FARMAKOGENETIKA

FARMAKOGENETIKA

Léčba pomocí cíleného podávání léků

Zohlednění rozdílů v odpovědi léčených – stejná dávka

u srovnatelných jedinců (pohlaví, věk, hmotnost,

diagnóza):

(a) různá míra léčebného efektu (např. snížení krevního

tlaku);

(b) projevy nežádoucích účinků;

(c) v extrémním případě i život ohrožující účinek

Nežádoucí účinky farmakoterapie → vážný klinický

problém → např. nedávno zveřejněná studie: v USA dojde

k 100 000 úmrtí ročně kvůli nežádoucím účinkům léků

FARMAKOGENETIKA

Reakce organismu na farmakologickou léčbu je

komplexní záležitost

Za značnou část individuální variability v reakci na léčivo

jsou zodpovědné genetické faktory

Farmakogenetika - studium vztahu mezi genetickou

informací jedince a účinkem léčiva

Farmakogenetika sleduje vliv jednotlivých genetických

variant v populaci na účinek podané látky / léku

lék pro léčbu malárie

Pythagoras -> někteří lidé onemocní po požití favových bobů, zatímco jiní nikoli;

podstatou tohoto jevu je deficience enzymu glukóza-6-fosfátdehydrogenázy

(gonozomálně recesivní onemocnění, četnost 1:2000) , v jehož důsledku

dochází po pozření syrových bobů nebo např. po podání antimalarika

primachinu (ale i kyseliny acetylsalicylové, fenacetinu nebo sulfonamidů) k

hemolytické anémii

Farmakogenetické interakce: Primachin

Farmakogenetické interakce : Isoniazid

Isoniazid (INH) je jedním ze základních léků tuberkulózy; velmi dobře se vstřebává ze zažívacího traktu

Rychlá a pomalá acetylace isoniazidu (mutace v N-acetyltransferase 2 )

Hladina INH v krvi:

Rychlí inaktivátoři → hladina INH v krvi klesá rychle

Pomalí inaktivátoři → koncentrace INH zůstává vysoká po delší dobu

Pomalí inaktivátoři (asi 50 % populace) → nižší aktivita enzymu →homozygoti pro recesivní alelu jaterního enzymu N-acetyltransferasy

Při léčbě INH - vedlejší příznaky (nervové potíže nebo kožní vyrážky) častěji než u rychlých inaktivátorůINH při stejné dávce

Rychlost inaktivace léčebný efekt neovlivňuje

Farmakogenetické interakce: Azathioprin

imunosupresivum u příjemců transplantátů a při léčbě akutní lymfoblastickéleukémie

Thiopurin-S-methyltransferasa → podíl na metabolismu thiopurinů:

→ vážné nežádoucími účinky při podání azathioprinu pacientům s genotypem determinujícím nízkou aktivitu thiopurin-S-methyltransferasy (hematopoetická toxicita)

• jeden z prvních, u kterých je k

dispozici komerčně vyráběný

genetický test

(www.prometheuslabs.com/).

Varování před vážnými

nežádoucími účinky v případě

podání azatioprinu pacientům

s genotypem determinujícím

nízkou aktivitu TPMT bylo

schválenou americkou FDA a

je obsaženo přímo v

příbalovém letáku

Dříve farmakogenetická pozorování → sledování rozdílů např. v koncentraci léčiva v krvi nebo odpad jejích metabolitů močí

Nyní sledování molekulárně genetické: např. defekt v molekule příslušného transportéru; metabolizujícího enzymu; některého z faktorů podílejících se na absorpci; distribuci; interakci s cílovou strukturou; odbourání a exkreci → tím dochází k přílišné nebo nedostatečné koncentraci farmaka v organismu

Takové polymorfismy jsou podmíněny změnami ve farmakokinetice -> osud léku v organismu (působení organismu na lék), tj. vstřebávání (absorce), rozdělování v jednotlivých tkáních (distribuce), přeměnu na účinné a/nebo neúčinné látky (biotransformace) a vylučování (eliminace).

Monogenní determinace

Např. polymorfismus v genu pro N-acetyltransferasu, polymorfismy v genech pro cytochrom P450 2D6 (CYP2D6), thiopurin-S-methyltransferasu (TPMT)

FARMAKOGENETIKA

FARMAKOGENETIKA

Komplikovanější situace → zasahuje-li genetický polymorfismus procesů do farmakodynamických nebo je závislý na interakci několika genů

Farmakodynamika: zkoumá účinky léku na organismus,a to žádoucí i nežádoucí; Při odpovídající koncentraci léčiva → účinek závisí např. na expresi cílového genu -např. kódujícího receptor v cílové tkáni

Exprese genu může být nižší nebo vyšší u různých etnických skupin nebo záviset na fázi vývoje organismu(novorozenci, děti, adolescenti, dospělí)

Farmakogenetika

Antidepresivum paroxetin : (ze skupiny selektivních inhibitorů zpětného vychytávání serotoninu - SSRI) →vyvolává u pacientů mladších 18 let sebepoškozující až sebevražedné jednání na rozdíl od pacientů dospělých, kde k těmto reakcím nedochází

• BiDil: lék proti srdečnímu

selhání; Klinické zkoušky v

multietnické skupině

ukázaly efektivitu u

černých pacientů, zatímco

u ostatních bylo

pozorováno jen velmi malé

až žádné zlepšení daného

stavu

Metody farmakogenomiky

Mapování tzv. SNP (single nucleotide polymorphisms -jednonukleotidových variací sekvence DNA)

Z celkového odhadovaného počtu 11-15 milionů genetických polymorfismů u člověka → přes 90 % tvoří SNP

SNP se sdružují do bloků – haplotypů → zpravidla se dědí společně

Haplotypy jsou krátké segmenty chromosomů, které v krátké evoluční historii člověka prodělaly minimální počet rekombinací

Stanovení rizikových haplotypů pro konkrétní lék či lékovou skupinu → u daného jedince pro predikci a případnou prevenci nežádoucích farmakogenetických a nutrigenetických interakcí

Již dnes je pomocí tzv. SNP čipů možné hodnotit u zkoumaného vzorku několik set tisíc polymorfismů zároveň

Systém Amplichip

AmpliChip CYP450 test

Zaměřen na geny rodiny CYP450 (a) cytochrom P450 (CYP) 2D6 a (b) gen CYP2C19, které jsou zásadní pro metabolismus 25 % všech podávaných léčiv

Patnáct tisíc prób umístěných na čipu umožňuje rozlišit různé polymorfismy, duplikace nebo delece genu CYP2D6, a polymorfismy genu CYP2C19 → predikce typu metabolismu léčiv – od pomalého po „ultra-rychlý“.

• DNA (příp. RNA) čipy umožňují současné testování až desítek tisíc genů v jediném vzorku

• Na ploše čipu (cca 1,5 x 1,5 cm) jsou umístěny krátké úseky jednořetězcové DNA o známé sekvenci nukleotidů(oligonukleotidové próby); podle komplementarity basí se na ně specificky váže fluorescenčně značená DNA z analyzovaného vzorku → po laserové detekci hybridizace DNA vzorku s próbou→ automatické vyhodnocení analytickým softwarem

CYTOCHROM P-450

Cytochrom P-450 (CYP enzymy / zabarvené proteiny → pigment -450 nm) – různorodá rodina hemoproteinů

Účastní se přenosu elektronů během enzymatických reakcí

CYP enzymy člověka primárně lokalizované na membráně: (a) vnitřní membrána mitochondrií nebo (b) endoplasmatického retikula

Metabolizmus tisíce endogenních a exogenních sloučenin

Cytochromy P450 přítomny ve většině tkání – syntéza a metabolismus hormonů (např. estrogen, testosteron), cholesterolu, vitaminu D

Jaterní cytochromy – metabolismus léků a toxických sloučenin

Člověk - 57 genů CYP- 450 kódujících variabilní enzymy → 18 rodintvořících 43 subrodin; též 59 pseudogenů

Cytochromy P450

Xenobiotika - cizorodé umělé sloučeniny nejsou vytvářeny přírodními

procesy; jsou tělu cizí (léčiva, jedy, průmyslové chemikálie) a jsou

vylučovány z těla ven

Jednotlivé cytochromy se podílejí na metabolismu xenobiotik různou

měrou

Asi 50% látek, jejichž metabolismus je znám, přeměňuje CYP 3A4

50%

30%

10%4% 2% 2%

3A4

2D6

2C9

1A2

2A6

2C19

CYTOCHROM P-450

CYP1 – léky a steroidní hormony

CYP2 - léky a steroidní hormony (CYP2D6), CYP2C19 metabolismus xenobiotik a antiepileptika

CYP3 - léky a steroidní hormony (včetně testosteronu)

CYP4 – metabolismus mastných kyselin, kyseliny arachidonové

CYP5 - tromboxan-A2-syntáza

CYP7 – biosyntéza žluči, 7-alfa-hydroxyláza steroidů

CYP8- 2 geny: CYP8A1 (prostacyklinsyntáza), CYP8B1 (biosyntéza žluči)

CYP11 – biosyntéza steroidů

CYP17 - biosyntéza steroidů

CYP19 - biosyntéza steroidů: např. aromatázy

CYP20 – neznámá funkce

CYP21 - biosyntéza steroidů

CYP24 – degradace vitaminu D

CYP26 – hydroxyláza retinové kyseliny

CYP27 – CYP27A1 (biosyntéza žluči), CYP27B1 (vitamin D3 1-alfa-hydroxyláza, ativuje vitamin D3)

CYP39 7- -alfa-hydroxylace 24-hydroxycholesterolu

CYP46 – cholesterol-24-hydroxyláza

CYP51 – biosyntéza cholesterolu

Polymorfismy P450

Individuální variabilita v aktivitě jednotlivých P450

Modifikující faktory

Primárně genetická výbava

Mutace – ovlivnění metabolické aktivity izoforem

→ genetický polymorfismus

Mutace autosomálně recesivní / homozygoti

pomalí metabolizátoři

Duplikace, amplifikace / ultrarychlí metabolizátoři

Většina populace homozygoti pro normální gen /

rychlí metabolizátoři

Závislost na rase

Cytochrom P450

INDUKCE, INHIBICE

Indukce – zvýšení exprese genu pro daný enzym; zvýšení hladiny aktivního metabolitu

Vazba indukujícího léčiva na jaderný receptor. Komplex induktoru a receptoru je transportován do jádra – váže se na specifickou oblast DNA

Inhibice – pokles biotransformace léčiva v důsledku vazby jiného současně podávaného léčiva na stejný enzym

a) Obě léčiva – stejné vazebné místo

b) Inhibitor se váže na jiné místo enzymu –konformační změna – znemožní vazbu současně podaného jiného léčiva s aktivním místem

Transmembránové pumpy

P-glykoprotein

Role v adsopci, distribuci a eliminaci řady léčiv

Obranný mechanismus před vstupem xenobiotikdo organismu

Nadměrná exprese genu vede mnohočetné lékové resistenci (MDR fenomén)

ATP (adenosintrifosfát)-vázající membránové transportéry (ABC transportéry)

Aktivní přenos substrátů membránou

Podíl na mnohočetné lékové resistenci

NUTRIGENOMIKA

Nutrigenomika → chemické látky obsažené v běžné potravě ovlivňují rovnováhu mezi zdravím a nemocí po interakci s genomem jedince

Látky obsažené v potravě působí přímo či nepřímo na lidský genom a mění tak jeho strukturu či genovou expresi

Za určitých okolností mohou být stravovací návyky u některých jedinců významným rizikovým faktorem vzniku řady chorob

Některé z cílových genů pro látky obsažené v potravě ovlivňují nástup, incidenci, průběhu a závažnosti některých chronických chorob

Stravovací návyky mohou ovlivnit rovnováhu mezi stavem zdraví a nemoci → závislost na konkrétní genetické výbavě jednotlivce

Individualizovaná výživa může být užita k prevenci, zmírnění nebo léčení chronických nemocí

NUTRIGENOMIKA

Nutrigenetická interakce:

a) Statická interakce

V evropské populaci dospělých → perzistence laktázy → bodová mutace v promotoru genu kódujícího laktázu → přibližně před 9000 lety v severoevropské populaci → způsobila přetrvávající expresi genu a zabránila tak přirozenému vyhasínání funkce laktázy v dospělosti → perzistující tolerance laktózy v dospělém věku

U mláďat savců (i člověka) funkční laktáza → štěpení laktózy přítomné v mléce na monosacharidy – glukózu a galaktózu

Exprese laktázy v enterocytech tenkého střeva podléhá kontrole v průběhu vývoje: (a) je utlumená v průběhu fetálního období, (b) zvyšuje se okolo porodu a (c) klesá po odstavu

Většina dospělých přirozeně laktózu netoleruje - na konzumaci většího množství mléka (které obsahuje 4-8 % laktózy) reaguje bolestmi břicha, případně průjmem → neštěpená laktóza způsobí osmotický transport vody do lumen tenkého střeva a je fermentována bakteriemi střevní mikroflóry

Kulturní adaptací na intoleranci laktózy představují kysané mléčné výrobky s nižším obsahem laktózy a někdy i přítomnosti bakterií secernujících laktázu (Lactobacillus acidophilus)

NUTRIGENOMIKA

b) Dynamická interakce

Může docházet k rozdílné odpovědi na změnu dietního režimu dle genetické výbavy jedince

Při sledování mužské kohorty v období 1988-1996 došlo k výrazné změně složení stravy → ale pouze u nositelů alely CC-204 genu CYP-7A1, který kóduje cholesterol-7alfa-hydroxylasu došlo k redukci hladin cholesterolu, nositelé alely AA-204 na změnu diety nereagovali

NUTRIGENOMIKA

Perspektiva: Individualizovaná výživa

Konečný cíl nutriční genomiky by bylo možné shrnout jako dosažení optimálního dietního režimu pro konkrétního jedince tak, aby byly respektovány nejen kvantitativní a kvalitativní potřeby výživy a aktuální zdravotní stav, ale i genetické dispozice, s cílem zabránit vzniku řady onemocnění, případně přispět k jejich efektivnější terapii