FARMACOGENÉTICA

1. FARMACOGENÉTICA Dr. Ricardo Molina Gasset, Mayo 2013

2. Farmacología deriva del griego “Pharmacon”= droga y “Logos”= conocimiento, definida en forma general es la ciencia de las drogas. En un sentido amplio Farmacología es una rama de las ciencias biológicas que estudia la acción de los agentes químicos sobre los seres vivientes. La acción puede ser beneficiosa o dañina y el ser viviente puede ser animal o vegetal. Droga o fármaco es toda sustancia química capaz de inducir una reacción o cambio en el funcionamiento celular y los tejidos vivos.

3. Subdivisiones de la Farmacología FARMACOGNOSIA: fármacos vegetales, animales, minerales, sintéticos y semisintéticos, bioingenería FARMACOTECNIA Y FARMACIA: formas farmacéuticas industria farmacoquimica dispensación FARMACOQUÍMICA: relación estructura química-acción farmacológia FARMACOLOGÍA CLÍNICA: desarrollo de fármacos, evaluar el uso de fármacos, FVG, etc FARMACOCINÉTICA: ADME VD clearance T1/2 biodisponibilidad bioequivalencia FARMACODINAMIA: Mecanismo de acción, efectos farmacológicos FARMACOGENÉTICA FARMACOGENÓMICA

4. Biología Molecular Aplicaciones Genómicas Tecnologías Proteómicas Investigación Médica Bioimagen Aplicaciones Médicas de la Biotecnología Farmacología Bioingeniería Ingeniería Celular Metodología Bioinformática Fontanarosa, P. B & DeAngelis, C. D. JAMA, 2005, Vol.293 No 7, February 16

5. BREVE HISTORIA DE LA FARMACOGENÉTICA 1º. Garrod (1923) & Haldane (1954) sugieren que la individualidad bioquímica explica las diferentes reacciones que tenemos frente a drogas y alimentos. 2º. Víctor Motulsky (1957): describe conceptos básicos de farmacogenética 3º. Vogel (1959): acuña el término de “FARMACOGENÉTICA” 4º. 1990. Surge el término “FARMACOGENOMIA” 5º. 1991. Lanzado el primer número de la revista “FARMACOGENETICS”

6. Farmacogenética: • Estudio de las diferencias interindividuales genéticamente determinadas en el metabolismo, distribución y acción de los fármacos. Es la rama de la Farmacología que se ocupa del estudio de factores genéticos relacionados con la respuesta individual a los fármacos debidos a variaciones de un gen • Farmacogenómica: Farmacogenética + • Estudio de las variaciones interindividuales genéticamente determinadas en los mecanismos de enfermedad y la eficacia y toxicidad de fármacos, a través del análisis de las bases genéticas de la absorción, distribución, metabolismo, excreción y afinidad por el receptor diana de los fármacos. • Múltiples genes y la relación con ambiente intracelular, extracelular.

7. Práctica médica actual: conduce a un tratamiento ineficiente Eficacia y respuesta limitada de los fármacos actuales

8. ¯ Dosis ­ Dosis No responde Muy poco Se trata una enfermedad, no al individuo. Responde Responde No responde Muy poco Toxicidad Responde

9. RESPONDEDORES NO RESPONDEDORES Un medicamento funciona bien en una persona pero poco o nada en otra con la misma patología. EFECTOS SECUNDARIOS ADVERSOS Unas personas los toleran bien mientras que otras desarrollan efectos adversos.

10. FACTORES QUE CONDICIONAN ESTA RESPUESTA DIFERENCIAL EDAD SEXO, PESO ENFERMEDADES CAMBIOS FISIOLOGICOS: EMBARAZO, LACTANCIA GENES INTRÍNSECOS ESTADO NUTRICIONAL HÁBITOS DE VIDA (DIETA, TABAQUISMO, ALCOHOL, DROGAS) AMBIENTE OTROS MEDICAMENTOS EXTRÍNSECOS

11. Determinantes de un fenotipo • Genética • SNPs • Haplotipos • Expresión transcripcional • Transcripción RNA total • Cantidad (funcionalidad de transcripción) • Proteómica • Transcripción proteínas • Marcadores bioquímicos específicos • Fenotipo • Enfermedad • Respuesta a fármacos ambiente

12. La raza humana ha acumulado tantas mutaciones a lo largo de su evolución que es posible distinguir entre individuos cercanamente relacionados a través de ellos. A estas mutaciones aisladas se les denomina Single Nucleotide Polymorphisms (Polimorfismos de nucleótidos aislados) o SNPs.

13. -3 billion nucleotide base pairs -99% homology -10 Million SNPs (Distribución: 1 cada 300bp) -Tasa de mutación: 10-7 Human DNA A SNP MAP Aproximadamente 7.000.000 de SNPs con frecuencias validadas en bases de datos públicas y privadas Las técnicas moleculares van dirigidas al examen de la variabilidad genética de los individuos (polimorfismos), o a la identificación de perfiles de expresión característicos mediante técnicas de genómica o proteómica

14. Algunos SNPs se ubican en genes involucrados directa o indirectamente en la acción de fármacos. • Receptores • Enzimas • Transportadores • Blancos terapéuticos • Etc Estos polimorfismos pueden afectar la predisposición individual a: • Respuesta de los fármacos • Reacciones adversas (59% de los farmacos que causan RAM son metabolizados por enzimas hepaticas polimorficas)

15. Brockmöller et al, 2008 Ajuste de dosis basado en el genotipo para algunos fármacos. El valor 100% marca la dosis recomendada por el fabricante. A menudo, dependiendo del genotipo las dosis tendrían que ser muy diferentes de las recomendadas

16. Las RAMs suponen un gasto mínimo de 4 billones de dólares anuales al Sistema Sanitario de EE.UU sólo en costes por tratamiento directo • En USA, más de 2 millones de individuos son hospitalizados anualmente con motivo de reacciones adversas a fármacos. • Las RAMs representan el 5% de las admisiones hospitalarias e incrementan la estancia hospitalaria en una media de 2 días (aumenta el coste 2500 $). • Las RMAs son una de las causas directas de muerte en los Estados Unidos • Las RMAs ocurren en un 32% de los pacientes hospitalizados (el 6.7% de los pacientes sufren RMAs severas). • Las RMAs son la 4ª causa directa de muerte en EEUU, con aproximadamente 100,000 muertes /año La Farmacogenética beneficia directamente al 10-20% de las RMAs y se espera que contribuya a mejorar un 15-40% adicionalde RMAs Ingelman-Sundberg M. Int Med, 2001; Pirmohamed M, Park, B K, Trends in Pharmacological Sciences, June 2001

17. Farmacogenética: reducción de riesgos de la terapiaComparación de riesgos fatales Incremento del riesgo fatal (anual) 1 en 107 1 en 106 1 en 105 1 en 104 1 en 103 1 en 102 Electrocución Accidente aéreo Asesinato Accidente de coche Farmacogenética Reacción fatal frente al fármaco prescrito

18. A B EL GENOTIPADO DE POLIMORFISMOS ES HOY RÁPIDO Y MUY SEGURO

19. INDUSTRIA FARMACÉUTICA • Reducción del coste: • -Identificación de dianas terapéuticas • -Desarrollo nuevos fármacos. • Reducción de tiempo y costes de los ensayos clínicos. • Diferenciación del producto en el mercado. • Recuperación de fármacos. • PRÁCTICA MÉDICA • Predecir respuesta terapéutica • Prevenir efectos adversos • Racionalizar terapia farmacológica • LA ECONOMIA • Disminución de gasto farmacéutico • Disminución de hospitalizaciones • Reducción estancias hospitalarias • INDUSTRIA DIAGNÓSTICA • Desarrollo de nuevos tests

20. Implantación de la farmacogénetica en la práctica clínica • Necesidad de adaptar estructuras • Formación y educación de profesionales • Toma de decisiones respecto a los fármacos candidatos a análisis farmacogenéticos: estudios de coste-eficacia • Laboratorios y especialistas-Control de calidad • Aspectos éticos y legales • Protección de los derechos de cada paciente, y el acceso a la información generada • Generación de mas medicamentos huerfanos y genotipos huerfanos • Los fármacos se dirigiran a los genotipos mas frecuentes • Los fármacos se dirigirán a las enfermedades más fáciles de tratar. • Los fármacos se dirigiran a los los genotipos mas adinerados • Intimidad genética • Estratificación de las poblaciones por su genotipo • Discrimación contra individuos y discrimación contra grupos

21. Vías de investigación en Farmacogenética: • Variación en la metabolización de fármacos • Variación en la capacidad de transporte de fármacos • Variación en la sensibilidad de las dianas a los fármacos Algunos polimorfismos con efectos farmacogenéticos conocidos Metabolización Sensibilidad Transporte Sensibilidad Brockmöller et al, 2008

22. Vías de eliminación de fármacos

23. Clinical importance of the cytochromes P450. Lancet 2002, 360: 1155-1162 La familia del citocromo P450 son hemoproteinas involucradas en cadenas de transporte de electrones. Son enzimas del metabolismo oxidativo (Fase 1): Oxida o reduce fármaco, comprende 57 genes (CYP). Evolutivamente antiguas estando presente en bacterias. Ubicada en mitocondrias y RES en en Hígado, Cerebro, Riñón, Pulmón e Intestino. Se denominan P450 porque absorben luz ultravioleta en una λde 450 nm. 57 genes en humanos agrupados en 18 familias y 43 subfamilias. Pueden actuar en la metabolización de: Fármacos Compuestos químicos estraños al organismo Ácido araquidónico y icosanoides, Colesterol y síntesis de ác.biliares, Esteroides, Vitamina D3, Ácido retinoico Otras funciones desconocidas Citocromo P450

24. Fenotipo metabolizador Genotipo Tipo de respuesta a dosis típicas = Reacciones adversas = Intervalo terapéutico = No efectivo Ultrarápido (UM) Actividad Aumentada Conc. Tiempo = Reacciones adversas = Intervalo terapéutico = No efectivo Eficiente (E) Actividad normal = Reacciones adversas = Intervalo terapéutico = No efectivo Actividad reducida Intermedio (I) = Reacciones adversas = Intervalo terapéutico = No efectivo Lento (PM) no actividad Concentraciones de fármaco según Fenotipo Metabolizador Importancia clínica: PM: acumulación del fármaco y reacciones adversas medicamentos (RAM). UM: dosis ineficaces debido a metabolización rápida o reacción muy intensa ante fármacos que tornan en metabolitos activos.

25. CYP2C9/10 CYP21A2 CYP2D6 CYP2A6 CYP2C19 CYP2E1 CYP3A Vía principal en elmetabolismode los fármacos Oxidaciónpor familia de enzimas hepáticas:CYP450 Proporción de fármacos Metabolizados por algún miembro de P450

26. Familia CYP2

27. CYP2D6 El citocromo P450 son monooxigenasas, localizadas en el cromosoma 22, las cuales catalizan muchas reacciones envueltas en el metabolismo de las drogas. El citocromo P450 2D6 (CYP2D6) esta localizado en el hígado y metaboliza sobre el 20% de los fármacos de uso común, en particular agentes cardiovasculares y psicotrópicos. Es la enzima con más polimorfismos  más de 75 variaciones alélicas descritas que tienen repercusión clínica.

28. Sustratos del CYP2D6 β-bloqueantes: Carvedilol, Metoprolol Antiarrítmicos de Clase I: Lidocaina, flecainida, Clorfenamina, Debrisoquina, Metoclopramid, Ondansetron, Tropisetron Opioides: Codeína, Tramadol, Dextrometorfano Antidepresivos: Imipramina, Amitriptilina, Notriptilina, Venlafaxine, Fluoxetine, Paroxetine, Tamoxifen, Vincristina Inhibidoresdel CYP2D6 Antihistamínicos: Clorfenamida, Difenidramina Antipsicóticos: Clorpromazina, Haloperidol Inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina: Citalopram, Fluoxetina Bupropion, Celecoxib, Cimetidina, Clomipramina, Cocaina, Doxorubicina, Metoclopramida Metadona, Moclobemida, Quinidina, Ranitidina, Ritonavir, Terbinafina Inductoresdel CYP2D6 Dexametasona Rifampicina

29. Gen altamente polimórfico, con un gran número de alelos identificados, teniendo relevancia médica los alelos CYP2D6*3, CYP2D6*4 y CYP2D6*6 Fenotipo asociado a cada alelo (población Caucasiana) Alelo Actividad Enzimática Frecuencia CYP2D6*1 Actividad normal 36.0% CYP2D6*2 Actividad normal 33.0% CYP2D6*3 Ausencia total de actividad metabólica 1.0% CYP2D6*4 Ausencia total de actividad metabólica 19.0% CYP2D6*5 Ausencia total de actividad metabólica 4.0% CYP2D6*6 Ausencia total de actividad metabólica 1.0% CYP2D6*8 Ausencia total de actividad metabólica CYP2D6*9 Disminución de la actividad enzimática 2.5% CYP2D6*10 Disminución de la actividad enzimática 2.0% CYP2D6*14 Ausencia total de actividad metabólica CYP2D6*17 Disminución de la actividad enzimática CYP2D6*35 Aumento de la actividad enzimática 5.2% CYP2D6*41 Disminución de la expresión génica 8.4%

30. 5-10%. metabolizadores lentos : 2 copias (combinadas de cualquier modo) de estos 4 alelos: CYP2D6*3, CYP2D6*4, CYP2D6*5 y CYP2D6*6 metabolizadores intermedios:heterocigotos, con un alelo funcional y otro no funcional, o bien homocigotos para alelos parcialmente funcionales.. 80-94%. metabolizadores rápidos:heterocigotos u homozigotos para alelos funcionales. metabolizadotes ultrarrápidos:múltiples copias del gen funcional. La frecuencia de dicho fenotipo en la población Caucasiana puede variar entre 1-10%. 1-10%. Tipo metabolización Prevalencia en poblacion caucasica

31. Diferencias Interétnicas según los tipos de alelos Etnia Alelos Alelos Alelos funcionales no funcionales parcialmente funcionales Caucasianos 71% 26% (CYPD6*4) 3% Asiáticos 50% 9% 41% (CYP2D6*10) Africanos 50% 15%(CYPD6*4,*5) 35% (CYP2D6*17) Principales alelos según su funcionalidad en población Caucasiana Alelos funcionales: *1, *2,*35 Alelos parcialmente funcionales: *9, *10, *17, *41 Alelos no funcionales: *3, *4, *5, *6 La detección de las variantes alélicas de CYP2D6 permite una farmacoterapia individualizada y mas segura.

32. Porcentaje de metabolizadores rápidos para el CYP2D6 Ingelman-Sundberg (2001) Journal of Internal Medicine 250: 186

33. Approximate dose adjustments according to the CYP2D6 phenotype as based on the meta-analysis by Kirchheiner et al. (Mol. Psy. 2004) PM IM UM EM

34. Dosis requerida de Nortriptilina en función del genotipo La Nortriptilina es un antidepresivo utilizado para el tratamiento de depresiones severas. En la figura se muestra la dosis requerida por día en función del genotipo del citocromo CYP2D6, que contribuye a su metabolización. Aquellos que lo eliminan más rápido necesitan una dosis más alta.

36. CYP2D6 y antidepresivos Kirchheiner J, Nickchen K, Bauer M, et el. Mol Psychiatry 2004 May; 9 (5):442-73.

37. CYP2D6 y antipsicóticos Kirchheiner J, Nickchen K, Bauer M, et el. Mol Psychiatry 2004 May; 9 (5):442-73.

38. Presentar déficit o inhibición de CYP no necesariamente produce aumento del efecto farmacológico. • La Codeina es un opiaceo de amplio uso, y baja potencia analgésica. • 90% es metabolizada por CYP2D6 (desmetilación) a Morfina. • 10% es metabolizado por CYP3A4 a norcodeína y codeína-6-glucuronico. • 7% de los caucásicos son PM  no son capaces de producir esta transformación  escaso o nulo efecto analgésico. • 10% de los caucásicos son UM  Se intoxican con morfina en dosis habituales. Este resultado es empeorado si CYP3A4 es inhibido farmacológicamente.

40. Coste medio hospitalización por año Genotipo CYP2D6 Estancia media hospitalización Normal(“Metabolizador eficiente”) + fármaco 2D6 15 días 7,300$ / año 24 días 12,000$ / año Lento (“Metabolizador lento”) + fármaco 2D6 CYP2D6: costes de pacientes hospitalizados por genotiposResultados de estudios piloto Source: J. Clin. Pharmacol. 20: 246, 2000

41. CYP2C19 • El gen es polimórfico con mas de 20 alelos • Los alelos CYP2C19*2 yCYP2C19*3 tiene relevancia, porque presentan una actividad enzimática disminuida • En el CYP2C19*2 hay una sustitución de G681>A causando un error de lectura y produciéndose una proteína modificada • En el CYP2C19*3 hay una sustitución de G636>A creándose un codón de parada anterior y produce una proteina truncada • Son metabolizadores lentos (PM): • 2-6% Caucásicos • 15-20% Asiáticos • 10-20% Africanos 10q24.1-q24.3

42. Sustratos del CYP2C19 Antidepresivos: amitriptilina, citalopram, clomipramina, fluoxetina, imipramina, moclobemida Antiepilépticos: fenitoína, fenobarbitona, S-mefenitoína Benzodiacepinas: diazepam Inhibidores bomba protones: lansoprazol, omeprazol, pantoprazol Miscelánea: carisoprodol, ciclofosfamida, hexobarbital, indometacina, R-mefobarbital, nelfinavir, nilutamida, primidona, progesterona, proguanil, propanolol, tenipósido, (R)-warfarina (8-OH)

43. Polimorfismo del CYP2C19: CYP2C19*1: Alelo normal CYP2C19*2: Alelo actividad disminuida CYP2C19*3: Alelo actividad disminuida Distribución de los atendiendo a su genotipo: GENOTIPO FENOTIPO Homozigoto CYP2C19*1 // CYP2C19*1 - metabolizadores rápidos. Heterozigoto CYP2C19*1 // CYP2C19*2 - metabolizadores rápidos. Heterozigoto CYP2C19*1 // CYP2C19*3 - metabolizadores rápidos. Homozigoto CYP2C19*2 // CYP2C19*2 - metabolizadores lentos. Homozigoto CYP2C19*3 // CYP2C19*3 - metabolizadores lentos. Heterozigoto CYP2C19*2 // CYP2C19*3 - metabolizadores lentos.

44. H. pylori Tasa de curación basada en el genotipo CYP2C19 Tasa Total de Curación = 52% (n=62) (n=9) (n=25) Tasa en % de curación (n=28) CYP2C19*2/ CYP2C19*3 CYP2C19*2/ CYP2C19*2 wt/ CYP2C19*2 wt/ CYP2C19*3 wt/wt Omeprazol 20 mg/d durante 6-8 semanas Amoxicilina 2000 mg/d durante 2 semanas T. Furuta et al., Ann. Int. Med., 129: 1027-1030, 1998

45. CYP3A4 • La segunda en importancia metabólica. • En poblaciones presenta actividad continua Gaussiana  Múltiples genes involucrados en su regulación. • Polimorfismos tienen poco importantes en clínica. • Importancia por Inducción / Inhibición: Su actividad puede variar hasta 400 veces  Mucha importancia comparado con genética.

46. CYP1A2 • Sin polimorfismos de importancia. • Principal inductor: Tabaco. • Si un sujeto deja de fumar bruscamente y mantiene dosis de fármacos puede intoxicarse.  Mucha importancia comparado con genética.

47. CYP 2C9*2 y CYP 2C9*3 • El Citocromo P-450-2C9 localizado en el hígado metaboliza fármacos de uso común: : S-warfarin, Ibuprofen, Diclofenaco, accenocumarol. • El gen es polimórfico. Los alelos CYP2C9*2, CYP2C9*3, CYP2C9*6, CYP2C9*15 Y CYP2C9*25 son inactivos. • Los pacientes con un genotipo metabolizador lento probablemente necesitan dosis mas bajas de S-Warfarina o Acenocumarol, teniendo mayor riesgo de sangrado.

48. Accenocumarol CYP2C9 Epoxido Reductasa Inactivación Farmacocinética  -Carboxylasa (GGCX) Accenocumarol inhibe el ciclo de la Vitamina K Factores de coagulacion Vit. K dependientes (FII, FVII, FIX, FX, Protein C/S)

49. La principal via para la eliminación del acenocumarol es a través de la oxidación en el hígado por el CYP2C9 • Metabolismo del Acenocumarol en función de los polimorfismos CYP2C9: • CYP2C9*1 (salvaje) - normal • CYP2C9*2 (Arg144Cys) - bajo/intermedio • CYP2C9*3 (Ile359Leu) - bajo • Frecuencia de alelos CYP2C9 de bajo metabolismo: • Europeos: CYP2C9*2 - 10.7% • CYP2C9*3 - 8.5 % • Asiaticos: CYP2C9*2 - 0% • CYP2C9*3 - 1-2% • Africanos: CYP2C9*2 - 2.9% • CYP2C9*3 - 0.8%

50. Accenocumarol CYP2C9 Epoxido Reductasa Inactivación Farmacocinética  -Carboxylasa (GGCX) Accenocumarol inhibe el ciclo de la Vitamina K Factores de coagulacion Vit. K dependientes (FII, FVII, FIX, FX, Protein C/S)