecto exagerado efecto exagerado

– Los sujetos PM heredan las dos copias del gen para el Los sujetos PM heredan las dos copias del gen para el CYP2D6 que codifican una enzima con actividad CYP2D6 que codifican una enzima con actividad disminuida o una de las copias sin actividaddisminuida o una de las copias sin actividad

CYP2D6 (III)CYP2D6 (III)Entre los caucásicos hay un 2-3% de Entre los caucásicos hay un 2-3% de UMUM– Causa: duplicaciones o múltiples copias del gen Causa: duplicaciones o múltiples copias del gen – respuesta terapéutica inadecuada con las dosis estándar de los respuesta terapéutica inadecuada con las dosis estándar de los

fármacos metabolizados por el CYP2D6fármacos metabolizados por el CYP2D6– Relativamente infrecuente entre los europeos del norte, pero Relativamente infrecuente entre los europeos del norte, pero

entre los españoles llega al 7% y en las poblaciones de África la entre los españoles llega al 7% y en las poblaciones de África la frecuencia alélica puede alcanzar hasta el 29%. frecuencia alélica puede alcanzar hasta el 29%.

Metabolismo por otras enzimasMetabolismo por otras enzimasFam. de la monooxigenasa que contiene flavina (MOF):Fam. de la monooxigenasa que contiene flavina (MOF): – Oxigenación de xenobióticos nucleofílicos que contienen Oxigenación de xenobióticos nucleofílicos que contienen

heteroátomosheteroátomosMetabolismo de cafeína, cimetidina, clozapina, S-nicotina, ranitidinaMetabolismo de cafeína, cimetidina, clozapina, S-nicotina, ranitidina

– Consecuencia más relevante: variación en la MOF3 Consecuencia más relevante: variación en la MOF3 N-oxigenación defectuosa de la trimetilamina procedente de dietas N-oxigenación defectuosa de la trimetilamina procedente de dietas ricas en colinaricas en colinaExcreción excesiva de trimetilamina en orina y sudor Excreción excesiva de trimetilamina en orina y sudor individuos individuos desprenden olor similar al pescado podridodesprenden olor similar al pescado podridoEsta propiedad sumamente infrecuente se conoce como “síndrome Esta propiedad sumamente infrecuente se conoce como “síndrome del olor a pescado”del olor a pescado”

– La repercusión de la farmacogenética de las MOF en la La repercusión de la farmacogenética de las MOF en la disposición o en la respuesta a los fármacos es limitadadisposición o en la respuesta a los fármacos es limitada

También se están estudiando También se están estudiando enzimas de fase II: enzimas de fase II: – NAT2 (enz acetiladora) NAT2 (enz acetiladora) – Tiopurina metiltransferasa (TMPT) que cataliza S-metilación Tiopurina metiltransferasa (TMPT) que cataliza S-metilación

CONCLUSIONESCONCLUSIONESLos análisis genéticos no tratan de detectar los síntomas de una alteración Los análisis genéticos no tratan de detectar los síntomas de una alteración genética. Pretenden detectar la propia alteración para, a partir de ella, genética. Pretenden detectar la propia alteración para, a partir de ella, poder extrapolar conclusiones sobre el fenotipopoder extrapolar conclusiones sobre el fenotipo

El conocimiento de polimorfismos capaces de predecir el resultado de un El conocimiento de polimorfismos capaces de predecir el resultado de un tratamiento a título individual puede suponer una revolución en la utilización tratamiento a título individual puede suponer una revolución en la utilización de fármacos de estrecho margen terapéutico (ej.: citotóxicos)de fármacos de estrecho margen terapéutico (ej.: citotóxicos)

Hasta ahora el beneficio observado en la aplicación clínica es modestoHasta ahora el beneficio observado en la aplicación clínica es modestofundamentalemente porque el porcentaje de pacientes que exhiben los fundamentalemente porque el porcentaje de pacientes que exhiben los polimorfismos con mayor beneficio es pequeñopolimorfismos con mayor beneficio es pequeño

Se necesitan estudios prospectivos con un número importante de pacientes Se necesitan estudios prospectivos con un número importante de pacientes para validar estos polimorfismos y trasladar su aplicación a la práctica para validar estos polimorfismos y trasladar su aplicación a la práctica clínicaclínica

No olvidar: las condiciones externas (interacciones medicamentosas, No olvidar: las condiciones externas (interacciones medicamentosas, proceso general de la enfermedad) pueden influir y distorsionar la pruebaproceso general de la enfermedad) pueden influir y distorsionar la prueba