Letteratura scientifica Farmacogenetica

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Farmacogenetica

I geni che influenzano la risposta ad un determinato trattamento farmacologico possono essere distinti in diverse classi:
Geni codificanti per proteine coinvolte nel metabolismo, assorbimento, distribuzione ed escrezione del farmaco (enzimi del metabolismo e trasportatori di farmaci);
Geni codificanti per il bersaglio terapeutico primario (per esempio recettori e/o enzimi);
Geni che regolano le risposte immunitarie (HLA).
METABOLISMO DI FARMACI
Molte delle variazioni farmacocinetiche sono dovute a differenze nel metabolismo dei farmaci, a loro volta determinate da forme alternative polimorfe dei geni che codificano alcuni enzimi epatici. Il sistema meglio conosciuto è quello del citocromo P450. Alcuni enzimi P450 sono presenti anche a livello delle pareti addominali, ma la maggioranza si trovano negli epatociti dove sono coinvolti nell’inattivazione di molti farmaci.
CYP2D6: è uno dei membri della famiglia dei citocromi P450; è responsabile del 20-25% del metabolismo dei farmaci attualmente in commercio e potenzialmente pericolosi: antiaritmici, antidepressivi triciclici, antipsicotici, antipertensivi, codeina, tramadolo e tamoxifene. Il gene è altamente polimorfico (> 100 polimorfismi).

 

  • Ma Q and Lu AY. Pharmacogenetics, pharmacogenomics, and individualized medicine. Pharmacol Rev. 2011; 63: 437-459.
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CYP2C9: è responsabile del metabolismo di circa il 16% di molti farmaci, con un range terapeutico ristretto, come ad esempio la fenitoina (antiepilettico) o gli anticoagulanti Warfarina e Sintrom, nonché β-bloccanti (angiotensina II), antinfammatori non steroidei, alcuni antidepressivi e molti altri farmaci. Esistono diverse varianti alleliche del CYP2C9, le più comuni sono la CYP2C9*2 (C430T) e la CYP2C9*3 (A1075C), con una frequenza allelica nella popolazione caucasica rispettivamente del 8-18% e del 4-10%. Diversi studi condotti su pazienti in terapia con Warfarina hanno mostrato che, soggetti che presentano gli alleli CYP2C9*2 e CYP2C9*3, metabolizzano i farmaci più lentamente (low-metabolizers) e necessitano quindi di un dosaggio inferiore del farmaco. Questi alleli sono stati fortemente associati con un’aumentata sensibilità alla warfarina e rischio di emorragie durante il trattamento anticoagulante.

 

    • Carlquist JF, et al. Genotypes of the cytochrome p450 isoform, CYP2C9, and the vitamin K epoxi- de reductase complex subunit 1 conjointly determine stable warfarin dose: a prospective study. J Thromb Thrombolysis. 2006 22(3):191-7.
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CYP2C19: è responsabile del metabolismo di circa il 5-10% dei farmaci, tra cui i più importanti sono alcuni antiepilettici (diazepam, fenitoina e fenobarbital), antidepressivi (amitriptilina e clomipramina, citalopram), antiaggreganti (clopidogrel), inibitori di pompa protonica anti-ulcera (omeprazolo, esomeprazolo, lansoprazolo), anti-malarici (proguanil), farmaci anti-tumorali (tamoxifene) ed alcuni ormoni (estrogeni e progesterone). Il gene CYP2C19 può presentare dei polimorfismi che lo rendono più o meno attivo nei confronti dei farmaci, dando origine a differenze inter-individuali in risposta all’azione degli stessi. Gli alleli più comuni sono il CYP2C19*2 (681G>A), il CYP2C19*3 (636G>A) ed il CYP2C19*4 (1A>G), che è associato a perdita totale dell’attività enzimatica. Il CYP2C19*17 (806 C>T) è invece associato ad un fenotipo ultra-rapido con maggiore attività enzimatica. L’allele *1 del gene CYP2C19 determina, invece, un’attività enzimatica normale.

 

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CYP3A: rappresentano circa il 30% di tutti gli isoenzimi del CYP450 presenti a livello epatico; essendo caratterizzati da un’ampia specificità di substrato, contribuiscono al metabolismo di circa il 50% dei farmaci utilizzati. La variabilità interindividuale nell’attività catalitica è accentuata. È stata dimostrata l’esistenza di oltre 30 SNPs: quelli più rilevanti sono (A392G) del CYP3A4 e (6986 A>G) del CYP3A5.
Il gene CYP3A4 è uno fra i più importanti enzimi coinvolti nel metabolismo degli xenobiotici, nella maggior parte dei processi di ossidazione di farmaci, come: Paracetamolo, Codeina, Ciclosporina A, Diazepam, Eritromicina e alcuni carcinogeni. È inoltre coinvolto nei processi di sintesi di colesterolo, steroidi ed altri lipidi. L’enzima è anche presente a livello intestinale: attualmente oltre 30 SNPs sono stati identificati in questo gene e sono state descritte 20 varianti alleliche.
L’enzima CYP3A5, espresso principalmente a livello epatico, presenta varianti polimorfe nell’adulto nel 10-20% dei Caucasici. È coinvolto nel metabolismo di farmaci quali Nifedipina ed alcune ciclosporine, e nel metabolismo di alcuni ormoni steroidei quali testosterone, progesterone e androstenedione. Insieme all’isoenzima CYP3A4, è inoltre responsabile del metabolismo di numerosi antidepressivi, agenti immunosopressivi, antibiotici e inibitori delle proteasi.

 

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DPYDLe fluoropirimidine sono molto utilizzate, da sole o in associazione con altri chemioterapici, in oncologia, nel trattamento di molti tumori solidi, come il tumore del colon-retto, della mammella e dell’area testa-collo come terapia adiuvante o della malattia metastatica.

L’utilizzo di questi farmaci, tuttavia, può essere associato a grave tossicità di grado 3-4 gastrointestinale ed ematologica (31-34% dei casi), talvolta letale (0,5% dei casi). All’interno dell’organismo circa l’80% del 5-fluorouracile viene inattivato a 5-fluoro-diidrouracile (5-FDHU) ad opera della diidropirimidina deidrogenasi (DPYD), principale enzima del metabolismo delle fluoropirimidine. Una carenza nell’attività enzimatica della DPYD, indotta dalla presenza di polimorfismi nella regione codificante del gene, può risultare nello sviluppo di gravi tossicità di grado 3-4 in seguito al trattamento con dosi standard del farmaco, come nausea e vomito, diarrea, stomatiti, leucopenia, neutropenia, piastrinopenia e anemia in circa il 30% dei pazienti.
Il gene della DPYD è composto da 23 esoni ed in letteratura sono riportati più di 30 polimorfismi tra quelli esonici ed intronici. La mutazione maggiormente caratterizzata è l’IVS14+1 G>A che non permette il riconoscimento del sito di splicing nella sequenza GT all’estremità 5’ dell’introne 14. Ciò causa la delezione dell’intero esone che precede la mutazione, con conseguente perdita di 165 bp, generando una proteina incompleta ad attività enzimatica assente. Per questo motivo i pazienti portatori della mutazione in eterozigosi necessitano di una riduzione del trattamento di almeno il 50% e i portatori del genotipo omozigote mutato non devono essere trattati con fluoropirimidine.
Oltre alla variante IVS14+1 G>A sono state descritte in letteratura altre mutazioni del gene DPYD, quale la variante2846A>T nell’ esone 22 e la T1679G (DPYD*13) nell’esone 13.

 

    • Raida M, Schwabe W, Häusler P, et al.Prevalence of a common point mutation in the dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) gene within the 5’-splice donorsite of intron 14 in patients with severe 5-fluo- rouracil (5-FU)-related toxicity compared with controls. Clin Cancer Res 2001; 7:2832–9.
    • Van Kuilenburg AB, Muller EW, Haasjes J, Meinsma R, Zoetekouw L, Waterham HR, Baas F, Richel DJ, van Gennip AH. Lethal outcome of a patient with a complete dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) deficiency after administration of 5 fluorouracil: frequency of the common IVS14+- 1G>A mutation causing DPD deficiency. Clin Cancer Res 2001;7:1149-53.
VKOR. Le terapia con warfarina o con acenocumarolo rappresenta il trattamento anticoagulante più impiegato nella pratica medico-chirurgica di molte malattie croniche. Tuttavia, a causa della complessa relazione dose-risposta e della stretta finestra terapeutica della warfarina, insorgono frequentemente complicazioni emorragiche. Sebbene sia noto da tempo che l’enzima coinvolto nel metabolismo della warfarina è il CYP2C9, e che i suoi polimorfismi genici CYP2C9*2 e CYP2C9*3 sono associati ad un alterato metabolismo della warfarina, solo recentemente, grazie alla caratterizzazione genica del bersaglio molecolare delle cumarine VKORC1 (gene codificante per la vitamina K-epossido reduttasi complesso 1), ed all’associazione del suo polimorfismo -1639G>A con i polimorfismi del CYP2C9, è stato possibile disporre di uno strumento farmacogenetico innovativo applicabile nella pratica clinica della terapia anticoagulante. In generale, per ottenere l’adeguato livello terapeutico anticoagulante, i soggetti con i genotipi -1639 A/A e A/G richiedono una dose più bassa di warfarin, rispetto agli individui con genotipo G/G. I genotipi relativi ai polimorfismi del gene CYP2C9 e del gene VKORC1 di un determinato soggetto, contribuiscono indipendentemente alla determinazione del dosaggio terapeutico anticoagulante di warfarin.

 

    • D’Andrea G, et al. A polymorphism in the VKORC1 gene is associated with an interindividual va- riability in the dose-anticoagulant effect of warfarin. Blood. 2005 15;105(2):645-9.
    • Rieder MJ, et al. Effect of VKORC1 haplotypes on transcriptional regulation and warfarin dose. N Engl J Med. 2005 352(22):2285-93.
TPMT. L’enzima tiopurina S-Metiltransferasi (TPMT) catalizza la metilazione di medicamenti immunosoppressivi e citotossici, basati sulla tiopurina come la 6-tioguanina, la 6-mercaptopurina o l’azatioprina. L’attività in vivo dell’enzima è caratterizzata da una variabilità interindividuale e interetnica, causata principalmente da alcuni polimorfismi genetici del gene TPMT. La conseguenza di questa variabilità è che i pazienti sottoposti al trattamento con queste sostanze presentano variabilità di effetti secondari. Individui con attività della TPMT bassa-intermedia (low metabolizers) presentano delle quantità circolanti maggiori del principio attivo 6-tioguanina e generalmente richiedono delle dosi inferiori di medicamento per ottenere l’effetto terapeutico e soffrono maggiormente degli effetti secondari di un sovra-dosaggio.
Circa il 6-16% dei pazienti possiedono un’attività intermedia dell’enzima TPMT a causa dell’eterozigosi e circa lo 0.3% si presenta con un’attività bassa o assente dell’enzima nel caso degli omozigoti. In questi casi se i pazienti ricevono una dose standard di tiopurina, essi accumulano delle quantità eccessive del nucleotide tioguanina nei tessuti emopoietici causando delle gravi se non fatali mielosoppressioni.
Gli alleli TPMT*2, TPMT*3A, e TPMT*3C sono i più diffusi e raggruppano circa il 90% degli alleli difettosi in Europa. La nomenclatura allelica si basa sulla presenza di tre SNPs (rs1800462, rs1800460, rs1142345): la genotipizzazione del paziente è auspicabile prima della somministrazione del farmaco, al fine di ricercare un possibile deficit di tiopurina transferasi.

 

https://farmaci.agenziafarmaco.gov.it/aifa/servlet/PdfDownloadServlet?pdfFileName=footer_001392_037476_RCP.pdf&retry=0&sys=m0b1l3

    • Schaeffeler E, Fischer C, Brockmeier D. et al. Comprehensive analysis of thiopurine S-methyltransferase phenotype-ge- notype correlation in a large population of German-Caucasians and identifica- tion of novel TPMT variants. 2004;14:407-417
    • McLeod HL, Krynetski EY, Relling MV, Evans WE.Genetic polymorphism of thiopurine methyltransferase and its clinical relevan- ce for childhood acute lymphoblastic leukemia. Leukemia. 2000;14:567-572
TRASPORTATORE DI MEMBRANA
ABCB1 (MDR1). La P-glicoproteina (P-gp) è un membro della superfamiglia dei trasportatori “cassette” di membrana leganti l’ATP, codificata dal gene ABCB1, il cui nome alternativo è MultiDrug Resistance 1 (MDR1). Il trasportatore multifarmaco-resistente è una proteina di membrana glicosilata di 170 kDa. L’MDR1 agisce come una pompa di efflusso energia-dipendente, che trasporta i suoi substrati all’esterno del comparto cellulare ed è responsabile per l’efflusso di molti farmaci.
Essa rappresenta inoltre uno dei principali componenti della barriera emato-encefalica, dove è localizzata nella membrana apicale delle cellule endoteliali dei capillari cerebrali. Di conseguenza, la P-gp gioca un importante ruolo di controllo del passaggio di sostanze tra il sangue e il cervello e modula la tossicità di numerosi composti a carico del sistema nervoso centrale quali gli analgesici e gli antidepressivi. Infatti, la maggior parte dei farmaci antidepressivi (ad esempio, amitriptilina, nortriptlina, citalopram, venlafaxina, la sertralina e trimipramina) hanno dimostrato di essere substrati di questo trasportatore. Varianti disfunzionali di sequenza del gene ABCB1 (SNPs) possono portare a diminuita attività della P-gp e ad una maggiore biodisponibilità di substrati della P-gp nel sistema nervoso centrale.
I polimorfismi (SNPs) maggiormente studiati sono: (C1236T – Gly412Gly), (G2677T – Ala893Ser) ed (C3435T – Ile1145Ile). Le tre varianti sono in linkage disequilibrium e costituiscono un aplotipo trasmissibile che determina diverse configurazioni alleliche.
L’aplotipo ABCB1*2 (T-T-T) è stato dimostrato mostrare modificazioni strutturali con cambio conformazionale nei siti di legame della proteina con i suoi substrati e conseguente diminuzione dell’attività enzimatica della proteina P-gp (MDR1).

 

    • Uhr M, Tontsch A, Namendorf C, et al. Polymorphisms in the drug transporter gene ABCB1 predict antidepressant tratment response in depression. Neuron.2008;57:203;
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RECETTORE
OPRM1. Il recettore umano degli oppiodi (μ-oppioid receptor) è codificato dal gene OPRM1, e rappresenta il principale sito d’azione per gli oppioidi normalmente impiegati nella terapia analgesica.
OPRM1 appartiene ad una famiglia di geni codificanti per proteine che mediano la risposta fisiologica all’azione di diversi oppioidi endogeni (endorfine, encefaline) ed oppioidi esogeni (morfina). Il gene situato sul cromosoma 6 (6q24–25) codifica per 4 diversi sottotipi del recettore μ per gli oppioidi (MOR-1, MOR-1A, MOR-1X e MOR-1O) e presenta oltre 800 polimorfismi nella sua sequenza.
Due varianti comuni del gene OPRM1 sono presenti in circa il 10-15% degli individui Caucasici: A118G (N40D) e G172T. L’importanza di varianti polimorfiche del gene OPRM1, associata a variazioni negli effetti degli oppioidi, è stata dimostrata in diverse pubblicazioni. Lo SNP A118G, porta all’introduzione nella proteina di una asparagina in posizione 40 anziché di un aspartato (N40D). L’effetto ipotizzato per l’allele G è una diminuzione degli effetti degli oppioidi di circa 2-3 volte: questo spiega un necessario aumento delle dosi di farmaco da somministrare agli individui che presentano tale variante. Pazienti omozigoti wild-type sottoposti a terapia analgesica mostravano infatti ridotte necessità di morfina o del suo metabolita attivo (morfina-6-glucuronide) endovena, rispetto ai soggetti eterozigoti per la variante. Questi studi dimostrano che la presenza del polimorfismo in soggetti sottoposti a terapia a base di morfina può essere utilizzata per valutare e pianificare il corretto dosaggio da somministrare al paziente.
Inoltre, si osservano numerose differenze interindividuali nella necessità di oppioidi in pazienti sottoposti ad intervento chirurgico. Sebbene il meccanismo molecolare alla base di questo fenomeno rimanga da chiarire, sembra che queste differenze possano essere in parte da imputare al polimorfismo del promotore del gene (172G>T). Tale variante determina un’ampia variabilità nel numero di recettori prodotti più che nella funzionalità del recettore stesso; tuttavia è necessario sottolineare che alla percezione del dolore contribuiscono numerosi altri geni nonché numerosi fattori ambientali.

 

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REAZIONI AVVERSE A FARMACI: associazione HLA
Le reazioni di ipersensibilità indotte da farmaci sono di grande interesse medico in quanto associate a morbilità e mortalità elevate. Inoltre, le reazioni nei singoli pazienti sono impossibili da prevedere individualmente. Nel campo delle reazioni avverse cutanee gravi da farmaco (ADR cutanee), come la sindrome di Stevens-Johnson (SJS), la necrolisi epidermica tossica (TEN) e la sindrome di ipersensibilità farmaco-indotta (DHIS) o il rash farmacologico con eosinofilia e sintomi sistemici (DRESS), sono stati recentemente compiuti importanti progressi grazie a studi di associazione tra gli alleli HLA e l’ipersensibilità a farmaci specifici. I risultati di questi studi di farmacogenomica consentiranno la predizione del rischio di reazioni avverse in pazienti trattati con alcuni farmaci, tra cui l’allopurinolo e l’abacavir.
HLA-B*5801 è risultato essere associato con ADR cutanee indotte da allopurinolo, tra cui SJS/TEN e DIHS/DRESS, in pazienti caucasici e asiatici. Queste differenze possono, almeno in parte, essere dovute a variabilità nelle frequenze alleliche nei diversi gruppi etnici. Lo screening farmacogenetico basato sulle associazioni tra le reazioni avverse e specifici alleli HLA aiuta ad evitare le gravi condizioni associate a ipersensibilità da farmaci.
Ad oggi, tutte le linee guida per il trattamento dell’infezione da HIV raccomandano lo screening dell’HLA- B*57:01prima di iniziare protocolli HAART contenenti Abacavir (ABC) per ridurre l’incidenza delle reazioni di ipersensibilità (ABC-HRS). Lo screening per HLA-B*57:01 viene condotto in laboratorio con la metodica Real-Time-PCR.

 

    • 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: HLA- B*57:01 detection by real-time PCR. Pharmacogenomics. 2011; 12:567-76.
    • 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.
    • Mallal S et al. PREDICT-1 Study Team. HLA-B*5701 screening for hypersensitivity to abacavir. N Engl J Med 2008; 358: 568-579.