Farmacogenomica – predictia raspunsului la tratament in functie de genotipul pacientului

Farmacogenomica este un domeniu la care se va apela tot mai mult in viitor, pentru lansarea in terapie a unor noi medicamente, pentru relansarea unora care au fost scoase din protocoalele terapeutice actuale sau pentru particularizarea administrarii acelora disponibile astazi. S-a inceput urmarirea acestor obiective dupa ce s-a constatat ca anumite substante medicamentoase prezinta intensitati diferite ale efectului terapeutic in randurile unei populatii selectate pentru studiu (ex: asocierea hidralazina – isosorbid dinitrat are efecte coronarodilatatoare mai pronuntate la pacientii de culoare cu insuficienta cardiaca decat la cei albi) sau prezinta intensitati diferite ale efectelor adverse, survenite pe perioada tratamentului (ex: tegafurul, un antineoplazic de tip antimetabolit prezinta frecvente diferite de aparitie a efectelor adverse intr-un grup selectat aleator de pacienti bolnavi de cancer).

Cauzele variabilitatii raspunsului la anumite tratamente medicamentoase pot avea origini:
•fiziologice sau patologice: varsta, greutate, severitatea maladiei, patologii asociate;
•fiziopatologice datorate expunerii la factori de mediu: alimentatie, co-administrare de medicamente, tabagism, alcoolism;
•genetice: variatii genetice ale genelor care stau la baza sintezei proteinelor implicate in metabolismul, transportul medicamentelor (de ex. a receptorilor membranari sau intracelulari pentru medicamente).

Personalizarea raspunsurilor la un acelasi tratament este datorata diferentelor din amprentele genetice ale indivizilor, care impun diferentieri ale farmacocineticii si farmacodinamicii medicamentelor. Variabilitatea farmacocineticii se datoreaza diferentelor de metabolizare sau de transport a medicamentului care determina expunerea relativa a tesutului vizat la acel medicament. Indivizii cu mutatii sau polimorfisme ale genelor enzimelor/ proteinelor/ altor molecule implicate in metabolizarea/ transportul medicamentelor prezinta si expuneri diferite la aceeasi doza de compus (datorita eliminarii accelerate sau a activitatii pronuntate a enzimelor metabolizante). Ca atare, terapia lor trebuie individualizata din punct de vedere al dozei administrate sau al frecventei de administrare pentru a obtine un acelasi raspuns terapeutic.

Medicamente de tipul nitrofurantoinei sau furazolidonei (antibiotice cu tropism intestinal) produc dupa administrare, la o populatie anume (deficitara in enzima glucozo – 6 – fosfat dehidrogenaza) anemii hemolitice. Deficitul enzimatic este cauzat de o subexprimare a genelor implicate in sinteza acestei proteine.

Un alt exemplu de variabilitate a metabolizarii este cel al diferentierii chimioterapiei bazate pe 5 – fluorouracil. CYP2A6 transforma tegafurul in 5 – FU. Timidilat sintaza este o enzima tinta implicata in metabolismul fluoropirimidinelor. Un metabolit activ al fluorouracilului, 5 – fluoro – 2’ – dezoxiuridin 5’ – monofosfat, interfera sinteza de ADN, prin formarea unui complex tertiar cu timidilat sintaza si 5, 10 – metilentetrahidrofolatul. Insa, excesul de 5 – FU este detoxifiat cu ajutorul enzimei dihidropirimidin dehidrogenaza. Polimorfisme ale genei acestei enzime impun frecvente diferite ale aparitiei reactiilor adverse ale tegafurului.

Polimorfisme ale genelor CYP2C19 duc la gruparea pacientilor in metabolizatori lenti si metabolizatori rapizi ai medicamentelor de tip omeprazol, amoxicilina.

Caracteristicile farmacodinamice ale medicamentelor pot fi diferite. Exista, de exemplu, variabilitate si in eficienta si toxicitatea medicamentelor antipsihotice. De exemplu, in cazul tulburarilor de dispozitie, 30-40 % din pacientii suferinzi nu raspund la tratamentul farmacologic. In patogeneza acestor tulburari si in raspunsul diferit la antidepresive inhibitoare ale recaptarii serotoninei a fost implicat un polimorfism al genelor proteinei transportoare a serotoninei.
Raspunsul la antipsihoticul clozapina utilizat la pacientii cu schizofrenie este, de asemenea, variabil, din cauza unor polimorfisme ale genelor receptorilor serotoninergici sau ale genelor receptorilor dopaminergici, deci datorita afinitatilor diferite ale acestor receptori pentru neurotransmitatori. Pacientii homozigoti cu polimorfism alelic de tip C102 al receptorilor 5-HT2A prezinta un raspuns la clozapina net superior fata de indivizii care nu au aceasta structura.
S-a mai observat aparitia hemoragiilor la unii pacienti din grupuri in care toti subiectii au fost tratati cu o aceeasi doza de anticoagulant oral (warfarina, acenocumarol) sau hipoglicemie marcata la unii pacienti tratati cu sulfamide antidiabetice de tipul glibenclamidei sau glipizidei (fata de alti pacienti, tratati cu aceleasi doze), probabil din cauza polimorfismelor genetice ale CYP2C9.

S-au descris si biodisponibilitati si eficacitati diferite ale digoxinei sau inhibitorilor de proteaza H. I. V., datorate variabilitatii genei glicoproteinei P (MDR1), proteina transmembranara la nivelul celulelor mucoasei intestinale, hepatocitelor, celulelor endoteliale ale capilarelor, limfocitelor, barierei hemato-encefalice, celulelor renale, placentei, ce transporta cu ajutorul energiei furnizate de ATP medicamentul prin membrana, intracelular.

Sunt cunoscute si polimorfisme ale genelor enzimei de conversie a angiotensinei, care duc la aparitia de intensitati si persistente diferite ale efectului terapeutic ale enalaprilului sau captoprilului, polimorfisme ale receptorilor ADRB2 ce duc la bronhodilatatii variabile sau la aparitia de efecte cardiovasculare prin agonizarea lor de catre salbutamol, polimorfisme ale genelor enzimei ALOX5 care duc la posibile cazuri de ineficacitate a medicamentului antiastmatic zileuton (inhibitor de lipooxigenaza 5, de sinteza de leucotriene).

Cele mai recente experimente clinice din oncologie profilate pe farmacogenomica s-au indreptat inspre observarea diferentelor farmacodinamice intre tumori. Se stie ca exista un numar de modificari celulare ce apar atunci cand o celula epiteliala, de exemplu, normala se transforma intr-una maligna. S-a demonstrat ca aparitia cancerului este datorata unor modificari genetice ale unor cai reglatorii esentiale (reglarea ciclului celular, a semnalizarii celulare si a apoptozei). Se urmareste detectarea cu exactitate (din punct de vedere a locului in genom unde apar sau al momentului aparitiei) a acestor modificari (mutatii, deletii, amplificari), survenite in aparitia neoplaziei pentru a fi corelate cu alterarile cailor reglatorii si mai apoi cu prognosticul bolii sau cu raspunsul la anumite medicamente.

Cateva medicamente pentru a caror lansare s-au efectuat serioase studii farmacogenomice sunt derivatele de trastuzumab. Trastuzumabul este un anticorp monoclonal utilizat la paciente cu cancer mamar ale caror tumori produc in exces receptori HER2 la suprafata membranelor celulare. Acesti receptori, dupa activarea lor de catre un factor “human epidermal growth factor” induc prin cai de semnalizare inca incomplet elucidate, procese ca mitoza, invazia, angiogeneza, deci multiplicarea celulelor neoplazice cu cresterea tumorii. Extraproductia de receptor HER2 este intalnita in 25-30 % din cazurile de cancer mamar si este corelata cu rezistenta la protocoalele chimioterapice obisnuite.

In studiile farmacogenomice este necesara fenotiparea (observarea diferentelor prin investigatii clinice sau paraclinice, de laborator) si genotiparea (observarea diferentelor la nivelul genelor care cauzeaza variabilitate fenotipica). Se poate apela la o gama larga de tehnologii, grupate in doua categorii: metode analitice standard si metode analitice de profil.

Experimentele sunt efectuate pe un numar mic de probe si includ analiza a sute sau mii de markeri urmariti in aceeasi proba (de exemplu, amestecuri de pana la 2500 de tipuri de proteine diferite). Identificarea markerilor farmacogenomici este esentiala pentru stabilirea tiparelor genetice. Modelele de expresie genica, genotipurile polimorfismelor datorate unui singur nucleotid, spectrele de masa ale amestecurilor proteice, spectrele RMN ale metabolitilor medicamentelor se obtin prin supunerea la analize a probelor biologice. Acestea se selecteaza de la grupe de pacienti ce prezinta o aceeasi caracteristica: de exemplu, sensibilitate sau rezistenta la un tratament, pentru a putea observa un model repetitiv.

Diferentele intre genele codante ale factorilor implicati in traseul unui medicament printr-un organism se numesc polimorfisme ale acestor gene. Genele prezinta anomalii de secventa (mutatii) – mutatii punctuale – SNP (single nucleotide polymorphism), deletii partiale sau totale, duplicatii sau amplificatii. Aceste versiuni diferite ale aceleiasi gene se numesc alele. Oricum un individ are doua versiuni alelice pentru fiecare gena, una de la mama, alta de la tata. Aceste doua versiuni pot fi identice sau diferite.

Trebuie notata o diferenta intre domeniile farmacogenomica si farmacogenetica. Farmacogenomica studiaza toate genele si diferentierile lor (datorate ereditatii dar si a mutatiilor survenite) intre indivizi diferiti in raport cu raspunsurile la medicamente administrate acestor indivizi. Farmacogenetica se refera la studiul variabilitatii genetice datorate strict factorilor ereditari a indivizilor diferiti in raport cu metabolizarea unui medicament administrat acelor indivizi si cu raspunsul la acel medicament.

Farmacogenomica va avea un impact favorabil in industria farmaceutica, pentru ca va eficientiza administrarea protocoalelor terapeutice, mai ales a celor foarte scumpe. Abordarile farmacogenomice vor fi utilizate pentru terapiile tintite, genom-dependente, pentru o anumita forma a unei boli sau pentru un anume individ. De asemenea, astfel se va reusi limitarea frecventei si intensitatii efectelor adverse ale unor medicamente sau administrarea cu rezultate foarte bune la unii pacienti a unor medicamente ce sunt considerate a fi ineficace pentru populatia privita ca ansamblu. Cele mai multe aplicatii ale acestui domeniu se pare ca se vor regasi in terapia cancerului, unde numarul de mutatii posibile in genom este foarte mare, toxicitatea medicamentelor utilizate este ridicata si raspunsul la o aceeasi terapie, intr-un acelasi tip de cancer variaza de la pacient la pacient in limite foarte largi, fiind foarte necesara, deci, individualizarea terapiei.

Bibliografie:

1. Dracopoli N (2002) – Pharmacogenomic applications in clinical drug development – 18th Bristol-Myers Sqiubb Nagoya International Cancer Treatment Symposium, “New Strategies for Novel Anticancer Drug Development”, 8-9 November 2002, Nagoza, Japan;
2. Licinio J (2006) – New directions for 2006, The Pharmacogenomics Journal, Vol.6, Nr.1, Jan/Feb 2006;
3. Ciccolini J, Mercier C, Blachon MF, et al. (2004) – A simple and rapid high-performance liquid chromatography method for 5-fluorouracil assay in plasma and possible detection of patients with impaired dihydropyrimidine dehzdrogenase activity – J Clin Pharm Ther 29:307-315
4. Kawakami K, Omura K, Kanehira E, et al. (1999) – Polymorphic tandem repeats in the thymidylate synthase gene are associated with its protein expression in human gastrointestinal cancers- Anticancer Res 19:3249-3252;
5. Marsh S, Collie-Duguid ES, Li T, et al. (1999) – Ethnic variation in the thymidylate synthase enhancer region polymorphism among Caucasian and Asian populations – Genomics 58:310-312;
6. Serette A, Artioli P, Quartesan R, (2005) – Pharmacogenetics in the treatment of depression: pharmacodynamic studies – Pharmacogenet Genomics 15:61-67;
7. Rybakowsky JK, Suwalska A, Czerski PM, Dmitrzak-Weglarz M, Leszczynska-Rodziewicz A, Hauser J (2005) – Prophylactic effect of lithium in bipolar affective illness may be related to serotonin transporter genotype – Pharmacol Rep 57:124-127;
8. Masselis M, Basile VS, Ozdemir V, Meltzer HZ, Macciardi FM, Kennedy JL (2000) – Pharmacogenetics of antipsychotic treatment: lessons learned from clozapine – Biol Psychiatry 47:252-266;
9. Cichon S, Nothen MM, Rietschel M, Propping P, (2000) – Pharmacogenetics of schizophrenia – Am. J. Med. Genet. 97:98-106;
10. Hanahan D, Weinberg RA (2000) – The hallmarks of cancer – Cell 100:57;
11. www.herceptin.com;
12. Arranz, M. et al. (1995) Association between clozapine response and allelic variation in 5-HT2A receptor gene- Lancet 346, 281–282;
13. Furuta, T. et al. (2001) Effect of genotypic differences in CYP2C19 on cure rates for Helicobacter pylori infection by triple therapy with a proton pump inhibitor, amoxicillin and clarithromycin. Clin. Pharmacol. Ther. 69, 158–168;
14. D. Allorge, M.-A. Loriot (2004) La pharmacogénétique ou la promesse d’une médecine personnalisée : variations du métabolisme et du transport des medicaments (revue générale) – Ann Biol Clin , 62 : 499-511;
15. Hoffmeyer S, Burk O, von Richter O, et al. (2000) Functional polymorphisms of the human multidrug-resistance gene : multiple sequence variations and correlation of one allele with P-glycoprotein expression and activity in vivo. Proc Natl Acad Sci USA ; 97 : 3473-8;
16. Fellay J, Marzolini C, Meaden E, et al. (2002) Swiss HIV Cohort Study Response to antiretroviral treatment in HIV-1-infected individuals with allelic variants of the multidrug resistance transporter 1: a pharmacogenetics study. Lancet; 359 : 30-6;</bibliografie:<>

Iuliana Pirvu

farmacist