Farmakogenetika – význam

pre účinnosť a bezpečnosť

liečiv

Martin Wawruch

Ústav farmakológie a klinickej farmakológie

LF UK, Bratislava

História

5. st. P.K. Pythagoras – favizmus (hemolyt. anémia)

1953 Watson a Crick – štruktúra DNA

1956 prolongovaná aktivita sukcinylcholínu

1959 pomalí a rýchli acetylátori izoniazidu

1977 variabilita v metabolizme debrizochínu a sparteínu

1988 objasnenie polymorfizmu CYP 2D6

2002 Human Genome Project a SNP Consortium

Faktory modifikujúce odpoveď na liečivo

vonkajšie faktory

•alkohol, fajčenie

•výživa

genetické faktory

Aktuálny stav

organizmu

•ochorenia

•cirkadiánne

rytmy

•stres, fyzická

záťaž

LIEČIVO Fenotyp

Východiská

interindividuálne rozdiely intraindividuálne rozdiely v odpovedi na liečivo

odpoveď na liečivo = fenotypický znak

– účinnosť

– bezpečnosť

vývoj nových liečiv – cieľové štruktúry

rozvoj molekulárnej biológie asociácia genotyp -fenotyp

Vzťah genotyp - fenotyp

monogénna asociácia – 1 gén výsledok

(metabolický polymorfizmus)

polygénna asociácia – veľa génov + prostredie

výsledok

Genetický podklad variability

genetický polymorfizmus:

– existencia 2 a viac genetických variant

– frekvencia zriedkavejšej alely 1%

SNP (single nucleotide polymorphismus)

– substitúcia

– delécia

– inzercia

poruchy v oblastiach génov :

– kódujúcich sekvenciu aminokyselín proteínov

– regulačných

Zložitosť potvrdenia kauzality

populačné rozdiely

– interetnické

– medzirasové

obmedzené možnosti

– znak sa prejaví iba pri expozícii liečivu

– nedostupnosť rodokmeňovej analýzy

Interindividuálna variabilita

Farmakokinetika

– absorpcia

– distribúcia

– METABOLIZMUS

– exkrécia

Farmakodynamika

– receptory

– iónové kanály

Polymorfizmus metabolizmu liečiv

enzýmový defekt – autozomálne recesívny znak

metabolizátori:

– rýchli – homozygoti pre normálnu alelu

– intermediárni – heterozygoti

– pomalí – homozygoti pre defektnú alelu

– ultrarýchli – amplifikácia funkčného génu

Klinické dôsledky

Aktívne liečivo

– pomalí - PC

toxicita

– ultrarýchli - PC

terapeutického

efektu

Prodrug

– pomalí - PC

terapeutického

efektu

– ultrarýchli - PC

toxicity

Diagnostické metódy

in vitro – aktivita mikrozomálnych enzýmov

in vivo

– fenotyp

modelový substrát

metabolický pomer (MP) = C materská látka / C metabolit

– ultrarýchli metabolizátori MP

– pomalí metabolizátori MP

– genotyp

analýza RFLP (restriction fragment length polymorfism)

PCR (polymerase chain reaction)

Southern blot

Northern blot

Biotransformácia

I. Fáza

– Oxidácia

hydroxylácia

oxidácia

dealkylácia

– Redukcia

karbonyl alkohol

-NO2 -NH2

– Hydrolýza

ester kyselina + alkohol

amid kyselina + amín

II. Fáza

– Konjugačné reakcie

acetylácia

sulfácia

glukuronizácia

konjugácia s

glutatiónom

Enzýmový polymorfizmus I. fázaEnzým Liečivo

CYP 2A6 halotan

CYP 2B6 diazepam, bupropion

CYP 2C9 warfarín, fenytoín, ibuprofen

CYP 2C19 omeprazol

CYP 2D6 antidepresíva, -blokátory

Alkohol-

dehydrogenáza

etanol

Butyrylcholín-

esteráza

sukcinylcholín

Dihydropyrimidín -

dehydrogenáza

5-fluorouracil

CYP 2D6

4% z celkového obsahu cytochrómu P-450

druhý najvýznamnejší enzým metabolizmu liečiv po CYP 3A4

substráty

– SSRI (fluoxetín, fluvoxamín, paroxetín, citlaopram)

– antipsychotiká (haloperidol, tioridazín, risperidón)

– antiarytmiká (propafenón, prajmalín)

Enzýmový polymorfizmus II. fáza

Enzým Liečivo

N-acetyltransferáza izoniazid, hydralazín, sulfonamidy

Katechol

O-metyltransferáza

L-dopa, -metyldopa

Tiopurín

S-metyltransferáza

azatioprin, 6-merkaptopurín

UDP glukuronyl

transferáza 1A1

irinotecan

Prípad

55 ročný pacient Egypťan, podvýživený, alkoholik, žijúci v chudobných podmienkach

TBC – potvrdené M. tuberculosis

liečený kombináciou INH, PZA, EMB, STM

po 2 týždňoch udáva chvenie prstov rúk, neskôr bolestivosť a slabosť končatín

oslabený patelárny reflex, pokles vibračnej citlivosti, hypestézia

Polymorfizmus cieľových štruktúrGénový produkt Liečivo Účinok

Dopamínové

receptory

Antipsychotiká antipsychotický

efekt

Transportný prot.

pre sérotonín

Antidepresíva antidepresívny

efekt

Estrogénové

-receptory

Hormonálna

sustitučná terapia

osteodenzity,

HDL

Glykoproteín

IIb/IIIa

Fibany antitrombotický

efekt

5-lipoxygenáza Antagonisty

leukotriénov

antiastmatický

efekt

ACE Inhibítory ACE hypotenzívny

efekt

ß2-adrenergický

receptor

ß2-agonisty bronchodilatácia,

desenzitizácia

Vysvetlivky: HDL - high density lipoprotein

ACE - angiotenzín-konvertujúci enzým

Angiotenzín-konvertujúci enzým

prognóza pacientov so systolickou dysfunkciou

enalapril: intenzita a pretrvávanie efektu

Ueda S: Circulation,98,1998,2148.

fluvastatin: miera redukcie LDL cholesterolu a

regresie koronárnej aterosklerózy

Marian AJ: Am J Col Cardiol,35,2000,89.

2

-adrenergný receptor

pri jednorázovom podaní

FEV1

pri opakovanom podávaní

tachyfylaxia

Liggett SB: Am J Respir Crit Care Med, 161,2000,197.

Iné príklady

Bradykinínový receptor B(2)

– frekvencia výskytu kašľa po ACEI

Mukae S: Hypertension, 36, 2000, 127.

D3 receptor: výskyt akatízie

Eichhammer P: Am J Med Genet96, 2000, 187.

Polymorfizmus s nepriamym

efektom

Génový produkt Liečivo Účinok

Protrombín

a faktor V

Orálne

kontraceptíva

riziko hlbokej

venóznej trombózy

Stromelysin-1 Statíny rizika IM, CMP

Parkin gén Levodopa terapeutický

účinok

Iónové kanály

(KCNE 2, HERG)

Erytromycín,

Terfenadín

predĺženie QT

intervalu

Apolipoproteín E Takrín klinické zlepšenie

Statíny LDL cholesterol

Vysvetlivky: LDL - low density lipoprotein

IM - infarkt myokardu

CMP - cievna mozgová príhoda

Apolipoproteín E (ApoE)

varianta ApoE 4

– asociácia s neskorým typom Alzheimerovej

choroby

– aktivita cholín-acetyl transferázy

– účinnosť inhibítorov cholínesteráz

Poirier J: Proc Natl Acad Sci USA, 92,1995,12260.

Parkin gén

mutácia génu

– skorší začiatok ochorenia

– výskyt hyperreflexie, dystónie a symetrického

postihnutia

– terapeutická účinnosť levodopy

– výskyt levodopou indukovaných dyskinézií

Lucking CB: N Engl J Med, 342,2000,1560.

Záver I

Uplatnenie v klinickej praxi

– „terapia šitá na mieru“ – individualizácia

farmakoterapie

– selekcia respondérov (onkologickí pacienti)

– redukcia rizika farmakoterapie

Informačné preťaženie

– rozvoj bioinformatiky

– selekcia relevantných údajov

Záver II

Uplatnenie vo vývoji nových liečiv

– hľadanie nových cieľových štruktúr

– diferenciácia respondérov a non-respondérov

– biotransformačný polymorfizmus

– predikcia génovej toxicity