C. I. di Genetica e Biologia Molecolare GENETICA

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1 C. I. di Genetica e Biologia Molecolare GENETICA a.a Pier Franco Pignatti Lezioni N Farmacogenetica (Neri-Genuardi cap. 31) Efficacia, tossicità, medicina personalizzata

2 Efficacia dei farmaci Barale R, Incontri GSK-SIGU 2, 2001

3 Tossicità dei farmaci Aumento 2.6x degli eventi avversi gravi riportati a FDA dal 1998 al Aumento 4x più rapido del numero di prescrizioni. Sono necessari metodi migliori per controllare il rischio da farmaci Moore TJ et al. 2007

4 TEST FARMACOGENETICI Terapie personalizzate Marsh S, McLeod HL 2006

5 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» La risposta ai farmaci e la tossicità dipendono da Genetica, Ambiente, Comportamento

6 Il destino di un farmaco nell organismo Ingelman-Sundberg M 2001

7 Azione dei farmaci Farmacocinetica Assorbimento Distribuzione Metabolismo Eliminazione Farmacodinamica Interazione con il bersaglio Fattori regolativi Effetto terapeutico Farmacocinetica: cosa fa un organismo a un farmaco Farmacodinamica: cosa fa un farmaco a un organismo

8 Enzimi del metabolismo dei farmaci Fase I: Modificazione di gruppi funzionali Fase II: Coniugazione WE Evans e MV Relling, Science 1999

9 LIVELLO DI UN FARMACO 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

10 Reazione avversa ad analoghi delle purine 1 Deficit TPMT Aplasia midollare da difetto di catabolismo di immunosoppressivo azatioprina o antitumorali tioguanina e mercaptopurina dovuto al deficit di tiopurina S-metiltrasferasi (TPMT): effetto tossico Marshall E, Science 2003

11 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

12 Reazione avversa all isoniazide 2 Acetilatori lenti:ar Neuropatia periferica da terapia antitubercolare con isonazide e deficit di N-acetiltrasferasi 2 (NAT2) negli acetilatori lenti: effetto tossico Weinshilboum R 2003

13 Reazione avversa a Irinotecan 3 Irinotecan (Camptosar) in Ca metastatico del colon-retto Gli omozigoti per l allele ad attività ridotta dell UDPglucuronosil-trasferasi isoforme 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) Pharmacogenetics/ucm htm

14 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:

15 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, ecc. Circa il 6-7% della popolazione bianca e costituito da deboli metabolizzatori che possono sviluppare concentrazioni plasmatiche tossiche in seguito a una dose standard del farmaco

16 Chip di DNA per CYP2D6 e CYP2C19 Science 302:589, 2003

17 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

18 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

19 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» Pharmacogenetics/ucm083378:htm

20 La genotipizzazione di CYP2D6 e CYP2C19 nella pratica clinica Higher occurrence/severity of side effects were reported in non-extensive CYP2D6 or CYP2C19 metabolizers. Results showed that providing genotypic information is feasible and generally well accepted by both patients and physicians. Although currently available studies are limited by small sample sizes and infrequent plasma drug level assessment, research to date indicates that CYP2D6 and CYP2C19 testing may be beneficial particularly for nonextensive metabolizing patients. In summary, clinical assessment of CYP2D6 and CYP2C19 metabolizer status is feasible, well accepted and optimizes drug treatment in psychiatry. Mueller DJ et al, Int. Rev. Psychiatry, 25 ottobre 2013

21 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

22 Angioplastica coronarica Occlusione Stent Stent in situ Per gentile conscessione di DJ Angiolillo

23 Farmacogenetica del Clopidogrel CYP2C19 Marìn F et al 2009

24 Clopidogrel e test CYP2C : 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, ma due nuovi studi non indicano alcun effetto significativo sugli eventi cardiovascolari in pazienti con ACS. Un editoriale ricorda che le varianti con funzione ridotta rappresentano solo parte del problema terapeutico totale Wang, McLeod, Weinshilboum, NEJM March 2011

25 Rischi in portatori di 1 o 2 alleli CYP2C19 con funzione ridotta Morte cardiaca, IM, ictus Trombosi dello stent HR: 1,57 HR: 2,81 Mega JL et al, JAMA Oct 2010

26 Effetti dei polimorfismi CYP2C19 aggregazione piastrinica trombosi sanguinamento PM: poor metabolizer, EM: extensive metabolizer, UM: ultrarapid metabolizer Sim SC, Ingelman-Sundberg M 2011

27 Test genetico rapido al letto del malato per la terapia antipiastrinica Coorte tot Non portatori Portatori Genotipizzazione di CYP2C19*2 effettuata in circa 1 ora in pazienti sottoposti a intervento coronarico percutaneo. I portatori ricevono Prasugrel (maggior rischio di sanguinamento) invece di Clopidogrel. Risultato: nessuno dei portatori testati ha mostrato alta reattività piastrinica dopo una settimana di trattamento rispetto al 30% dei pazienti non testati (P=0,009). PRU=P2Y12 reactivity units. NOTA: studio sponsorizzato da ditta che produce il kit (Spartan Biosciences, Ottawa) (Roberts JD, Lancet )

28 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 Patrono C e B Rocca, Ann Rev Med 2010

29 Test genetici commerciali per CYP2C19 In launching this test, Transgenomic will also enter a relatively crowded market, where a number of diagnostics firms have launched PGx tools to help doctors determine treatment strategies for patients considering medicines metabolized by the CYP2C19 enzyme, such as the anti-platelet drug clopidogrel. For instance, Spartan Bioscience in September garnered FDA clearance for its rapid-analysis CYP2C19 genetic tests; and FDA has also cleared CYP2C19 genotyping tests marketed by AutoGenomics and Nanosphere pharmacogenomics reporter October 23, 2013

30 6 COUMADIN (WARFARIN) 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

31 Meccanismo d azione del Coumadin Bersaglio del farmaco 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

32 Farmacogenetica del Coumadin Polimorfismi ipofunzionali dei due geni CYP2C9, (che catabolizza il farmaco) e VKORC1 (Vitamin K epoxide reductase subunit 1, enzima bersaglio del farmaco che attiva alcuni fattori della coagulazione) sono responsabili di circa il 18% e 30% 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

33 Associazione dei genotipi CYP2C9 con complicazioni emorragiche da Coumadin Yang J et al 2013

34 GWAS conferma che VKORC1 e CYP2C9 sono i determinanti genetici principali del dosaggio del Coumadin Takeuchi F et al 2009

35 Dosaggio su base farmacogenetica Using pharmacogenetics in real time to guide Warfarin initiation (Carlquist JF e JL Anderson 2011)

36 Dosaggio popolazione-specifico Accuratezza di un nuovo algoritmo basato su variabili cliniche e genetiche popolazione specifiche per predire il dosaggio del Coumadin in Afro-Americani rispetto agli algoritmi clinico e farmacogenetico dell International Warfarin Pharmacogenetics Consortium (IWPC) che includevano meno del 10% di Afro- Americani. Il nuovo algoritmo è migliore nei pazienti che richiedono alto dosaggio (*P=0.004 and**p< ** ) Hernandez W et al 2013

37 Rischio di ospedalizzazione di pazienti in terapia con Coumadin dopo genotipizzazione Ricoveri per emorragia nel gruppo genotipizzato per VKORC1 e CYP2C9: meno 28% Wang L, HL McLeod e RM Weinshilboum, NEJM 2011

38 FARMACI ANTI-RECETTORI TK 7 Inibitori competitivi: trastuzumab cetuximab Inibitori TK: imatinib gefitinib Recettori Tirosina Chinasi: HER2/neu, EGFR, c-kit Ciardiello F e G Tortora 2008

39 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 KRAS neg : 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

40 Stratificazione genetica della farmacoterapia del Ca mammario MammaPrint: il primo test di profilo di espressione approvato da FDA (2010)

41 Farmacogenetica dei tumori 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 (pannello A) 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 (pannello B) Wang L et al 2011

42 Il mercato dei farmaci personalizzati Drugmakers in Third Quarter Focus on Uptake of Newer Personalized Rx to Replace Older Versions Established personalized drugs, such as Roche's Herceptin (trastuzumab) and Novartis' Gleevec (imatinib), continued to bring consistent returns for drug sponsors in the third quarter, while the firms pushed for greater adoption of next-generation drugs that they hope will take the place of these earlier agents that are soon to face generic competition. For the three months ended Sept. 30, 2013, Roche reported that its HER2-targeted breast cancer drug Herceptin brought in 4.6 billion Swiss Francs ($5.1 billion), a 6 percent increase in sales from the year-ago period. Similar to Roche, Novartis is also planning ahead for when Gleevec will completely lose patent protection, by pushing the sale of a newer chronic myeloid leukemia drug, Tasigna (nilotinib). For the three months ended Sept. 30, Novartis reported $1.1 billion in global sales of Gleevec. Tasigna sales contributed $315 million to Novartis' BCR- ABL franchise. AstraZeneca's Iressa (gefitinib), an NSCLC drug for EGFR-mutated patients available only outside the US, saw a 12 percent increase in third quarter sales from the previous year to $165 million. Bristol-Myers-Squibb s Erbitux (cetuximab) had $183 million in sales. Erbitux is marketed as a treatment for KRAS wild-type colorectal cancer and head and neck cancer November 05, 2013

43 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). Attualmente almeno il 27% dei farmaci presentati all EMEA per una nuova registrazione è accompagnato da studi di farmacogenetica (G. Novelli comunicazione personale, )