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8/1/16 1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA DEPARTAMENTO DE BIORREGULAÇÃO Profa. Camila Figueiredo Salvador, 2016 Farmacogenética e Farmacogenômica Será que a resposta a fármacos é igual em todos os indivíduos? 8/1/16 2 Farmacologia Farmacodinâmica Farmacocinética Variabilidade na eficácia ou toxicidade Alvos do medicamento Transportadores Enzimas metabolizadoras Dinâmica das drogas Bioquímicos & Fisiológicos Mecanismo de Ação Eficácia Segurança Absorção Distribuição Metabolismo Eliminação Medicamento • AceDltransferase: importante no metabolismo de diversos fármacos. • NAT2: • Responsável pela metabolização da Isoniazida: • Eliminação depende da acePlação; • Polimorfismo responsável pela variabilidade no metabolismo da isoniazida. Primeiros estudos farmacogenéPcos (Evans et al., 1960) 8/1/16 3 Devido a variação individual... • Estados Unidos: 2 milhões de hospitalizações e 100.000 mortes por ano por causa de Reações Adversas a Medicamentos (RAMs); • 4% de medicamentos rePrados do mercado devido a RAMs; • 25% a 80% -‐ taxa de eficácia. Polimorfismos genéPcos Variação na sequencia do DNA que está presente em uma frequência alélica igual ou superior a 1% em determinada população. • Tipos de polimorfismos: – Inserções ou Deleções; – Variações no número de sequências repePdas; – SubsPtuições de único nucleoedeo (SNPs). 8/1/16 4 Tipos de Variacões GenéPcas TA CG CG AT Normal AT TA CG AT AT Substitutição AT TA CG CG CG Inserção AT AT TA CG CG AT Deleção AT AT 1. Inserções ou Deleções • Alteração na matriz de leitura. • Efeito drásPco na formação da proteína; Tipos de polimorfismos genéPcos 8/1/16 5 2. Variação no número de cópias • Afeta grande segmento do DNA: – Duplicação de genes; – Supressão de genes; Tipos de polimorfismos genéPcos Tipos de polimorfismos genéPcos 3. Single NucleoPde Polymorphism (SNP): • Polimorfismos por subsPtuição de um nucleoedeo; • 80% -‐ 90% da variabilidade do DNA; ~17 milhões de SNPs 8/1/16 6 Consequências Biológicas dos Polimorfismos TIP 20: 342, 1999 FarmacogenéDca & Farmacogenômica FarmacogenéDca é o estudo das bases genéDcas das variações nas resposta aos fármacos, a qual inclui a farmacogenômica que uDliza de instrumentos para estudar todo o genoma e avaliar os determinantes poligênicos da resposta farmacológica. 8/1/16 7 Genome wide associaDon study (GWAS) X Estudos de gene candidato X Genoma completo E qual a importância disto? • O uso da informação da sequência de DNA para mensurar e predizer as reações dos indivíduos às drogas: – Terapia personalizada; – Redução dos efeitos adversos; – Contribuição para os ensaios clínicos. 8/1/16 8 Taxa de Resposta Terapêutica Doença Classe da droga Taxa da resposta (%) Asma Beta-agonistas, outras 25-50 Câncer Várias 0-30 Depressão SSRIs, tricíclicos, outras 60-80 Diabetes Sulfoniluréias 25-50 Artrite NSAIDs, inibidores da COX-2, outras 50-80 Enxaqueca Triptanos 40-70 Esquizofrenia Várias 25-75 COX-2 = ciclooxigenase-2; NSAID = drogas antiinflamatórias não esteroidais; SSRI = inibidor seletivo de recaptação de serotonina. Lazarou J, et al. JAMA. 1998;279:1200-1205. Cerca de 30-60% dos indivíduos não respondem a farmacoterapia. Consequência do Polimorfismo em Receptor Farmacológico Estrutura; Quantidade; Função. 8/1/16 9 Consequência do Polimorfismo em Receptor Farmacológico Adaptado de Evans et al., 2003 Exemplos de polimorfismos em GPCR’s Receptor Drogas e principais indicações Polimorfismos Relevância Receptor AT1 da angiotensina II Antagonistas para tratar hipertensão (ex. losartana) A1166C SNP na parte não traduzida do éxon 5 Dados inconclusivos sobre as respostas das drogas Receptor α1A- adrenérgico Antagonistas para tratar dificuldades de micção associadas ao aumento da próstata (ex. tamsulosin) C1475T Efeitos antagônicos à curto e longo prazos, aparentemente não afetados Receptor β1- adrenérgico Antagonistas para tratar hipertensão (ex. atenolol, metoprolol, caverdilol) Ser49Gly; Arg389Gly Arg389 associado a aumento de efeitos antagônicos Receptor β2- adrenérgico Agonistas para tratar doenças obstrutivas das vias aéreas (ex. salbutamol, formoterol) Arg16Gly; Gln27Glu; Thr164lle Respostas possivelmente reduzidas com Ile164 Receptor D2 da dopamina Antagonistas para tratar esquizofrenia (ex. haloperidol); Agonistas para tratar doença de Parkinson (ex. levodopa) -141C Ins/Del Taq1A Respostas anatagônicas reduzidas com Del ou homozigotos para o alelo A2 Receptor D3 da dopamina Antagonistas para tratar esquizofrenia (ex. haloperidol e clozapina) Ser9Gly Risco aumentado de discinesia tardia para o alelo Gly Receptor 5- HT2A Antagonistas para tratar esquizofrenia (ex. clozapina); Agonistas indiretos para tratar depressão (ex. Fluvoxamina) T102C Resposta reduzida à clozapina para o alelo C (Insel et al., 2008) 8/1/16 10 Adrenoreceptor β2 na asma • Músculo liso das vias aéreas contêm receptores β2 que produzem broncodilatação; • Existem 13 variantes genéticas descritas para os adrenoreceptores β2; • Dois polimorfismos nas regiões codificadoras têm sido associados com alteração tipo downregulation após exposição aos agonistas: Arg16Gly e Gln27Glu. • Mensuração fenotípica da resposta: – Volume expiratório forçado no 1º segundo (FEV1) Polimorfismo no adrenoreceptor β2 Lima JJ. Clin Pharmacol Ther 1999; 65:519-25 Albuterol (dose única); β2 agonista utilizado no tratamento da asma; Albuterol- induz aumento na FEV1: Maior e mais rápido em homozigotos Arg16 X Indivíduos contendo Gly; 8/1/16 11 Polimorfismos na Hipertensão • A hipertensão é uma das doenças crônicas mais prevalentes no mundo todo. Balieiro et al., Rev SOCERJ, 2008 Hipertensão e Betabloqueadores • Betabloqueadores são antagonistas dos receptores β1 presente no coração; • Beta-bloqueadores usados na hipertensão: – Metoprolol; – Atenolol. • Marcada variabilidade na resposta aos beta- bloqueadores:– 30-60% dos pacientes falham em alcançar a redução adequada da pressão arterial após o uso de betabloqueadores. 8/1/16 12 Polimorfismos no adrenoreceptor β1 Polimorfismos das Vias de Sinalização Celular • Numerosas outras proteínas envolvidas na transdução de sinal: – Proteína G; – Adenilato ciclases; – Fosfodiesterases; – Proteínas quinases; • Variações genéticas nessas proteínas também contribuirão para alterações da atividade farmacológica. 8/1/16 13 Polimorfismo na Proteína G • Subunidades α, β e γ; • Polimorfismo funcional C825T no gene da subunidade β3 (GNB3); • Alelo T à Splicing alternativo à Deleção de 41 aas à Aumento da sinalização; • Impacto em diversas patologias e respectivas terapias: – Depressão; – Esquizofrenia; – Hipertensão. Turner et al., 2013. Hypertension. 2001;37:739-743 • Polimorfismos genéPcos – Genes que codificam enzimas que parPcipam do metabolismo de Fase I e Fase II. • Metabolizadores lentos; • Metabolizadores intermediários; • Metabolizadores rápidos. Polimorfismos na Biotransformação • 56% das drogas que causam RAMs são metabolizados por enzimas polimórficas de fase I, das quais 86% são CYP P450; • Apenas 20% de fármacos associados com RAMs são substratos para as enzimas não-polimórficos; 8/1/16 14 Polimorfismos em Enzimas de Fase I Enzyme Major Variant Alleles Mutation Consequence Caucasians Asian CYP2A6 CYP2A6*2 L160H inactive enzyme 1-3 0 CYP2A6*3 2A6/2A7 conversions not known 0 0 CYP2A6*4 Gene deletion no enzyme 1 15 CYP2A6*5 G479L defect enzyme 0 1 CYP2C9 CYP2C9*2 R144C reduced affinity for P450 reductase 8-13 0 CYP2C9*3 I359L altered substrate specificity 7-9 2-3 CYP2C19 CYP2C19*2 Aberrant splice site inactive enzyme 13 23-32 CYP2C19*3 Premature stop codon inactive enzyme 0 6-10 CYP2D6 CYP2D6*2xn Gene duplication/multiduplication increased enzyme activity 1-5 0-2 CYP2D6*4 Defective splicing inactive enzyme 12-21 1 CYP2D6*5 Gene deletion no enzyme 4-6 6 CYP2D6*10 P34S, S486T unstable enzyme 1-2 50 CYP2D6*17 T107I, R296C, S486T reduced affinity for substrates 0 n.d. CYP2E1 CYP2E1*2 R76H less enzyme expressed 0 1 CYP2E1*3 V389I no effects <1 0 CYP2E1*4 V179I no effects <1 n.d. CYP3A4 CYP3A4*2 S222P higher Km for substrates 3 0 CYP3A4*3 M445T unknown 0 <1 n.d. : not determined (has a very high frequency among Black Africans and African Americans) Allele Frequency Ingelman-‐Sundberg, DMD (2001) Polimorfismo da CYP2D6 • Substratos (> 65 fármacos usados roPneiramente); – Antagonistas beta-‐adrenérgicos; – AnParrítmicos; – AnPdepressivos. • Altamente polimórfica: – > 70 SNPs. • Diferença inter-‐étnica: – MulPplicação gênica. • Metabolizador ultrarápido; N Engl J Med 348: 529, 2003 8/1/16 15 Polimorfismo da CYP2D6 Frequência de indivíduos com mulPplicação de cópias do gene CYP2D6 TIP 20: 342, 1999 3.5% Polimorfismo da CYP2D6 Meyer (2004) Nat Rev GenePcs 5:669-‐76 8/1/16 16 Polimorfismo da CYP3A4 • A biodisponibilidade dos fármacos metabolizados pela CYP3A4 é aumentada nos Mexicanos quando comparados com os Caucasianos: – Ex. Nifedipina, Midazolan, Sildenafil. – Aumento da incidência e intensidade das RAM; Ex. Sildenafil (Viagra) JAMA 283: 1826, 2000 Polimorfismo na CYP X RAM Enzima P450 Alelos e frequências variantes em caucasianos Exemplos de ADRs associados com os alelos ADR variantes CYP1A2 CYP!A2*1F (68%) AnPpsicóPcos: discinesia tardia CYP2C9 CYP2C9*2 (8 – 13%), CYP2C9*3 (7-‐9%) Varfarina: hemorragia Fenitoína: toxicidade da fenitoína Tolbutamida: hipoglicemia CYP2C19 CYP2C19*2 (13%), CYP2C19*3 (0%) Mefenitoína: Toxicidade Diazepam: sedação prolongada CYP2D6 CYP2D6*4 (12-‐21%), CYP2D6*5 (4-‐6%) CYP2D6*10 (1-‐2%), CYP2D6*17 (0%) Propafenona: arritmias Metoprolol: bradicardia NortripPlina: confusão Opióides: dependência Fenformina: acidose lácPca Per-‐hexileno: hepatotoxicidade CYP3A4 CYP3A4*1B (5.5%) Epidofilotoxinas: leucemias relacionada com o tratamento Pirmohamed and Park, Toxicology (2003) 8/1/16 17 Consequência Clínica Consequência Clínica 8/1/16 18 FenóDpo de metabolização Droga aDva (InaDvada pelo metabolismo) Pró-‐droga (Precisa ser metabolizada para produzir metabólito aDvo) Pobre Eficácia aumentada; Metabólitos aPvo pode se acumular; Usualmente requer menor dose para evitar efeitos tóxico. Ex: NortripPlina: Hipotensão e Confusão Diminuída eficácia; Pró-‐droga pode ser acumulada; Pode ser necessário baixas dose para evitar toxicidade ou pode ser necessária a subsPtuição por droga alternaPva. Ex.: Codeína: Pobre eficácia analgésica Ultra-‐rápido Eficácia diminuída; Metabólito aPvo rapidamente inaPvado; Geralmente requer maiores doses para compensar a inaPvação. Ex: NortripPlina: Pobre eficácia em dosagem normal. Aumentada eficácia; Rápido início de ação; Pode ser necessária menores doses para evitar excessivo acúmulo do metabólito aPvo. Ex.: Codeína: Toxidade pela morfina Consequências TerapêuPcas Polimorfismo em Enzimas da Fase II NEJM 2003; 348: 529-537 8/1/16 19 • Gene da NAT2 possui diversos alelos que causam variação na taxa de acePlação da Isoniazida: – AcePlador rápido (Alelo considerado selvagem) – AcePlador lento: SubsPtuição de aminoácido. • Caucasiano: NAT2*5B e NAT2*6A • AsiáPcos: NAT2*6A e NAT2*7A Polimorfismo na NAT Alelos variantes de genes da NAT que influenciam na biotranormação da droga. Gene de fase II Alelo Efeitos na proteína Efeitos da aDvidade NAT1 *14 R187Q Diminuição na acePlação *17 R64W Diminuição na acePlação NAT2 *5a 1114T Diminuição na acePlação *6a R197Q Diminuição na acePlação *7ª G286E Diminuição na acePlação dependente de substrato? *14a R64Q Diminuição na acePlaçãoPolimorfismo em Enzimas da Fase II Cur Pharm Des 16; 205, 2010 Frequência do fenóPpo de acePladores baixos 50% entre caucasianos 50% entre africanos 20% entre egípcios 15% entre chineses 10% entre japoneses FenóPpo da NAT-‐2 X Isoniazida 795 unrelated German subjects Nature Reviews (2004) AcePladores rápidos: Apresentam maior taxa de falha na terapia com Isoniazida para a Tuberculose; Necessitam de maiores dose de Hidralazina para o controle da hipertensão e de Dapsona para o tratamento da Hanseníase; AcePladores lentos: Possuem maior risco de RAMs: -‐ Síndrome semelhante ao Lúpus Eritematoso Sistêmico induzida pela Hidralazina; -‐ Reações adversas hematológica após tratamento com Isonizida. 8/1/16 20 Farmacoterapia Tradicional • Prescrição baseada: -‐ DiagnósPco clínico; -‐ Patologia co-‐associada; -‐ Efeitos adversos; -‐ Algumas informações do paciente. Farmacogenômica • Busca uma maior individualização terapêuPca para melhor eficácia e segurança; • Principal desafio a ser vencido: • Determinação de marcadores genéPcos; 8/1/16 21 Terapia Individualizada Impacto da FarmacogenéPca • OPmização da terapia medicamentosa: – Prescrição baseada no genóPpo do paciente; • Escolha da alternaPva terapêuPca adequada: – Melhor eficácia; – Menores efeitos adversos. – Aumento da adesão ao tratamento; – Redução da necessidade de polifarmácia; – Redução da indução de resistência. 8/1/16 22 Terapia Individualizada FarmacogenéPca • Biochip genômico para diagnósPco; – ROCHE, 2003; – Microchips AmpliChip CYP450: CYP2D6 e CYP2C19; – Microarrays (chip genéPco) usando cópias sintéPcas imobilizadas de nucleoedeos de CYP450 à IdenPficação das variações alélicas relevantes; 8/1/16 23 CYP2C19 Allele 1 3 3 1 E E E 2 P P 3 P CYP2D6 Allele 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 14A 14B 15 17 19 20 25 26 29 30 31 35 36 40 41 1XN 2XN 4XN 10XN 17XN 35XN 41XN 1 E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E U U E E E U E 2 E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E U U E E E U E 3 P P P P P P I I P P N P I P P N N I N N E I P I E E P I I E I 4 P P P P P I I P P N P I P P N N I N N E I P I E E P I I E I 5 P P P P I I P P N P I P P N N I N N E I P I E E P I I E I 6 P P P I I P P N P I P P N N I N N E I P I E E P I I E I 7 P P I I P P N P I P P N N I N N E I P I E E P I I E I 8 P I I P P N P I P P N N I N N E I P I E E P I I E I 9 I I I I N I I I I N N I N N E I I I E E I I I E I 10 I I I N I I I I N N I N N E I I I E E I I I E I 11 P P N P I P P N N I N N E I P I E E P I I E I 14A P N P I P P N N I N N E I P I E E P I I E I 14B N N N N N N N N N N E N N N N N N N N N N 15 P I P P N N I N N E I P I E E P I I E I 17 I I I N N I N N E I I I E E I I I E I 19 P P N N I N N E I P I E E P I I E I 20 P N N I N N E I P I E E P I I E I 25 N N N N N E N N N N N N N N N N 26 N N N N E N N N N N N N N N N 29 I N N E I I I E E I I I E I 30 N N E N N N N N N N N N N 31 N E N N N N N N N N N N 35 E E E E U U E E E U E 36 I I I E E I I I E I 40 P I E E P I I E I 41 I E E I I I E I E Extensive Possess at least one, and no more than two, normal functional alleles I Intermediate Possess one reduced activity allele and one null allele P Poor Carry two mutant alleles which result in complete loss of enzyme activity U Ultrarapid Usually carry multiple copies (3-13) of functional alleles and produce excess enzymatic activity N Unknown FarmacogenéPca CYP2D6 Poor Metabolizer Status Can Be Ruled Out by a Single Genotyping Assay for the -1584G Promoter Polymorphism (Gaedigk et al. Clinical Chemistry, 2003) Roche Diagnostics AmpliChip CYP450 Test - Predicted Phenotype FDA Lista de testes biomarcadores recomendados e requeridos nos rótulos dos medicamentos Biomarcador Teste13 Droga exemplo Prevalência de uso (%) (n = 36.1 milhão) CYP2C9 Recomendado Varfarina 2.0896 EGFR Requerido Cetuximabe 0.0001 Deficiência de G6PD Recomendado Dapsona 0.0257 Deficiência de G6PD Recomendado Rasburicase 0.0000 Expressão total de HER2/neu Requerido Trastuzumabe 0.0003 Variantes de TPMT Recomendado AzaPoprina 0.1168 Variantes de TPMT Recomendado Mercaptopurina 0.0541 Variantes de TPMT Recomendado Tioguanina 0.0012 Variantes de UGT1A1 Recomendado Irinotecano 0.0002 Deficiência da enzima ciclo da ureia Recomendado Ácido Valpróico 0.48 CYP = citocromo P450; EGFR = receptor do fator de crescimento epidermal humano; G6PD = Glucose-‐6-‐ fosfato-‐desidrogenase; HER2/neu = receptor 2 do fator de crescimento epidermal humano; TPMT = Popurina S-‐mePltransferase. 8/1/16 24 Considerações Finais • GenoPpagem pode ser recomendada para diferentes enzimas polimórficas antes do início da terapia: • Recomendação da dose; • Melhorar a eficácia terapêuPca; • Minimizar os efeitos adversos; • Existem questões que devem ser debaPdas e aprimoradas: • Etnias; • Algoritmos de dosagens; • Farmacoeconomia; • ÉPca. • Complexidade das respostas biológicas: • A genéPca não é tudo! Yang et al 2012 Epigenética 8/1/16 25 Bibliografia [1] ZDANOWICZ, MarPn. Concepts in Pharmacogenomics. ASHP, 2010. [2] GOODMAN e GILMAN. Bases Farmacológicas da PráEca Médica -‐ 12 ed. McGraw-‐Hill/Guanabara Koogan, New York/Rio de Janeiro, 2012. [3] PASSARGE, Eberhard. GenéEca -‐ Texto e Atlas, 1ed. ed. Artmed, 2010. • Complementares [4] Evans WE, Johnson JA. Pharmacogenomics: the inherited basis for interindividual differences in drug response. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2001;2:9-‐39. [5] Ingelman-‐Sundberg M, Oscarson M, McLellan RA. Polymorphic human cytochrome P450 enzymes: an opportunity for individualized drug treatment. Trends Pharmacol Sci. 1999;20:342-‐349. [6] McLeodHL, Evans WE. Pharmacogenomics: unlocking the human genome for beer drug therapy. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2001;41:101-‐121. [7] Murray, M et al. PharmacogenePcs of Phase I and Phase II Drug Metabolism. Current PharmaceuPcal Design, 2010; 16: 204-‐219. [8] Brookes AJ. The essence of SNPs. Gene. 1999;234:177-‐186. Obrigada!
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