ФАРМАКОГЕНЕТИКА Лекция 8 ПЛАН ЛЕКЦИИ 1

ФАРМАКОГЕНЕТИКА Лекция № 8

ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. Определение понятий (фармакотипирование, генотипирование, фармакогенетика, фармакогеномика) 2. Метаболим лекарств 3. Фазы детоксикации 4. Химические реакции биотрансформации 5. Индукция ферментов биотрансформации 6. Генетический полиморфизм ферментов 7. Взаимодействие цитохромов с лекарствами 8. Генетический полиморфизм и фармакотерапия 9. Чиповый метод анализа генетического полиморфизма

ИCТОРИЯ ФАРМАКОГЕНЕТИКИ 1932 – Описаны семейные случаи гемолитической анемии применении примаквина. 1957 – Признание генетической природы индивидуальной чувствительности к лекарствам (А. Мотульский, В. Калов). 1958 – Введение термина «фармакогенетика» (Ф. Фогель). 1962 – Издание первой книги по фармакогенетике – (В Калов). 1977 –Установление генетической природы (полиморфизмом гена CYP 2 D 6) скорости метаболизма противитуберкулезного препарата дебризоквина. 1980 -Установление связи между токсичностью меркаптопурина и дефицитом фермента тиопуринтрансферазы. 1987 – Описание полиморфизма гена CYP 2 C 9. 1990 – Исследование ассоциаций генетического полиморфизма с эффективностью лекарственной терапии. 2000 – Внедрение фармакогенетических тестов в клиническую практику. 2004 – Практическое применение первого фармбиочипа (одобрено FDA). 2007 – Первый генетический тест на чувствительность к антикоагулянту варфарину (одобрено FDA).

ОРГАНИЗМ И ЛЕКАРСТВО Фармакокинетика – абсорбция, распределение, метаболизм и выведение лекарства Фармакодинамика – взаимоотношение между концентрацией, местом действия и эффектом Фенотипирование лекарства- прямой метод определения активности лекарства по фармакокинетике субстрата Генотипирование - анализ полиморфизмов генов, определяющих метаболизм лекарства Генетическая гетерогенность - генный полиморфизм Фармакогенетика – индивидуальная реакция на лекарства Фармакогеномика – союз функциональной геномики и молекулярной фармакологии

Фенотипические эффекты лекарств в зависимости от функции генов фармакокинетики и фармакодинамики. Первый генетический тест , одобренный FDA май 2007 г. (CYP 2 C 9 и VKORC 1 ) на прием антикоагулянта -Варфарина

Метаболизм лекарств Лекарства с высоким печеночным клиренсом: аминазин, аспирин, кортизон, , морфин, резерпин, метопролол, метилтестостерон, и др. Лекарства с низким печеночным клиренсом: теофеллин, парацетомол По скорости метаболизма лекарств различают: «Экстенсивные » метаболизаторы- норма «Медленные» метаболизаторы – сниженная «Быстрые или сверхактивные» метаболизаторы

ФАЗЫ ДЕТОКСИКАЦИИ Фаза 1 Несинтетические реакции (пролекарство – лекарство) Оксидазы со смешанной функцией Реакции восстановления и гидролиза Фаза II Синтетические реакции Коньюгация ЛС через метаболически активные радикалы (фазы I) Возможен метаболизм ЛС только за счет ферментов Фазы I или Фазы II

ОСНОВНЫЕ ФАЗЫ ДЕТОКСИКАЦИИ ФАЗА I ГЛЮТАТИОН ТРАНСФЕРАЗЫ, ТРАНСФЕРАЗЫ N- АЦЕТИЛАЦЕТИ ТРАНСФЕРАЗЫ, ТРАНСФЕРАЗЫ UDF- ГЛЮКОРОН СУЛЬФОТРАНСФЕРАЗЫ И ДР. ДР ЦИТОХРОМЫ P 450, P 450 ЭЕПОКСИ ДГИДРОЛАЗЫ И ДР. ЛЕКАРСТВА, ПИЩА. КАНЦЕРОГЕНЫ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ ФАЗА II АКТИВАЦИЯ КСЕНОБИОТИКОВ С ОБРАЗОВАНИЕМ АКТИВНЫХ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫХ МЕТАБОЛИТОВ ФАЗА III ПРЕОБРАЗОВАНИЕ АКТИВНЫХ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫХ МЕТАБОЛИТОВ В ВОДОРАСТВОРИМЫЕ НЕТОКСИЧНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ВЫВЕДЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ НЕТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ ОРГАНИЗМА ОКСИДАТИВНЫЙ СТРЕСС, ТОКСИЧНОСТЬ, МУТАЦИИ, РАК Сочетанное действие ферментов системы детоксикации обеспечивает обезвреживание тысяч ксенобиотиков, включая самые разные лекарства, Оно определяет индивидуальную реакцию организма и составляет основу персонифицированной фармакогенетики и фармакогеномики

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОЛИМОРФИЗМ Риск развития патологии

Участие ферментов биотрансформации в метаболизме ксенобиотиков Е. В. Баранова CYP 2 C 8 1% CYP 2 D 6 ALDH 4% CYP 2 C 19 4% CYP 2 C 9 CYP 2 B 6 1% 14% CYP 1 B 1 1% 18% CYP 2 A 6 1% CYP 2 E 1 CYP 1 A 1/2 4% 4% Фаза 1 other CYP 3 A 4/5/7 31% ADH 5% 5% epoxide hydrolase 1% esterases NQO 1 DPD 1% 1% 5% 53 гена Р-450 семейства А. B, C, D, E Фаза 2

Основные химические реакции биотрансформации проканцерогенов с участием генов метаболизма Фаза II Образование (1 -3) или модификация Реакции (4 -8) функциональных групп коньюгирования 1. Гидроксилирование ароматического 1. Перенос ацетильных, кольца, алифатических цепей, метильных, аминов или амидов сульфгидрильных, 2. Эпоксидация ароматического кольца фосфорильных и или ненасыщенных олефинов глюкуронильных групп 3. S-, N- и Р-окисление 2. Конъюгация с 4. 0 -, N- и S-деалкилирование глютатионом 5. Гидролиз эфиров или амидов 6. Окислительное деаминирование 7. Редукция эпоксидов, гидроксиламинов, нитрозосоединений. N- и Sоксидов 8. N- и С-трансоксигенирование

Индукция ферментов метаболизма 1. Фенобарбиталовый путь – активация промотора в регуляторной области гена Аутоиндукция – сам ксенобиотик активатор фермента 2. Рифампицин-дексаметазоновый тип – взаимодействие индуктора с рецепторамирегуляторами транскрипции 3. Этаноловый тип –стабилизация молекулы фермента метаболизма путем образования комплекса с некоторыми ксенобиотиками

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОЛИМОРФИЗМ ФЕРМЕНТОВ CИСТЕМЫ ДЕТОКСИКАЦИИ ФАЗЫ I ФЕРМЕНТЫ ФАЗЫ 1 Пароксаназа Микросомальная эпоксидгидролаза цитохромs Р-450 > 70 m. EPXH PON 1 PON CYP 3 A 4 CYP 1 A 1 * «Медленный» аллель CYP 1 A 2* CYP 2 D 6 * «Медленный» аллель CYP 2 C 19* « Быстрый» аллель «Нулевой» аллель « Быстрый» аллель Быстрый» «Медленный» « аллель

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОЛИМОРФИЗМ ФЕРМЕНТОВ СИСТЕМЫ ДЕТОКСИКАЦИИ ФАЗЫ II ФЕРМЕНТЫ ФАЗЫ II Семейство глютатион- Sтрансфераз GST M 1 GST T 1 «Нулевой» аллель Семейство N- ацетилтрансфераз GST P 1 «Медленный» «Быстрый» аллель NAT 1 NAT 2 «Медленный» «Быстрый» аллель

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАЗЛИЧНЫХ ЦИТОХРОМОВ С ЛЕКАРСТВАМИ P 450 CYP 2 C 9 & CYP 2 C 19 15% CYP 3 A 4 50% CYP 2 D 6 20% НЕЙРОЛЕПТИКИ АНТИДЕПРЕССАНТЫ БЕТА-БЛОКАТОРЫ АНТИАРИТМИЧЕСКИЕ

ДЕЙСТВИЕ ЦИТОХРОМОВ НА МЕТАБОЛИЗМ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ

Генетические механизмы индивидуальной чувствительности к лекарствам ФАРМАКОКИНЕТИЧЕСКИЕ: изменение абсорбции - инотиазид – NAT 2 превращение в активную форму кодеин –морфин –CYP 2 D 6 системные особенности метаболизма конкуренция препаратов за фермент индукция ферментов метаболизма индукция/ингибирование пищевыми продуктами ФРАМАКОДИНАМИЧЕСКИЕ: поступление /выведение препарата из клетки изменения в белках рецепторах

ГЕН - ЛЕКАРСТВО Пациент 1 Сyp 2 D 6 PM Е. В. Баранова Пациент 2 Metoprolol Сyp 2 D 6 EM Сodeine Сyp 2 D 6 PM Сyp 2 D 6 EM

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕН - ЛЕКАРСТВО И ЛЕКАРСТВО - ЛЕКАРСТВО Е. В. Баранова Пациент 1 Сyp 2 С 19 PM Пациент 2 diazepam + omeprazol+ Сyp 2 С 19 EM

Анализаторы изображения Результаты гибридизации регистрируются с помощью исследовательского (А) или портативного (Б) анализатора биочипов, соединенного с персональным компьютером А A Исследовательский анализатор Б Портативный анализатор

ФАРМАГЕН-БИОЧИП 14 мутаций в 8 генах метаболизма Блок 1 CYP 1 A 1 CYP 2 D 6 Блок 2 GSTM 1 GSTT 1 Блок-3 NAT 2 MTHFR Блок 4 СYP 2 C 9 CYP 2 C 19 - C 4887 A A 4889 G G 1934 A Del. A 2637 0/0 0/+ 481 C>T 590 G>A C 677 T C 430 T C 61075 T G 681 A T 6235 C +/+ 895 G>A

Распределение мутантных генотипов CYP 1 A 1, m. EPHX 1, GSTM 1, GSTT 1, NAT 2 и эффективность лечения эндометриоза CYP 1 A 1 N/F 9% Nat 2 S/S 55% 48% 6% m EPHX 1 (F) 10%17% 17% 45% GST T 1 0/0 эффективное лечение неэффективное лечение 74% GST M 1 0/0

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛЕЧЕНИЯ ЭНДОМЕТРИОЗА ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ НЕЭФФЕКТИВНОСТИ МЕДИКАМЕНТОЗНОЙ ( ГОРМОНАЛЬНОЙ) ТЕРАПИИ 1. Быстрая форма -CYP 1 A 1, 2. Функц. Ослабленная D CYP 19, 3. Медленная форма m. EPHX 1; 4. Нулевой вариант GSTM 1 (0/0) ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКРЫ, БЛАГОПРИЯТНЫЕ ДЛЯ ПРОГНОЗА ЛЕЧЕНИЯ : 1. Медленные формы CYP 1 A 1 2. «Генотип (TTTA)11 /(TTTA)11 , CYP 19, 3. «быстрая форма» m. EPHX 1, 4 +/+ (или +/-) генотип GSTM 1

ТПМТ-БИОЧИП Структура и аллельные варианты гена ТРМТ. Ген Thiopurine S-methyltransferase (TPMT) локализован на хромосоме 6 p 22. 3 и состоит из 9 интронов и 10 экзонов. Белковый продукт гена TPMT инактивирует противоопухолевые препараты: меркаптопурин, азатиопурин, тиогуанин. 1 из 300 европейцев является гомозиготой по аллелю с очень низкой ферментной активностью по данному локусу. ~ 10 % индивидов - гетерозиготы по аллелю со средней белковой активностью. ~ 89% людей - гомозиготы по аллелю с высокой белковой активностью.

Фармакогенетические тесты фирмы “Genex” Лекарственный препарат Ген Однонуклеотидный полиморфизм Абакавир гиперчувствительность HLA rs 3828917 Аминогликозиды – потеря слуха MT-RNR 1 1555 A>G Кофеин - метаболизм Карбамазепин гиперчувствительность CYP 1 A 2 rs 762551 HLA Region rs 3909184 rs 2844682 Клопидогрель - метаболизм CYP 2 C 19 rs 4244285 rs 4986893 Эстрогенсодержащие препараты – венозный тромбоз (только для женщин) F 5 Factor V Leiden Метотрексат - токсичность Статины – профилактика инфаркта миокарда MTHFR rs 1801133 KIF 6 rs 20455 Статины - миопатия Тамоксифен - метаболизм Варфарин - чувствительность SLCO 1 B 1 rs 4149056 CYP 2 D 6 rs 3892097 CYP 2 C 9 VKORC 1 rs 1799853 rs 1057910 rs 9923231

• Персонифицированная медицина • Москва, Общественная палата

ВЫВОДЫ 1 Чувствительность человека к экзогенным факторам в т. ч. к лекарственным препаратам определяется состоянием и функциональной активностью генов метаболизма 2. Основу индивидуальной чувствительности к лекарственным препаратам составляют особенности генетического полиморфизма 3. Выбор оптимальной индивидуальной дозировки лекарства должен производиться с учетом результатов тестирования соответствующих генов метаболизма 4. Технология биочипов существенно повышает эффективность популяционных и скринирующих программ по фармакогенетике и предиктивной медицине. 5. Внедрения генетического тестирования в практическое здравоохранения возможно только с обязательным учетом результатов других лабораторных исследований при совместных усилиях генетиков и врачей,