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Universidade Federal de Pernambuco Centro de Ciências Biológicas Departamento de Bioquímica Aula Teórica: Farmacogenética e Farmacogenômica Disciplina: Biologia Molecular Curso: Ciências Farmacêuticas Profa. Dra. Maira Galdino da Rocha Pitta Diferença entre farmacogenética e farmacogenômica Alguns veem a farmacogenômica como uma disciplina mais ampla, englobando a farmacogenética. Enquanto outros a veem como uma sub-disciplina da farmacogenética… Este debate fez com que o EMEA (European Medicines Agency) publicasse: “Position Paper on Terminology in Pharmacogenetics’’ em 2002 Diferença entre farmacogenética e farmacogenômica => Farmacogenética pode ser descrita como o estudo do efeito das diferenças genéticas entre indivíduos (o genótipo) sobre as respostas aos fármacos (fenótipo) . => Farmacogenômica é o exame das variação interindividuais (em todo o genoma ou em um grande número de genes) com o objetivo de encontrar novos alvos terapêuticos ou para identificar diferenças entre a expressão de genes e da resposta a compostos químicos diferentes. A utilidade de diagnóstico em farmacogenômica vem da capacidade de determinar por um teste genético a probabilidade de um medicamento de induzir efeito tóxico em uma população Perfil genético com toxicidade para a dose usual do tratamento A: deve-se tratar o paciente com baixa dose do tratamento A ou com fármaco alternativo B Perfil genético favorável a resposta ao tratamento A e B Perfil genético favorável a resposta ao tratamento C e D Origem da Farmacogenômica: há muito tempo se acredita que a resposta aos medicamentos varia em função da história familiar... Origem da Farmacogenômica: 510 a.C.: Pitágoras observou efeito tóxicos (hemólise aguda) da fava (Vicia faba) (planta da família das leguminosas) em alguns indivíduos Origem da Farmacogenômica No meio do século XIX: Gregor Mendel propõem o principio da hereditariedade (as leis de Mendel), introduz o conceito de genes dominantes e recessivos para explicar que certas características podem não estar presentes em uma geração e aparecerem na outra Origem da Farmacogenômica 1902: Archibald Garrod, médico inglês, emprega o termo ‘Erros inatos do metabolismo’ para definir aquelas doenças causadas por algum erro no metabolismo genético e emprega o termo ‘individualidade química’, que os genes apresentam um papel importante no efeito dos medicamentos Origem da Farmacogenômica 1932: Sryder faz o primeiro estudo sobre um SNP e apresenta um trabalho sobre a resposta a feniltiocarbamida (capacidade de alguns indivíduos de sentirem o gosto deste composto) Origem da Farmacogenômica 1957: Kalow e Staron caracterizaram a deficiência da enzima colinesterase no soro de alguns indivíduos, Observou 'apnéia (interrupção da respiração) prolongada', provocada pelo composto succinilcolina. Esse medicamento é usado durante a anestesia geral para causar relaxamento ('paralisia') da musculatura esquelética, especialmente dos músculos respiratórios. Normalmente, os efeitos da succinilcolina duram apenas alguns minutos, devido à sua rápida destruição pela enzima colinesterase, presente no plasma sangüíneo. Quando a infusão é interrompida, a grande maioria dos pacientes volta a respirar espontaneamente em poucos minutos. No entanto, em alguns casos isso só ocorre após muitas horas, ou seja, há uma 'apnéia prolongada'. Kalow demonstrou que isso se deve a alterações do gene da colinesterase, que se torna incapaz de destruir a succinilcolina. Origem da Farmacogenômica 1959: Vogel aplica o termo ‘farmacogenética’ 1962: Kalow publica a primeira monografia em ‘farmacogenética’´- Pharmacogenetics: heredity and the response to drug Origem da Farmacogenômica 1980: Weinshiboum e Sladek descobriram o polimorfismo genético da tiopurina- metiltransferase (TPMT), que é uma enzima do citocromo p450 1977: Smith publica o primeiro estudo sobre o papel das enzimas do citocromo p450 que afetam o metabolismo dos medicamentos Origem da Farmacogenômica 1985: PCR permite que sequencias genéticas sejam amplificadas 1991: Criada a revista Pharmacogenetics 1997: O nome farmacogenômica aparece na literatura Origem da Farmacogenômica 2000: Criação do site ‘PharmGKB’, construida pelo National Institutes of Health Pharmacogenetics Research Network 2003 A sequencia do genoma humano está praticamente pronta Início do projeto ‘HapMap’ para construção de um mapa dos grupos de correlação A FDA: diretrizes para publicação de dados farmacogenéticos Origem da Farmacogenômica 2004: Caracterização de >1,8 milhões de SNPs Resumo: há muito tempo se sabe que pacientes tratados com as mais diversas drogas apresentam variabilidade de resposta e de susceptibilidade a toxicidade a medicamentos. Uma proporção considerável de pacientes tomando uma dose padronizada de determinado medicamento não responde, responde apenas parcialmente ou experimentam reações adversas ao medicamento. Nos Estados Unidos, mais de dois milhões de hospitalizações e 100.000 mortes por ano são decorrentes de reações adversas a medicamentos (Lazarou J, Pomeranz BH, Corey PN. Incidence of adverse drug reactions in hospitalized patients: a meta-analysis of prospective studies. JAMA 1998;279(15):1200-5.) ~ 4% de todos os novos medicamentos lançados são retirados do mercado devido às reações adversas (Jefferys DB, Leakey D, Lewis JA, Payne S, Rawlins MD. New active substances authorized in the United Kingdom between 1972 and 1994. Br J Clin Pharmacol 1998;45(2):151-6.) Configurando uma situação desastrosa para a indústria farmacêutica, que gasta milhões de dólares para desenvolver um novo produto. Origem da Farmacogenômica É de grande importância o estudo dos aspectos que podem influenciar as respostas aos medicamentos e os fatores que podem levar às reações adversas. As variações na resposta ao tratamento podem ser decorrentes de vários fatores tais como doenças, diferenças na farmacocinética e farmacodinâmica dos medicamentos, fatores ambientais e fatores genéticos. Origem da Farmacogenômica Farmacogenômica / Farmacogenética Termos utilizados para estudar as relações entre genes e metabolismo dos medicamentos. Estudo das variantes genéticas e da resposta aos medicamentos Objetivos e aplicações: Descobrir as variantes associadas na predisposição genética as doenças Adaptação individual aos tratamentos em função das capacidades metabólicas de cada um Definir qual molécula com potencial terapêutico pode ser eficaz em um indivíduo e não mais em uma população Determinar os pacientes que potencialmente não responderão ao tratamento Identificar os pacientes que podem desenvolver um efeito secundário a um medicamento Desenvolver testes genéticos para predizer a eficácia do tratamento Compreender as variações éticas ou raciais na resposta aos medicamentos Conceitos gerais aplicados a Farmacogenômica / Farmacogenética Genoma humano, Genes e Polimorfismos genéticos Aspectos básicos da farmacocinética: Biotransformação e metabolismo de fase I e II Genoma humano O genoma humano é um genoma (do grego geo: que forma e ma: ação) do Homo sapiens, é a sequência dos 23 pares de cromossomos, do núcleo de cada célula humana diplóide. Dos 23 pares, 22 são cromossomos autossômicos e um par é determinante do sexo (o cromossomo X nas mulheres e o cromossomo Y nos homens). Genoma humano Gene: Unidadeestrutural e funcional do genoma Polimorfismos Genéticos Os genes são constituídos basicamente de DNA, que é uma molécula enorme, composta de seqüências complexas de nucleotídeos. Polimorfismos Genéticos Variações nas seqüência de nucleotídeos ocorrem na população geral de forma estável, sendo encontradas com freqüência de 1% ou superior, são denominadas polimorfismos genéticos (Griffiths AJF, Miller JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM. Introdução à Genética. 7a. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan; 2002) As formas mais comuns de polimorfismos genéticos são deleções, mutações, substituições de base única (em inglês: Single Nucleotide Polymorphisms, ou SNP), ou variações no número de seqüências repetidas (VNTR), micro e minisatélites. Polimorfismos Genéticos O genoma humano possui cerca de 30.000 genes, com um total de 3,12 bilhões de nucleotídeos, os quais apresentam mais de dois milhões de polimorfismos ocorrendo com freqüência de 1 a cada 1.250 pares de bases (Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG, et al. The sequence of the human genome. Science 2001;291(5507):1304-51.) Farmacocinética Farmacodinâmica O que o organismo faz sobre o fármaco O que o fármaco faz com o organismo Aspectos básicos da farmacocinética e farmacodinâmica As diferenças quanto às respostas terapêuticas entre os indivíduos geralmente estão associadas com polimorfismos genéticos presentes em genes que afetam a farmacocinética (atividades de enzimas importantes no metabolismo de fármacos) ou a farmacodinâmica (por modificar a afinidade do receptor por antagonistas ou agonistas). Definição da Farmacocinética (PK) Cinética: objeto em movimento Farmacocinética: ciência que estuda o movimento do fármaco no organismo Para fins didáticos o comportamento das subtâncias ativas é dividido: Aspectos básicos da farmacocinética Cinética de um Fármaco no organismo Fármaco Livre Fármaco + Proteínas Fármaco Livre Administração ABSORÇÃO Local de ação para o efeito terapêutico Local de ação para o efeito colateral DISTRIDUIÇÃO Fígado: ativação ou inativação Rins, Pulmoões, Vesícula Biliar, … METABOLISMO EXCREÇÃO DEPÓSTO Urina, Fezes, Ar expirado … Tecido adiposo, ossos, … Aspectos básicos da farmacocinética Fatores que influenciam a PK Caracteristicas do paciente Idade Sexo Consumo de alcool Peso corporal Disfunção hepática Insuficiência cardíaca Infecção Fatores genéticos… Caracteristicas da forma farmacêutica Biodisponibilidade / Bioequivalência Propriedades físico-químicas: solubilidade do fármaco, grau de ionização, tamanho de partícula Excipientes Via de administração Forma farmacêutica… Aspectos básicos da farmacocinética Compreenção e aplicação cuidadosa dos princípios da farmacocinéticos podem auxiliar no estabelecimento e manutenção de quantidades terapêuticas não tóxicas dos medicamentosno organismo Aspectos básicos da farmacocinética Absorção Assegura a penetração do fármaco no sangue: para tanto o fármaco deve atravessar as membranas biológicas Proteínas transportadoras Possuem poros muito pequenos (~0,4nm) que não permite a passagem da maioria dos fármacos Aspectos básicos da farmacocinética Metabolismo Processo pelo qual os fármacos são convertidos a metabólito(s) por meio de alterações químicas, geralmente sob ação de enzimas Envolve dois tipos de reações: FASE I e FASE II Metabolismo de 1º passagem: após um fármaco ser ingerido, ele é absorvido pelo sistema digestivo e entra no sistema porta hepático pela veia porta hepática para o fígado antes de atingir o resto do corpo Roden and George, 2001 Nature Rev Aspectos básicos da farmacocinética Metabolismo Reações de FASE I REDUÇÃO HIDRÓLISE OXIDAÇÃO Resultam em fármacos inativos ou menos ativos ou Resultam em produtos, em geral, mais reativos quimicamente e, portanto, algumas vezes mais tóxicos ou carcinogênicos do que a droga original Preparam a droga para sofrer a reação de FASE II, pois o grupo introduzido na FASE I atua como ponto de ataque para o sistema de conjugação Hidroxila, amina, carboxil e tiol Aspectos básicos da farmacocinética Metabolismo Reações de FASE I Enzimas do citocromo p450 Foram idenficadas 12 famílias de genes do citocromo p450, as enzimas codificadas localizam-se no Retículo endoplasmático liso As famílias 1, 2 e 3 do citocromo p450 (isoformas CYP1, 2 e 3) codificam as enzimas que participam da maioria das biotransformações de fármacos em humanos => CYP 1A1, 1A2, 1B1, 2A6, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 3A4 e 3A5 Aspectos básicos da farmacocinética CYP1A2 CYP: Origem humana da isoforma do citocromo p450 1: Família da isoforma A: Sub-família da isoforma 2: Produto gênico individual na sub-família Metabolismo Reações de FASE I CYP1A2: Isoforma humana do citocromo p450, membro da 1° famíla, subfamília A e é segundo produto gênico atribuída àquela sub-família Aspectos básicos da farmacocinética Metabolismo Reações de FASE II CONJUGAÇÃO ACETILAÇÃO GLUCORONIDAÇÃO SULFATAÇÃO METILAÇÃO Os fármacos são conjugados à moléculas pequenas e ionizáveis, como sulfatos, aminoácidos, ácido glucorônico, glicina ou ácido glutâmico Enzimas: glutationa S transferase, N-acetiltransferase, sulfotransferase Originam conjugados mais polares que o composto original, que, em regra geral, não são tóxicos e são rapidamente excretados Aumenta a eliminação renal do fármaco Aspectos básicos da farmacocinética Metabolismo Aspectos básicos da farmacocinética Aspectos básicos da farmacodinâmica Avalia os efeitos biológicos e terapêuticos das drogas e seus mecanismos de ação. Além de pesquisar os efeitos tóxicos; adversos; tecidos atingidos e sistema metabólico. Os efeitos da maioria das drogas resulta da sua interação com componentes macromoleculares do organismo Receptor: componente do organismo com o qual o agente químico deve interagir para produzir seus efeitos. Interação fármaco-receptor Tipos de receptores Tipo 1: receptor ligado ao canal iônico Na membrana. Ex.: Ach (nos receptores nicotínicos), glutamato (receptor NMDA), receptor do GABA Tipo 2: acoplados a proteína G Na membrana. Ex.: Ach (nos receptores muscarínicos); receptores adrenérgicos, dopamina, quimiocinas Tipo 3: ligado a enzima tirosina quinase Na membrana. Ex.: receptores de insulina, citocina, receptores de vários fatores de crescimento Tipo 4: receptores nucleares No núcleo. Ex.: hormônios esteróides, hormônio tireoideano: T3 e T4 Resumo Diferenças inter-individuais devido aos polimorfismos dos genes são implicadas nos: I. Metabolismo de medicamentos II. O transporte de medicamentos III. Os alvos dos medicamentos (receptores, enzimas...) 20% dos medicamentos falham, mesmo com as terapias as mais eficazes A taxa de eficácia dos medicamentos variam de 25 a 80% A seguir, veremos alguns polimorfismos que podem alterar o metabolismo, o transporte e ou os receptores de medicamentos, juntamente com algumas implicações clínicas. 1) Polimorfismos genéticos que afetam o metabolismo de medicamentos 2) Polimorfismos genéticos que afetam transportadores de medicamentos 3) Polimorfismos genéticos que afetam receptores 1) Polimorfismos genéticos que afetam o metabolismo de medicamentos Osmedicamentos são convertidos em metabólitos mais solúveis em água, facilitando sua excreção. Polimorfismos nos genes de enzimas que participam do metabolismo podem afetar as reações de reações de Fase I (oxidação, redução e hidrólise) e as reações de Fase II (reações de conjugação, acetilação, glucoronidação, sulfatação e metilação). Muitos medicamentos clinicamente utilizados são metabolizados por enzimas cujos genes exibem polimorfismos genéticos, particularmente as várias isoformas do citocromo P450. 1) Polimorfismos genéticos que afetam o metabolismo de medicamentos O perfil metabólico de cada indivíduo pode ser alterado por tais polimorfismos, assim caracterizando os seguintes fenótipos: metabolizadores lentos, intermediários e rápidos: Polimorfismo genético e Metabolismo de fármacos Metabolizadores lentos Metabolizadores normais Metabolizadores rápidos 1) Polimorfismos genéticos que afetam o metabolismo de medicamentos O tratamento com varfarina pode ser afetado por um polimorfismo presente no citocromo P450 isoforma CYP2C9 Anticoagulante administrado por via oral amplamente utilizado para a prevenção de eventos tromboembólicos: indicado para infarto do miocárdio, embolia pulmonar, entre outras Devido à baixa faixa terapêutica e risco de complicações hemorrágicas, a terapia com varfarina é individualizada através do monitoramento do tempo de protrombina normalizado Sabe-se que muitos pacientes são extremamente sensíveis aos efeitos anticoagulantes, mesmo com baixas doses de varfarina, e que esses efeitos exacerbados podem resultar em episódios de sangramentos A terapia com varfarina tem que ser ajustada devido a grande variabilidade resposta dos pacientes a este medicamento Esta variabilidade se deve a uma diversidade de fatores, incluindo-se adesão terapêutica, doenças sistêmica, interações medicamentos, dieta, estágio da doença e variações genéticas Varfarina Varfarina Pelo menos 30 genes estão implicados no metabolismo da varfarina: Polimorfismos no gene CYP2C9 e no gene VKORC1 são umas das principais causas do fato de cerca de 30% dos pacientes serem metabolizadores lentos da varfarina, o que pode resultar em elevadas concentrações sangüíneas do medicamento A varfarina é hidroxilada a um metabólito inativo, inicialmente, por uma enzima hepática do citocromo P450, a CYP2C9. VKORC1 faz codifica uma enzima que é implicada na coagulação dependente da vitamina K Varfarina Variações no gene CYP2C9 faz com que alguns pacientes sejam metabolizadores lentos deste fármaco; e variações genicas em VKORC1 faz com que haja uma redução na atividade da enzima por ele codificada, conseqüentemente há uma redução da quantidade de fatores de coagulação dependente da vitamina K Hemorragias CYP2C9 rs1799853 C/T Arg - Cys rs1057910 A/C Ile - Leu *1/*1: CC *1/*2: CT *2/*2: TT *1/*1: AA *1/*3: AC *3/*3: CC CYP2C9 rs1799853 C/T Arg - Cys rs1057910 A/C Ile - Leu *1/*1: CC *1/*2: CT *2/*2: TT *1/*1: AA *1/*3: AC *3/*3: CC Estudos têm demonstrado que polimorfismos na CYP2C9 têm sido relacionados a maior susceptibilidade a complicações hemorrágicas com o tratamento com varfarina e ambos os alelos levam a uma redução na atividade enzimática. O alelo (*2) C430T está associado a uma substituição do aminoácido arginina por uma cisteína na posição 144 da enzima, enquanto que o alelo (*3) A1075C promove a substituição de uma isoleucina por uma leucina no aminoácido de número 359 da enzima. Assim, pacientes portadores de pelo menos um desses variantes do CYP2C9 requerem menores doses de manutenção da varfarina. VKORC1 rs9923231 (-1639) Pacientes com o VKORC1 -1639 AA apresenta uma redução na atividade da enzima por ele codificada, conseqüentemente há uma redução da quantidade de fatores de coagulação dependente da vitamina K Varfarina • Variação genética explica aproximadamente 15% da variabilidade entre a dose necessária para cada pacientes • A variação gênica depende do groupo populacional: aproximadamente 20% dos Caucasianos; 2% dos Asiáticos e 5% dos Africanos • Pacientes com a variação gênica necessita de mais tempo para a determinação da dose ideal e vai necessitar de uma menor dose agministrada • Variação genética explica aproximadamente 25% da variabilidade entre a dose necessária para cada pacientes • A variação gênica depende do groupo populacional: aproximadamente 37% dos Caucasianos; 89% dos Asiáticos e 14% dos Africanos • Pacientes com a variação gênica tem um aumento do risco de overdose apos administração deste anticoagulante Metabolismo: CYP2C9 Resposta: VKORC1 Varfarina Sconce EA, 2005 Pacientes com o CYP2C9*2 ou CYP2C9*3 são metabolizadores lentos da Warfarina Pacientes com o VKORC1 -1639 AA apresenta uma redução na atividade da enzima por ele codificada, conseqüentemente há uma redução da quantidade de fatores de coagulação dependente da vitamina K Hemorragias *1/*2 e *1/*3 Varfarina Polimorfismos genéticos podem alterar a resposta ao tratamento com inibidores da bomba de prótons A terapia com inibidores da bomba de prótons é utilizada para tratamento úlceras pépticas, refluxo gastresofágico e em combinação com antibióticos para erradicar a Helicobacter pylori (Klok RM, Postma MJ, van Hout BA, Brouwers JR. Metaanalysis: comparing the efficacy of proton pump inhibitors in short-term use. Aliment Pharmacol Ther 2003;17(10):1237-45.) Esses medicamentos inibem a secreção gástrica do estômago e aumentam o pH intragástrico por 24-48 horas de uma forma dose dependente. Exemplos de medicamentos que inibem a bomba de próton: Polimorfismos genéticos podem alterar a resposta ao tratamento com inibidores da bomba de prótons Polimorfismos genéticos podem alterar a resposta ao tratamento com inibidores da bomba de prótons O metabolismo hepático dos inibidores da bomba de prótons é catalizado pelo citocromo P450 isoforma CYP2C19 e, em menor proporção, pela CYP3A4. Têm sido descritos na literatura, oito alelos que reduzem a função da CYP2C19, e que resultam em três diferentes fenótipos: metabolizadores lentos, metabolizadores extensivos heterozigóticos e metabolizadores extensivos. Polimorfismos genéticos podem alterar a resposta ao tratamento com inibidores da bomba de prótons Em termos práticos, após uma dose de 20 mg de omeprazol, por exemplo, o pH intragástrico dos metabolizadores lentos foi de 4,5, enquanto que o pH de metabolizadores extensivos heterozigóticos foi de 3,3, e o pH de metabolizadores extensivos foi de 2,119. Terapia antidepressiva pode ser modulada por polimorfismos no citocromo P450 isoforma CYP2D6 A CYP2D6 metaboliza a maioria dos antidepressivos tricíclicos e tem sido mostrado que a resposta a esses medicamentos dependem genotipicamente e fenotipicamente da CYP2D6 (Kirchheiner J, Nickchen K, Bauer M, Wong ML, Licinio J, Roots I, et al. Pharmacogenetics of antidepressants and antipsychotics: the contribution of allelic variations to the phenotype of drug response. Mol Psychiatry 2004;9(5):442-73.). Ex: Amitriptilina, Clomipramina, Desipramina, Imipramina, Nortriptilina, Doxepina Terapia antidepressiva pode ser modulada por polimorfismos no citocromo P450 isoforma CYP2D6 Os polimorfismos na CYP2D6, assim como a maioria dos polimorfismos, exibem diferentes freqüências de acordo com aetnicidade. Por exemplo: aproximadamente 10% das populações de Portugal, Espanha e Itália são metabolizadores ultra-rápidos. A genotipagem da CYP2D6 em pacientes descendentes de europeus, antes do início do tratamento com antidepressivos, poderia identificar indivíduos metabolizadores ultra-rápidos e não responsivos, levando à modificações da terapia desses indivíduos. Terapia antidepressiva pode ser modulada por polimorfismos no citocromo P450 isoforma CYP2D6 2) Polimorfismos genéticos que afetam transportadores de medicamentos Transportadores ativos na membrana celular importam e exportam compostos endógenos e assim, mantêm a homeostase celular. Os transportadores se localizam principalmente nas células intestinais, nas células hepáticas e no epitélio renal, sendo responsáveis pela absorção, biodisponibilidade e eliminação de vários medicamentos. Polimorfismos genéticos podem alterar a expressão ou a conformação desses transportadores afetando a afinidade do mesmo pelo substrato, o que pode resultar em alterações na absorção e eliminação de medicamentos. 2) Polimorfismos genéticos que afetam transportadores de medicamentos A glicoproteína-P (GpP), produto do gene ABC1, tem sido bastante estudada por ser um transportador de vários medicamentos. Já foram identificados mais de 28 variantes genéticos no gene ABC1, onde um SNP no exon 21 (G2677T) e um SNP no exon 26 (C3435T) são de interesse particular porque eles afetam a expressão e a função do transportador Duvidas ???
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