Genetycznie uwarunkowane,

indywidualne reakcje

chorych na leki

w zależności od fenotypu i

genotypu

Opracował: Dr Przemysław Niewiński

Katedra i Zakład

Farmakologii Klinicznej

AM we Wrocławiu

Farmakogenetyk

W roku 1959, Friedrich Vogel pierwszy

użył terminu farmakogenetyka

farmakogenetyka

jako

„badanie roli genetyki w

odpowiedzi na działanie leku”.

•

przedłużone działanie
zwiotczające mięśnie po
podaniu sukcynylocholiny...

( nie mylić z Corhydronem)

Dzięki

farmakogenetyce

wyjaśniono

szereg zagadkowych,

indywidualnych odmienności

w reakcji organizmu na leki:

•

przedłużone działanie zwiotczające
mięśnie po podaniu
sukcynylocholiny...

•

omdlenia ortostatyczne po
podaniu leku obniżającego
ciśnienie- debryzochiny...

•

obwodowe neuropatie u chorych
na gruźlicę leczonych
izoniazydem...

Dzięki

farmakogenetyce

wyjaśniono

szereg zagadkowych,

indywidualnych odmienności

w reakcji organizmu na leki:

•

przedłużone działanie

zwiotczające mięśnie po podaniu
sukcynylocholiny...

BCHE

•

omdlenia ortostatyczne po

podaniu leku obniżającego

ciśnienie- debryzochiny...

CYP2D6

•

obwodowe neuropatie u chorych

na gruźlicę leczonych
izoniazydem...

NAT2

Dzięki

farmakogenetyce

wyjaśniono

szereg zagadkowych,

indywidualnych odmienności

w reakcji organizmu na leki:

Najczęstsze działania niepożądane

leków (ADRs) związane z

polimorfizmem genetycznym

Leki

Terapia

Enzym

Częstość

występowania

Fluoxetine antidepressant CYP1A2/CYP2D6 2-6/3-10

Imipramine antidepressant CYP1A2/CYP2D6 12/3-10%
Isoniazid antituberculosis NAT

50-59%

Metoprolol Beta-blocker CYP2D6 3-10%
Naproxen NSAID CYP2C9

2-6%

Phenytoin Anticonvulsant CYP1A2 12%
Piroxicam NSAID

CYP1A2

12%

S-Ibuprofen    NSAID                  CYP1A2                           12%
S-Warfarin     Anticoagulant        CYP2C9                          2-6%
Theophylline  Brochodilator        CYP1A2                           12%

From Pharmacogenomic:Social, Ethical and Clinical Dimensions, M. Rothstein, ed.

Farmakogenetyk

a a

armakogen

omika

Od kilku lat jednak termin
„farmakogenetyka

farmakogenetyka

” jest powoli

wypierany przez nowy termin –
„farmakogenomika

farmakogenomika

”.

Farmakogenetyka a

farmakogenomika

• Farmakogenetyka

rozpoczynała od

nietypowej reakcji na lek, aby przez
badanie fenotypu dotrzeć do
odpowiedzialnej za tę reakcję
mutacji genu.

• Farmakogenomika

jest próbą

odwrócenia podejścia do problemu
odmienności osobniczych.

Farmakogenomika

Rozpoczyna od odkrytych wielu różnic
genetycznych, takich jak liczne SNP,
aby poprzez analizę DNA,
RNA (transkryptomika)
i powstającego białka (proteomika)
dotrzeć do osobniczych reakcji będących
sumą tych wszystkich czynników.

Molekularne mechanizmy

polimorfizmu genetycznego

• mutacje pojedynczego nukleotydu

(Single Nucleotid Polymorphism -
SNP)

• mutacje dotyczące

genu

Mutacje pojedynczego

nukleotydu (Single Nucleotid

Polymorphism - SNP

)

• w regionie kodującym

• w regionie niekodującym:

a) w obrębie sekwencji regulacyjnych

(nadmierne lub niedostateczne wytwarzanie

białka aktywnego)

b) w obrębie intronu

(niewłaściwe przyłączenie mRNA i

powstanie skróconego produktu białkowego)

Mutacje dotyczące genu

•

delecje genu,

• zdwojenia/zwielokrotnienia genu,

• genetyczna rekombinacja,

• powtórzenia nukleotydu

Badania profilu

farmakogenetycznego

Dziedzicznie zdeterminowane osobnicze

różnice w działaniu leków mogą być

rozpoznawane na podstawie:

badania aktualnej
aktywności
organizmu

badania zapisanej w
DNA predyspozycji
genetycznej

ocena fenotypu

ocena
genotypu

Badania profilu

farmakogenetycznego

- oznaczanie fenotypu

W celu oznaczenia fenotypu stosuje się
różne metody analityczne,
z użyciem substancji modelowych (np.
sparteiny, debrizochiny,
dekstrometorfanu, izoniazydu czy

sulfadimidyny).

armakogen

omika

Różnice pomiędzy farmakogenomiką

farmakogenomiką

farmakogenetyką

są kwestią skali i

podejścia. Tam gdzie badania zwane

farmakogenetycznymi

dotyczyły

pojedynczych mutacji, w małych
grupach, farmakogenomika

farmakogenomika

zajmuje się

przesiewowymi badaniami dziesiątek
lub setek mutacji w całych populacjach.

Genomi

omi

Porównawcza

genomi

omi

Funkcjonalna genomi

omi

Farmakogenomi

omi

Nutrigenomi

omi

Transkryptomi

omi

Proteomi

omi

Interaktomi

omi

Metabolomi

omi

Modna nazwa:

...-OMIKA

Nutrigenomiką

nazwano badanie

zależności między dietą a genomem, celem

tych badań ma być określenie genetycznych

predyspozycji do chronicznych lub

związanych z wiekiem chorób

wieloczynnikowych (takich jak nowotwory,

osteoporoza, choroby neurologiczne i

choroby układu krążenia), które można

łagodzić lub im zapobiegać za pomocą

odpowiedniego odżywiania.

Nutri

genomi

Farmakogenetyka

–

mechanizmy

Genetyczny polimorfizm
spowodowany dziedzicznie
przekazywanymi mutacjami w DNA
może dotyczyć:

• enzymów metabolizujących leki,
• transporterów przenoszących leki;
• receptorów komórkowych

Farmakogenetyka

– mechanizmy

Wchłanianie

Dystrybucję

Metaboli
zm

Wydalanie

Recepto
ry

Kanały jonowe

Transportery

neuroprzekaźników

Odmienna farmakokinetyka

Odmienna

farmakodynamika

poprzez wpływ na:

Genetycznie uwarunkowane

zaburzenia transportu leków

mogą być następstwem zwiększonej

ekspresji genu

ABCB1(MDR1)

(

TP-

inding

assette, subfamily

, member

–

ABCB1

dawniej nazywanego genem oporności wielolekowej

MDR1

(

ulti

rug

esistance 1 –

MDR1

odpowiadającego za wytwarzanie

białka P-glikoproteiny (

P-gp

)

P-glikoproteina

(

P-gp

)

• jest członkiem grupy kasetowych

transporterów wiążących ATP, z którego

pochodzi energia umożliwiająca transport

przez błonę komórkową.

• jest obecna w

błonach komórek nabłonka

jelit, nerek oraz wątroby

, wpływa na

wchłanianie i eliminację leków,

• występuje też w

błonach komórek śródbłonka

mózgu

, gdzie może decydować o transporcie

leków do OUN.

P-glikoproteina

(

P-gp

)

na zasadzie transportu

aktywnego

wyrzuca leki z komórek,

zapobiegając ich kumulacji.

wchłaniania leków z jelita,

przenikania leków

przez barierę krew-mózg

Odgrywa istotne znaczenie w procesie

eliminacji leków

z moczem i żółcią

Leki będące substratami

podlegającymi transportowi

przez P-gp:

leki sercowo-naczyniowe

digoksyna, chinidyna, celiprolol,

talinolol, werapamil

• leki przeciwnowotworowe

aktynomycyna D, doksorubicyna,
daunorubicyna, etopozyd,
irynotekan, paklitaksel, winblastyna

• leki immunosupresyjne

cyklosporyna A, takrolimus

Leki będące substratami

podlegającymi transportowi

przez P-gp

• steroidy

aldosteron, hydrokortyzon, deksametazon

• opioidy

morfina, metadon

• leki przeciwgruźlicze

ryfampicyna

• leki różne

cefazolina, kolchicyna, atorwastatyna,
erytromycyna, flufenazyna, lowastyna,
perfenazyna, ondansetron, fenytoina,
tamoksyfen, tiorydazyna, loperamid.

Genetycznie uwarunkowany

polimorfizm

butyrylocholinesterazy

(BCHE

)

wielokrotnie dłuższe niż normalnie
działanie sukcynylocholiny
(suksametonium) stosowanej w
anestezjologii jako środek
zwiotczający mięśnie.

Genetycznie uwarunkowany

polimorfizm

metylotransferazy

tiopuryny

Substratami enzymu metylotransferazy
tiopuryny (

hio

urine S-

ethyl

ransferase –

TPMT

) są

chemioterapeutyki
przeciwnowotworowe: merkaptopuryna,
tioguanina, azatiopryna.

Genetycznie uwarunkowany

polimorfizm

metylotransferazy

tiopuryny (TPMT

)

U osób z małą aktywnością

TPMT

(IM, PM), leczonych merkaptopuryną,
tioguaniną, azatiopryną, w komórkach
gromadzą się toksyczne metabolity
(nukleotydy tioguaniny – TG)
hamujące czynność szpiku kostnego i
powodując mielosupresję.

Genetycznie uwarunkowany

polimorfizm dehydrogenazy

dihydropirymidyny (DPD

)

Substratem

DPD

jest fluorouracyl.

U osób z małą aktywnością

DPD

leczonych fluorouracylem, zwiększa się

toksyczność leku, której następstwem

jest mielosupresja oraz toksyczne

zaburzenia czynności układu

nerwowego i przewodu pokarmowego.

Genetycznie uwarunkowany

polimorfizm

glukuronylotransferazy

(UGT1A1)

Substratem

UGT1A1

jest irynotekan.

U osób z małą aktywnością

UGT1A1

leczonych irynotekanem, aktywny

metabolit leku ulega kumulacji, czego

następstwem może być ciężka

biegunka, leukopenia i

małopłytkowość, jako wyraz działania

toksycznego.

Genetycznie uwarunkowany

polimorfizm dehydrogenazy

glukozo-6-fosforanowej

(fawizm)

U ludzi z dziedzicznie uwarunkowanym

niedoborem dehydrogenazy glukozo-6-
fosforanowej ostra niedokrwistość
hemolityczna krwinek czerwonych występuje
po podaniu leków o właściwościach
utleniających takich jak:

• prymachina,
• akrydyna,
• kwas acetylosalicylowy,
• aminofenazon,
• tolbutamid,

Genetycznie uwarunkowany

polimorfizm dehydrogenazy

glukozo-6-fosforanowej

(fawizm)

• sulfonamidy,
• sulfony,
• pochodne sulfonylomocznika,
• pochodne chinoliny,
• pochodne aniliny,
• nitrofurantoina,
• fenylohydrazyna,
• syntetyczne witaminy K.

Hipertermia złośliwa

Podczas stosowania środków znieczulenia
ogólnego i zwiotczających u osób z dziedziczną
predyspozycją do złośliwej hipertermii (Malignant
Hyperthermia –

) gwałtownie wzrasta

• ciepłota ciała (do 43-44°C),
• napięcie mięśni,
• pojawia się przyspieszenie akcji serca, duszność,

sinica, rozwija się kwasica metaboliczna i
oddechowa,

• wzrasta stężenie potasu, zmniejsza się stężenie

wapnia we krwi, rozwija rabdomioliza.

Hipertermia złośliwa

U osób będących nosicielami zmutowanego
genu kodującego wytwarzanie

receptora

rianodynowego (Rianodine Receptor -

RYDR

kontrolującego kanał wapniowy, zachodzi
niekontrolowany napływ do komórki jonów Ca.
Aktywne usuwanie z komórki jonów Ca przez
dążący do homeostazy organizm powoduje
wytwarzanie dużej ilości ciepła.

Badania profilu

farmakogenetycznego

Dziedzicznie zdeterminowane osobnicze

różnice w działaniu leków mogą być

rozpoznawane na podstawie:

badania aktualnej
aktywności
organizmu

badania zapisanej w
DNA predyspozycji
genetycznej

ocena
fenotypu

ocena
genotypu

Badania profilu

farmakogenetycznego

- oznaczanie fenotypu

W celu oznaczenia fenotypu
stosuje się różne metody
analityczne,
z użyciem substancji modelowych
(np. sparteiny, debrizochiny,
dekstrometorfanu, izoniazydu czy
sulfadimidyny).

Badania profilu

farmakogenetycznego

- oznaczanie genotypu

Najczęściej wykorzystuje się:

• metodę polimerazowej reakcji

łańcuchowej (Polymerase Chain

Reaction -

PCR

)

w połączeniu z

• metodą analizy polimorfizmu

długości fragmentów restrykcyjnych

(Restriction Fragment Length

Polymorphism –

RFLP

)

PCR/RFLP

Polymerase Chain Reaction

/Restricted Fragment Length Polymorphism

http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/publicat/hgn/v10n3/images/megabaces.jpg

Badania profilu

farmakogenetycznego

- oznaczanie genotypu

Nowoczesna metoda genotypowania,

za pomocą chipów genowych

(matryc genowych)

pozwala na szybkie określenie

wielu mutacji

u jednego osobnika

jednej mutacji

u wielu osobników

Mikroczipy

Pierwszy

mikroczip

DNA

zatwierdzony

przez

FDA

Anal

izuje

Cyp450 2D6

2C19

Skutki genetycznie

uwarunkowanego polimorfizmu
enzymów biorących udział w
metabolizmie leków

• istotna klinicznie liczba zdarzeń

niepożądanych,

• nieskuteczność terapii

Genetycznie

uwarunkowany

polimorfizm dotyczy:

•

enzymów cytochromu P-450

• N-acetyltransferazy,
• dehydrogenazy glucozo-6-

fosforanowej,

• transferazy S-glitationu,
• dehydrogenazy alkoholowej.

Genetycznie uwarunkowany

polimorfizm metabolizmu leków-

subpopulacje

•

ekstensywni metabolizerzy -Extensive drug

metabolism (EM)

– dobra odpowiedź na

zastosowany lek,

•

słabi metabolizerzy-

słabi metabolizerzy- Poor drug metabolism

(PM)

– grupa potencjalnego ryzyka wystąpienia

toksyczności i niepożądanych działań leku

•

bardzo ekstensywni metabolizerzy

bardzo ekstensywni metabolizerzy Ultra-
extensive drug metabolism (UEM)

–

niepowodzenie leczenia,

•

pośredni metabolizerzy

pośredni metabolizerzy –Intermediate

metabolism (IM) – osłabione działanie leku

Rodzina Cytochromu

P450 (CYP

)

•  57 geny CYP,
•  33 psudogeny,
•  18 rodzin,
•  42 podrodziny,
•  CYP1, CYP2, CYP3 – głównie

odpowiedzialne za metabolizm
leków.

Genetycznie

uwarunkowany

polimorfizm a

utlenianie leków

•

CYP2 D6,

• CYP2 C9,
• CYP2 C19

• CYP2 B6.

Biorą udział w metabolizmie 40%

aktualnie stosowanych leków

CYP2D6 locus -

chromosom 22

CYP2D6 -

charakterystyka

• stanowi jedynie 2,6% ogólnej puli

wątrobowej izoenzymów P450,

• bierze udział w metabolizmie około

100 aktualnie stosowanych leków,

•  48 mutacji,
•  53 allele,
•  „niezmutowany” allel:

CYP2D6

*1, wild type (prawidłowy).

Główne mutacje alleli

CYP2D6

•

CYP2D6*3, CYP2D6*4, CY2D6*5

brak

aktywności enzymatycznej

•

CYP2D6* 10A, CYP2D6* 10B, CYP2D6*

10C

– osłabiona aktywność enzymatyczna,

•

CYP2D6* 2X

-zwiększona aktywność

enzymatyczna.

Badania populacyjne

CYP2D6

• rasa kaukaska: 5-10%

słabych

metabolizerów

(PM),

• rasa żółta: 1-2 %

słabych

metabolizerów

(PM),

• rasa kaukaska: 1-10%

ultra

szybkich metabolizerów

(UEM)

Populacja chorych z tą samą

diagnozą

5.5%

spodziewana

słaba lub brak

reakcji na lek

(UEM)

Zastosować inny

lek

7% -zwiększone

ryzyko toksyczności

(PM)

Zmniejszyć dawkę

lub zastosować inny

lek

Spodziewana

dobra

odpowiedź na

lek

TRENDS in Genetics, 2003,19, 661

Skutki kliniczne genetycznie

uwarunkowanego metabolizmu z

udziałem cytochromu P450

CYP2D6

20-30

milionów osób należy

do słabych metabolizerów

CYP2D6

(

(PMs

PMs

)

15-20

milionów osób

należy do

ultraszybkich

metabolizerów

CYP2D6, zdwojenie

genu

genu (UEMs

(UEMs

)



zbyt wolny

metabolizm leku



zbyt duże stężenie w

osoczu przy dawkach

standardowych



duże ryzyko ADR



brak odpowiedzi

klinicznej na niektóre

leki (np. enkainid)



zbyt szybki

metabolizm leku



brak odpowiedzi przy

dawkach standardowych

leku

(non-responders)

TRENDS in Pharmacological Sciences 2004, 25,195

Sekwencje DNA

występujące w populacji

Typ dziki

(wild type-

)

Homozygoty

typu dzikiego

(

wt/wt

)

Typ zmutowany

(mutated type-

mut

)

Heterozygoty

(

wt/mut

)

Homozygoty

typu zmutowanego

(

mut/mut

)

Współczynnik metaboliczny

(MR)

MR =

Wydalona z moczem sparteina

Suma wydalonych z moczem

metabolitów sparteiny

Współczynnik metaboliczny

(MR)

MR < 20 - (EM) – ekstensywni (szybcy)

utleniacze

MR > 20 - (PM) – słabi (wolni) utleniacze

Przykładowe zadania na obliczanie

współczynnika metabolicznego (MR) u

pacjentów i podawania interpretacji

klinicznej otrzymanego wyniku.

•
• Sparteiny

16,015

• 5 – DSP

0,0195

• 2 – DSP

0,1213

• Suma DSP

0,1408

Przykładowe zadania na obliczanie

współczynnika metabolicznego (MR) u

pacjentów i podawania interpretacji

klinicznej otrzymanego wyniku.

•
• Sparteiny -

16,015

• 5 – DSP

0,0195

• 2 – DSP

0,1213

• Suma DSP -

0,1408

• MR = 113,75

Zalecane dawki leków

w zależności od genotypu

Lek

Standardo

wa dawka

[mg]

Fenotyp

[zalecany % dawki

standardowej]

Enzym

[%]

S-warfaryna

125

CYP2C

Omeprazol

125

CYP2C

Amitryptylina

150

100

125

150

CYP2D

Nortryptylina

150

100

125

200

CYP2D

Imipramina

150

133

200

CYP2D

Tropisetron

133

CYP2D

Propafenon

450

133

CYP2D

Izoniazyd

200

125

250

NAT2

merkaptopuryn

250

[mg/m

]

300

500

TPMT

Zadanie 1

Chory leczony z powodu depresji

fluoksetyną, przyjmował również
preparaty dziurawca.
Wystąpiły u niego dreszcze, drżenia
mięśniowe, biegunka a także
zaburzenia koordynacji ruchów.

Wyjaśnij jaka mogła być przyczyna

obserwowanych objawów.

Zadanie 2

Chory lat 46, po przebytym zawale serca,

poddany z powodu migotania przedsionków
leczeniu przeciwarytmicznemu standardową
dawką 450 mg/dobę propafenonu początkowo
zareagował prawidłowo na leczenie. Jednak po
8 dniach leczenia pojawiły się objawy
opisywane przez chorego jako „ kołatanie
serca” a badanie ekg wykazało pojawienie się
komorowych zaburzeń rytmu, które wymusiły
odstawienie leku. Co mogło być
prawdopodobną przyczyną powikłań
farmakoterapii?

Zadanie 3

U chorego lat 46, po przebytym zawale serca, z powodu

napadu migotania przedsionków podano 2,0g
chinidyny doustnie uzyskując powrót rytmu
zatokowego. Następnie w celu utrzymania
prawidłowego rytmu poddano go leczeniu
przeciwarytmicznemu standardową dawką 450
mg/dobę propafenonu początkowo zareagował
prawidłowo na leczenie. Jednak po 3 dniach leczenia
pojawiły się objawy opisywane przez chorego jako
„ kołatanie serca” a badanie ekg wykazało ponowne
pojawienie się migotania przedsionków. Co mogło być
prawdopodobną przyczyną powikłań farmakoterapii?

Zadanie 4

Chora

lat

58,

poddana

allogenicznemu

przeszczepowi

nerki,

otrzymywała

leczenie

immunosupresyjne.  Podawano  jej  azatioprynę  w
dawce  2  mg/kg/24  h  przez  10  dni.  Z  powodu
zmniejszenia  liczby  krwinek  białych  dawkę
zmniejszono do 0,75 mg/kg/24 h. W dwa tygodnie
później  nastąpiła  hospitalizacja  z  podejrzeniem
ostrego  odrzucania  przeszczepu.  Zwiększono
dawkę  azatiopryny  do  1  mg/kg/24  h.  Po
następnych  2  tygodniach  wystąpiła  ciężka
mielosupresja,  która  doprowadziła  do  zgonu
chorej.

było

przyczyną

powikłań

farmakoterapii?

Document Outline

Slide 1
Slide 2
Slide 3
Slide 4
Slide 5
Slide 6
Slide 7
Slide 8
Slide 9
Slide 10
Slide 11
Slide 12
Slide 13
Slide 14
Slide 15
Slide 16
Slide 17
Slide 18
Slide 19
Slide 20
Slide 21
Slide 22
Slide 23
Slide 24
Slide 25
Slide 26
Slide 27
Slide 28
Slide 29
Slide 30
Slide 31
Slide 32
Slide 33
Slide 34
Slide 35
Slide 36
Slide 37
Slide 38
Slide 39
Slide 40
Slide 41
Slide 42
Slide 43
Slide 44
Slide 45
Slide 46
Slide 47
Slide 48
Slide 49
Slide 50
Slide 51
Slide 52
Slide 53
Slide 54
Slide 55
Slide 56
Slide 57
Slide 58
Slide 59
Slide 60