Maria Grazia Piscaglia

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2 Sviluppi di Farmacogenetica e Farmacogenomica nella Sclerosi Multipla Maria Grazia Piscaglia U.O Neurologia Aziendale Ravenna AUSL della Romagna

3 Farmacogenetica: Lo studio della variabilità di risposta ad un farmaco dovuta a fattori genetici ereditari, negli individui o a livello di popolazione Friedrich Vogel, 1959 Farmacogenomica: La determinazione e l analisi del genoma e dei suoi prodotti allo scopo di correlare queste informazioni con la risposta al farmaco presente a livello cellulare, tessutale, di individuo o di popolazione, al fine di individuare nuovi bersagli terapeutici, scoprire e sviluppare farmaci o studiare la risposta ad essi.

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5 Variabilità individuale nelle risposte alla terapia farmacologica Efficacia Effetti collaterali / reazioni avverse

6 Effetto Effetto Variabilità individuale nella efficacia terapeutica dei farmaci Individuo normale collaterale terapeutico Efficacia ridotta collaterale terapeutico Accettabile Dose Dose Non accettabile

7 Effetto Effetto Variabilità individuale negli effetti collaterali dei farmaci Individuo normale collaterale terapeutico Aumento di effetti collaterali collaterale terapeutico Accettabile Dose Dose Non accettabile

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9 La variabilità individuale nelle risposte ai farmaci è dovuta a fattori: Fisiologici età, sesso, peso corporeo, condizione fisica Patologici malattie, livello di funzionalita epatica o renale Ambientali dieta, alcool, tabacco, altri farmaci Genetici polimorfismo

10 Variabilità nella efficacia terapeutica di alcuni farmaci % pazienti con scarsa risposta Antagonisti dell angiotensina % ACE inibitori 10-25% Beta-bloccanti 15-25% Antidepressivi triciclici 20-50% Agonisti beta-2 adrenergici 40-70%

11 La risposta al farmaco Farmacocinetica Assorbimento Distribuzione Metabolismo Escrezione (ADME) Farmacodinamica drug target

12 Varianti nel codice genetico Mutazioni Eventi che portano al cambiamento di una sequenza di DNA con bassa frequenza Polimorfismi Varianti presente nella popolazione con una frequenza superiore a 0.01 (1%)

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16 Polimorfismo genetico SNP polimorfismo di un singolo nucleotide VNTR polimorfismi determinati dal numero variabile di unità ripetute in tandem SSR (microsatelliti): ripetizione di una sequenza semplice (1-pochi nucleotidi) polimorfismo del DNA minisatellite (9 - alcune decine nucleotidi) VNTR estesi Trasposon repeat polymorphism (es. ALU) Polimorfismi da inversione Polimorfismi cromosomici (eterocromatici)

17 Polimorfismi Varianti alleliche presenti in >1% della popolazione Dovute a sostituzioni di singole basi inserzioni delezioni variazioni nel numero di tandem repeats (VNTR) Il tipo piu comune Single Nucleotide Polimorphisms (SNPs)

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19 Single nucleotide polimorphisms (SNPs) 1 SNP ogni 1000 basi 10 milioni nel genoma umano (6 milioni descritti nel HapMap Project) 5-10 SNPs per gene 1% possono avere significato biologico (SNPs nelle regioni codificante o regolatrici)

20 Geni che influenzano la risposta al farmaco Geni codificanti per proteine coinvolte nella: 1) Farmacocinetica: biodisponibilità del farmaco Trasportatori (drug transporters) Enzimi del metabolismo 2) Farmacodinamica: drug target / bersaglio terapeutico del farmaco Recettori Canali ionici Enzimi Proteine regolatrici

21 Polimorfismi degli enzimi responsabili del metabolismo dei farmaci Biotrasformazione epatica Meccanismo principale per la regolazione della concentrazione del farmaco Trasforma composti lipofilici in metaboliti più idrosolubili e facilmente eliminabili con l urina

22 Metabolismo del farmaco nel fegato Reazioni di fase I Trasformazione dei gruppi funzionali della molecola: Ossidazioni, riduzioni ed idrolisi Reazioni di fase II Coniugazione con sostanze endogene per la formazione di composti inattivi: Solfatazione, acetilazione, metilazione

23 Polymorphisms of phase I enzymes CYP = famiglia del citocromo P450 CYP2D6 25% of prescribed drugs CYP2C19 Diazepam, imipramine (antidepressants) Omeprazole (gastric ulcers) CYP2C9 Phenytoin (antiepileptic) Warfarin (anticoagulant) Glipizide (hypoglycemic/diabetes)

24 Polymorphisms of phase II enzymes NAT2 (N-acetyltransferase) Sulfonamides (bacterial infections) Caffeine Tobacco carcinogens (cancer risk) COMT (Catechol-O-methyltransferase) Catecholamines (adrenaline, noradrenaline, dopamine) TMPT (thiopurine methyltransferase) Anticancer drugs to treat acute lymhoblastic leukemia) UGT (UDP glucuronosiltransferase) Cancerogeni ambientali

25 Drug concentration Polimorfismo Metabolico Cambiamento nella concentrazione ed emivita del farmaco nel sangue metabolism time 0 normal metabolism time 0 metabolism time drug concentration adverse effects drug concentration therapeutic efficacy

26 Citocromo p450 CYP2D6 Responsabile per il metabolismo del 25-30% dei farmaci Beta-bloccanti (propranololo, metoprololo) Antiaritmici (nimodipina) Antidepressivi triciclici (imipramina, fluossetina) Neurolettici (aloperodolo) Antitussivi (destrometorfano) Narcotici (codeina)

27 Distribuizione polimorfica dell attività di CYP2D6 in vivo In vivo metabolic ratio for sparteine Extensive metabolizer (EM) 65-80% Intermediate metabolizer (IM) 10-15% Poor metabolizer (PM) 5-10% Ultra-rapid metabolizer (UM) 5-10% Zanger et al. Pharmacogenetics 11: , 2001

28 Distribuizione etnica dei fenotipi polimorfici di CYP2D6 Poor metabolizer Europei 5-10 % Africani 2-5 % Orientali <1 % Ultra-rapid metabolizer Scandinavi 1.5 % Spagnoli 7 % Etiopi 20 %

29 CYP2D6 gene locus 22q pseudogenes > 75 allelic CYP2D6 variants SNPs Deletions / additions Tandem repeats Gene deletion Gene duplication (up to 13 copies)

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31 Interferone β e Glatiramer Acetato

32 Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium (CPIC)

33 Gene Locus polimorfico Allele/genitipo/aplotip o associato a responsività positiva o negativa (-) a Interferon β P-value Pazienti MS IFNAR1 (Interferon α/β Receptor Subunit 1) IFNG (Interferon γ) CCR5 (C-C chemokine receptor type 5 ; CD195) rs (introne) A(+) rs microsatellit i (promotore ) (introne) GT n (+) CA12 (-) CA13 (-) CA14 (-) CA15 (+) rs333 (esone) Delezione 32bp (+) (spagnoli) 162 (irlandesi) 225 (spagnoli) 110 (spagnoli) 253 (russi) Tsareva et al. 2016

34 Tsareva et al. 2016

35 COMBINAZIONI MULTIALLELICHE Interazione epistatica Kulakova et al. 2012

36 GA Tsareva et al. 2016

37 Approccio farmacogenomico per lo studio alla predisposizione a sviluppare anticorpi contro IFNβ GWAS di soggetti trattati con IFNβ: 178 avevano sviluppato anticorpi contro il farmaco e 184 no. Weber et al., 2012

38 Polimorfismi associati a produzioni di anticorpi verso INFβ nella regione HLA Weber et al., 2012

39 Associazione tra polimorfismi e alleli HLADRB1 Weber et al., 2012

40 Suscettibilità al Natalizumab In rabbit l unico residuo mutato tra quelli importanti per il legame è la Lys256 rs Lys256Arg

41 DINAMICA MOLECOLARE Maggiore stabilità nel complesso mutato Tanto più il valore di HINT-Score è elevato e maggiore è il numero di interazioni favorevoli

42 Se questi processi sono controllati da geni diversi che possono essere polimorfici, la variabilità di risposta risulta determinata dalle diverse interazioni delle varianti di questi geni. L eterogeneità di risposta ai farmaci è la risultante di 2 componenti: 1. Il polimorfismo dei geni che controllano l esposizione al farmaco 2. Il polimorfismo dei geni che regolano la sensibilità al farmaco

43 Se fosse possibile conoscere la frequenza degli alleli normali e mutati di questi geni si potrebbe calcolare in anticipo quanti individui avranno una determinata reazione ad un farmaco specifico Individuare prima della somministrazione del farmaco quali soggetti avranno una reazione favorevole e quali invece sono a rischio di effetti collaterali più o meno gravi

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45 RISVOLTI ETICI La genetica applicata alla ricerca sui farmaci è uno dei pochi campi in cui si possono fare programmi concreti di tipo preventivo e quindi esaminare i problemi etici corrispondenti Da un punto di vista etico, le diverse ricadute della ricerca genetica, da un lato i test genetici diagnostici e predittivi e dall altro i profili farmacogenetici, hanno risvolti diversi

46 Pathogenesis of Multiple Sclerosis via environmental and genetic dysregulation of N-glycosylation1

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48 Design of the study The gene expression data come from two studies performed in parallel in the laboratory: GEXEM and mirnem. Large scale mrna expression and mirna expression have been measured on RNA isolated from peripheral blood leukocytes using, respectively, the Human Gene 1.0 ST and the mirna 1.0 arrays by Affymetrix. The removal of some samples for quality control issues and the filtering ofgenes have yielded a matrix with gene expression data from 65 samples and 7564 genes (1113 ncrnas and 6451 mrnas). Pearson s R has beencomputed between all pairs of genes and, after thresholding (through the elimination all mrna mrna and ncrna ncrna correlations andthe correlations below a threshold R ), the resulting network has been visualized in Cytoscape.

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51 Multiple sclerosis pharmacogenetics: personalized approach towards tailored therapeutics Iris Grossman & Ariel Miller

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58 Il potenziale della farmacogenomica Medicina predittiva e terapia personalizzata Il farmaco giusto alla dose giusta per il paziente giusto

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