Farmacogenetica y Farmacogenómica PDF

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Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz TEMA 8: Farmacogenética y farmacogenómica Estas dos disciplinas dentro de la Medicina nos permiten aplicar información genética para ajustar la terapia de aquellos pacientes que tengan que usar un fármaco concreto, ya sea para paliar los síntomas o curar la enfermedad. Farmacogenética: Identificación de variantes genéticas que producen distintos desenlaces clínicos y respuestas a fármacos administrados a un grupo determinado de pacientes. No obstante, cuando se aplican herramientas a escala genómica donde se analizan distintas posiciones que nos permitan ajustar aún mejor la terapia de un fármaco concreto se define como Farmacogenómica. (Esto nos permite predecir cómo se responde a la terapia) Partimos de un conjunto de individuos de la población que tienen la misma patología y teniendo en cuenta algunas variables como el peso, la edad, etc. se puede ajustar la dosis. Sin embargo, normalmente, un individuo con una patología va a tener una dosis concreta muy similar a otro individuo con la misma patología. ¿Qué puede ocurrir cuando este conjunto de individuos empieza la terapia? Por un lado, la gran mayoría suele responder bien a la terapia en términos de eficacia y de toxicidad (lo que se busca es que la eficacia sea lo más alta posible y que la toxicidad sea lo menos posible). Por otro lado, en el otro subconjunto, la terapia no es beneficiosa pero no causa daños, es decir, el individuo no manifiesta reacciones adversas (la eficacia no es la esperada). Sin embargo, existe otro subconjunto (es el minoritario) donde la terapia no es beneficiosa (tal y como vimos en las prácticas con las estatinas) y, además, produce daños en el individuo como, por ejemplo, cardiomiopatías. 1. RESPUESTA A FÁRMACOS: eficacia vs toxicidad La respuesta a fármacos depende de varios factores importantes: - La concentración del principio activo circulante en el organismo. - La afinidad del fármaco del principio activo y como interacciona con su diana farmacogenética. - Cómo de potente es la interacción. - Y por último, el efecto que tiene sobre la diana. 1  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz ¿De qué depende la respuesta a fármacos según sus factores? - FARMACOCINÉTICA: Acción del paciente sobre el fármaco. Dentro de ella hay cuatro procesos claves: (ADME) a. Vía de absorción (oral, intravenosa, etc.) b. Distribución c. Metabolización (y su consecuente eliminación) d. Excreción - FARMACODINAMIA: Se estudia la acción del fármaco sobre el paciente, es decir, la diana terapéutica. ¿Qué factores afectan a cualquiera de estos procesos? - Ambiente: dieta, hábitos (tabaco o alcohol) y exposición. - Paciente: edad, género, estado de salud, adherencia al fármaco y variantes genética. - Fármaco: Formulación, dosis, vía de administración, interacción con otros fármacos o alimentos. ¿Cuál puede ser el desenlace? 1. Que el individuo se beneficie de la terapia → Respuesta favorable 2. Toxicidad (adversos): - NO NOCIVOS: efectos adversos secundarios (estatinas pueden derivar a efectos nocivos a nivel cardiaco). - NOCIVOS: efectos tóxicos Hay variantes genéticas que condicionan la respuesta al fármaco y que nos ayudan a ajustar la dosis. 2. BASE DE DATOS FARMACOGENÉTICA: PharmGKB ¿Dónde podemos encontrar a día de hoy información para predecir cómo va a reaccionar el individuo a un fármaco? La principal base de datos se denomina PharmGKB. Esta base integra información de relaciones entre variantes genéticas y respuesta a fármacos. Existen algunos casos concretos donde hay evidencia de asociación clara entre “tengo una variante, voy a responder mejor o peor” y esta se puede aplicar a la clínica. Por otro lado, hay otro conjunto de variantes para las cuales todavía no está claro. 2  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz SECCIÓN DE INVESTIGACIÓN SECCIÓN CLÍNICA 254 rutas metabólicas 206 guías clínicas 44 Genes VIP (10 en cáncer) 1.183 etiquetas de fármacos 28.128 genéticas individuales 5.176 variantes genéticas de interés clínico Pregunta de clase: ¿La epigenética puede ser que influya en que perdamos o disminuyamos la relación con el fármaco? La epigenética engloba varias series de mecanismos como la metilación del ADN, regulación por parte de microARNs y modificación química de las colas de histonas. Cualquier mecanismo epigenético suele estar detrás de respuesta a fármacos e incluso cuando hay terapias prolongadas en el tiempo, como por ejemplo, el asma, un individuo que empieza una terapia le va muy bien hasta que llega un momento determinado en el cual el fármaco no le provoca efectos. El doctor especialista comunica: “vamos a subir la dosis”, mejora la sintomatología, pasa un tiempo con dicha dosis y vuelves a subir la misma. De este modo se producen mecanismos de resistencia (los genes que son sensibles, es decir, las dianas de ese fármaco, se expresan en mayor cantidad o se emplean vías alternativas, etc.) La terapia cambia el perfil de metilación del individuo (inducido por el fármaco) como respuesta a la misma. Se puede observar cómo de envejecidas están las células de un paciente desde un punto de vista epigenético con un análisis epigenético: edad epigenética (podemos calcular la edad biológica teniendo en cuenta los perfiles de metilación). Por ejemplo, puede darse el caso de que un paciente presente una edad epigenética de 40 años mientras que su edad biológica es de 46 años (aspecto positivo). También puede darse el caso contrario, donde su edad epigenética sea de 46 años y su edad biológica de 40 años, lo cual indica que el paciente está envejecido a nivel metabólico y epigenético. En esta asignatura vemos “capítulos en concreto”, ahora hablamos del perfil epigenético pero también existen variables ambientales. PharmGKB está gestionada por la Universidad de Stanford y en ella se tiene en cuenta la opinión de varios expertos a nivel global. De todos ellos, CPIC es el principal donde PharmGKB se apoya, pero también está DPWG y FDA (es americana), que aportan datos para que esta plataforma ajuste muy bien la información. A día de hoy, existen 28.128 variantes genéticas individuales (de diferente tipo pero principalmente son variantes de un nucleótido debido a cambio de una base por otra). Los datos que se aportan a esta plataforma se actualizan constantemente ya que cada vez se obtiene más información. En cuanto a todas estas variantes genéticas concretas, ya hay un subconjunto que se puede llevar ya a la clínica. 3  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz 4. APLICACIÓN DDRx: DNA-Driven Prescribing (21 genes) “Prescripción dirigida por DNA” es una herramienta nueva dentro de PharmGKB. Esta es una aplicación pensada para el móvil. Lo que se encuentra en ella es información acerca de 21 genes (a día de hoy) dentro de distintos cromosomas que se pueden llevar ya a la clínica. Realizamos un cariotipo del individuo (en este caso es un hombre) y localizamos dónde están cada uno de estos 21 genes. Como podemos observar, el cromosoma 1 posee 2 genes y el cromosoma X tiene el gen G6PD. MT-RNR1: Es un gen que pertenece al genoma mitocondrial y que ciertas variantes en el mismo condicionan para la respuesta a un fármaco. Por tanto, podemos analizar dichas variantes antes de iniciar una terapia con ese fármaco. ¿Qué grupos de fármacos hay? La gran mayoría de fármacos que se emplean para diversas disciplinas tienen que ver con variantes en alguno de esos genes, ya sea de manera individual o coordinada. De los 21 genes que se encuentran dentro de la plataforma, la gran mayoría codifican proteínas implicadas en el metabolismo de fármacos, el cual es el más importante para ajustar la dosis (las proteínas que tienen que ver con este metabolismo son más importantes para ajustar la dosis que aquellas que tienen que ver con la absorción, la distribución y la excreción debido a que la metabolización de un fármaco implica activar o inactivar el mismo). Como recordatorio, las estatinas que veíamos en el laboratorio entraban por un canal transportador denominado SLCO1B1 (cromosoma 12), el cual está implicado en la cinética del fármaco (metabolismo) ya que internaliza 4  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz las estatinas dentro del hepatocito. Una vez dentro del hepatocito, proteínas de la familia CYP se encargan de metabolizar la estatina. Por tanto, de las 2 disciplinas mencionadas anteriormente (farmacocinética y farmacodinámica) en la farmacocinética hay procesos más importantes para el ajuste de la dosis de un fármaco. El metabolismo es clave para la respuesta. 5. METABOLIZADORES: Diferencias en la eficacia y toxicidad - Los individuos se pueden clasificar en metabolizadores rápidos, normales, intermedios o lentos (ingesta de alcohol, cafeína, estatina…) Al profesor le diagnosticaron el síndrome de Gilbert producido por una alteración de un gen hepático (en su caso, el ibuprofeno no está recomendado). - Dependiendo de las variantes de cada persona para cada fármaco concreto se puede responder mejor o peor, siendo clave el metabolismo. - Hay individuos de ciertas poblaciones asiáticas que no pueden tomar alcohol, debido a una deficiencia de la enzima alcohol deshidrogenasa que provoca una metabolización más lenta. - Nuestras variantes genéticas nos condicionan y nosotros somos un conjunto de variantes únicas para tener más tolerancia al alcohol, el tabaco… Los factores ambientales (edad, peso, altura…) se ven alterados por sus variantes genéticas. Pregunta de clase: ¿de cara al futuro, no se puede estudiar para cambiar esas variantes? Existen ciertas limitaciones donde la línea germinal está prohibida modificarla, por tanto solo se puede hacer en línea somática. Ya que, puede generar un problema mayor al intentar solucionar otro. La velocidad con que se metaboliza un fármaco dependerá de la combinación de alelos de los genes que codifican las proteínas implicadas en su metabolismo, distinguiendo: a. Dos alelos activos (Metabolizador normal/eficiente): (ocurre en la gran mayoría de la población) ambas copias de un mismo gen concreto que tiene que ver con el metabolismo de un fármaco NO tienen variantes de pérdida de función → Son alelos o genes que funcionan perfectamente → el metabolismo del fármaco será el esperado. 5  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz *NOTA En la imagen se representa el tiempo y la dosis del fármaco dentro de tres ventanas: - La ventana inferior (blanco) sería el caso de que el tratamiento no fuese efectivo porque la dosis es menor a lo que se requiere para unirse a la diana. - En la ventana media (negra), caemos dentro del rango terapéutico porque la dosis de fármaco llega a la diana pero NO hay un exceso como para que interaccione con dianas secundarias. - Finalmente, la ventana superior (azul) serían reacciones adversas porque tenemos dosis suficientes para unirse a la diana pero hay un EXCESO, de manera que comienza a interactuar con otras proteínas o mecanismos que derivan en respuesta adversa. *NOTA 2: el metabolismo se puede entrenar. b. Alelos muy activos (Metabolizador ultra-rápido): Presenta variantes que implican un metabolismo más acelerado de un compuesto (café, estatinas…). Este se metaboliza más rápido, es decir, el principio activo se convierte en inactivo más rápidamente → La eficacia de una dosis estándar va a decaer, porque hay menor cantidad de principio activo circulante (lo eliminamos rápidamente). Puede que se deba a variantes genéticas concretas. También, puede ser que en vez de tener dos copias de un gen, en unos de los cromosomas ocurre un evento de duplicación; por tanto, tendríamos tres copias de un gen en un individuo. En resumen, se metaboliza antes el fármaco y caen por debajo de la ventana óptima de la terapia. En estos individuos se plantea aumentar la dosis (ya que metaboliza más rápidamente el fármaco, se sube la dosis). 6  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz c. Alelos de actividad disminuida (Metabolizador intermedio): (caso contrario al anterior) si les damos la dosis estándar, dado que se tarda más en metabolizar el fármaco, este permanecerá más tiempo circulando. ¿Llegará a la diana? Sí (caemos ventana terapéutica eficaz). Sin embargo, va a haber un exceso que puede unirse a otras dianas que no nos interesan y que derive en efectos adversos. d. Alelos inactivos (nulos) (Metabolizador lento/pobre): (caso extremo) El paciente se toma un comprimido con dosis normal y tarda mucho más tiempo en inactivarlo → Pasa más tiempo circulando → Mayor riesgo de reacción adversa. En estos casos, reducimos la dosis o cambiamos la terapia. *NOTA 3: En las farmacias se ha prohibido comprar medicamentos como el Ibuprofeno de 600mg SIN prescripción médica, entre otras razones, por esto. El metabolismo es uno de los puntos claves de la respuesta a fármacos y es el más estudiado. Esto ocurre en el hígado (hepatocitos): si nos exponemos constantemente a fármacos que demandan de 7  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz la actividad de enzimas metabolizadoras (que tienen su función propia para compuestos endógenos), estas pueden inactivarlos de manera específica. Si hacemos un uso excesivo de fármacos (o alcohol) estamos sobrecargando la actividad de las enzimas y, finalmente, podríamos cargarnos el hígado. Pregunta de clase: ¿Se incluye dentro de estos medicamentos la anestesia? Sí. Resumen: tus hábitos condicionan tu futuro. La cantidad es un factor a tener en cuenta pero la función o la actividad también. Un individuo puede tener pocas unidades de una proteína que sea muy activa respecto a un individuo que tiene mucha cantidad y que sea poca activa. La función es clave. 6. GENES IMPLICADOS EN EL METABOLISMO DE FÁRMACOS (ADME) El metabolismo depende de actividades de enzimas hepáticas que pueden actuar independientemente o conjunta (en cascada) y que podemos clasificar en dos tipos. Enzimas o genes que codifican enzimas que metabolizan un fármaco de: - Fase I: oxidación, reducción e hidrólisis → son reacciones químicas sencillas. - Fase II: Conjugación → son reacciones químicas complejas (transferencias de grupos químicos) Tenemos un gráfico de distribución del papel de ciertas enzimas que ya han sido muy estudiadas, codificadas cada una de ellas por genes del genoma que participan tanto en metabolismo de Fase I o Fase II. El tamaño de cada una de las porciones del gráfico tiene que ver con la cantidad de fármacos que son metabolizados por cada una de ellas. (Se subrayan los genes que codifican enzimas de la familia CYP, son la mayoría en Fase I) 8  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz La superfamilia citocromo P450 (CYP450) es la más importante en el campo de la Farmacogenética Si quitamos la hidrolasas, esterasas, las DPYD y otras… podemos decir que el 80% de los fármacos que se emplean a día de hoy se metaboliza por algunas de las enzimas de esta familia. 7. LA SUPERFAMILIA GENÉTICA Citocromo P450 (CYP450) - En humanos existen 18 familias y 44 subfamilias CYP450 (hemoproteínas con absorbancia de 450 nm) - Nomenclatura compleja: La manera en la que se clasifican estas familias y subfamilias tienen que ver con la identidad de secuencia de los genes (en lo que se parecen los genes). Cuando aparece el asterisco y el número quiere decir que es el gen CYP2D6 y ese (*4) es el alelo concreto que tiene el individuo (es como dar el genotipo). Estos genes son muy polimórficos y normalmente se encuentran en heterocigosis. - Estas enzimas se expresan principalmente en el hígado (también en intestino, pulmón, riñón, cerebro, sangre o piel). - Llevan a cabo reacciones principalmente de Fase I. Principalmente de oxidación, es decir, incorporan el oxígeno a los fármacos y los oxidan. Este evento de oxidación puede implicar que se inactive el fármaco, aunque puede haber excepciones y que esa oxidación implique la activación → profármaco (hablará de ello en la próxima clase). - Codifican monooxigenasas involucradas en la síntesis de colesterol, esteroides y otros lípidos, además de metabolizar fármacos. - Las proteínas codificadas por genes de las familias CYP1, CYP2 y CYP3 (son las más estudiadas) metabolizan el 80% de los fármacos. - Cada fármaco es metabolizado preferentemente por unas CYP450 específicas. De todas esas enzimas que forman parte de las familias, no todas las enzimas metabolizan todos los fármacos por igual. Cada fármaco tiene su CYP “favorito”. 9  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz 8. EJEMPLO METABOLISMO FASE I: el gen CYP2D6 - Primer marcador farmacogenético clonado y caracterizado (Eichelbaum y cols., 1987) - Localizado en el cromosoma 22q13.2. (ID : 1565). Presenta dos transcritos alternativos: 1588 nt (isoforma 1; 497 a) y 1435 nt (isoforma 2, Δexón 3; 446 aa) - Representa el 2-4% de las CYP450 totales expresadas en hígado (también se expresa en duodeno e intestino delgado), localizándose en el retículo endoplasmático. Por tanto, del total de enzimas de CYP 2-4 de cada 100 unidades son de esta enzima. A pesar de que la abundancia relativa no es muy alta, esa enzima sola (como veíamos en el gráfico anterior) metaboliza fármacos comunes. - A pesar de que la abundancia relativa no es muy alta, esa enzima sola (como veíamos en el gráfico anterior) metaboliza hasta un 25% de los fármacos comúnmente prescritos: antidepresivos, antipsicóticos, analgésicos y antitusivos, bloqueantes beta adrenérgicos, antiarrítmicos, antieméticos y anticancerígenos (más info: https ://drug-interactions.medicine.iu.edu/). En este enlace, si entramos en la tabla que aparece, podemos observar los fármacos que se metabolizan por las diversas enzimas (sustratos), así como los fármacos inhibidores e inductores de enzimas. Esto explica por qué a veces no podemos tomar dos tipos de fármacos al mismo tiempo y la interacción farmacológica. 10  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz - Catálogo de variantes descritas en la base de datos PharmVar (Pharmacogene Variation Consortium) 9. CYP2D6 ES ALTAMENTE POLIMÓRFICO (>148 VARIANTES) Polimorfismos de un solo nucleótido (SNPs) y pequeñas inserciones/deleciones (Indels): variantes de splicing en sitios aceptores u otras variantes intrónicas. Ejemplos: (Resumen del profesor de algunas variantes descritas para el gen CYP2D6, tanto puntuales como estructurales) Variantes estructurales: se han descrito deleciones, duplicaciones o amplificaciones (Variantes de Número de Copias o CNVs), pudiendo encontrarse hasta 13 copias en tándem. Por ejemplo, hay individuos que presentan más copias del gen CYP2D6 por eventos de duplicación, es decir, va a tener más unidades de gen → más cantidad de enzima. 10. HAPLOTIPOS DESCRITOS EN EL GEN CYP2D6 - Todas estas variantes se pueden clasificar en función de la repercusión funcional. - 76 haplotipos (148 variantes) con diferente nivel de actividad enzimática. Muchas de las variantes no tienen ningún impacto en la función, pero muchas otras anulan a la enzima. https://api.pharmgkb.org/v1/download/file/attachment/CYP2D6_allele_functionality_reference.xlsx 11  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz 11. ¿CÓMO SE DISTRIBUYEN ESTOS GENOTIPOS EN LA POBLACIÓN? Esta combinación de variantes que pueden ser funcionales o de función nula para esta enzima concreta NO se distribuyen de manera equitativa en los individuos de la población mundial. Como hemos visto en prácticas de informática y laboratorio, por la distribución de alelos en las poblaciones podemos ser metabolizadores lentos o rápidos: Un estudio ha comparado las frecuencias alélicas y genotípicas de CYP2D6 en las poblaciones mundiales, partiendo de datos de >60.000 individuos (Gaedigk y cols., 2017) - Metabolizadores lentos: Más frecuentes en europeos y judíos - Metabolizadores rápidos: más frecuentes en Oceínas PREGUNTAS COMI X: 1. Indique cuál de las siguientes afirmación es cierta en relación a la superfamilia de marcadores farmacogenéticos CYP: A) En humanos existen 44 familia y 18 subfamilias CYP450 (hemoproteínas con absorbancia 450 nm) B) CYP1, CYP2 y CYP3 metabolizan el 10% de los fármacos. C) Codifican monooxigenasas involucradas en la síntesis de colesterol, esteroides y otros lípidos, además de metabolizar fármacos D) (Otra más que era falsa) E) Todas son ciertas 12  Comisión 20 05/12/2024 Comisionista 1: Carla Casanova Velasco Correctora: Adriana Afonso Dorta Comisionista 2: Diego López Palenzuela Genética Humana Docente: Luis Fabián Lorenzo Díaz 2. En base a la eficacia y toxicidad de un fármaco activo se pueden clasificar a los pacientes en varios tipos de metabolizadores. Seleccione la respuesta correcta. Seleccione una: a. Los metabolizadores intermedios tienen alelos de actividad nula, y en ellos el fármaco presenta una alta eficacia y alta toxicidad b. Los metabolizadores rápidos tienen alelos con actividad aumentada, y en ellos el fármaco presenta una baja eficacia y baja toxicidad. c. Los metabolizadores lentos tienen alelos con actividad disminuida, y en ellos el fármaco presenta una alta eficacia y baja toxicidad d. Los metabolizadores intermedios tienen alelos con actividad disminuida, y en ellos el fármaco presenta una baja eficacia y alta toxicidad. e. Los metabolizadores normales tienen alelos activos, y en ellos el fármaco presenta una baja eficacia y baja toxicidad. ¿Cuáles son las características principales de la superfamilia citogenética CYP450? RESPUESTA: Es la familia más importante en el metabolismo de fármacos. - En humanos existen 18 familias y 44 subfamilias de CYP450 y, se llaman así porque tienen grupos hemo capaces de absorber luz a 450 nm. Se expresan principalmente en hígado (también en intestino, pulmón, riñón, cerebro, sangre o piel). - La actividad que llevan a cabo es monooxigenación, es decir, oxidan los fármacos. Este proceso implica o bien, que se inactive y se excrete o que un profármaco se active. - De las 18 familias, las 3 primeras (CYP1, CYP2 y CYP3) metabolizan el 80% de los fármacos que se utilizan a día de hoy. No cualquier proteína de estas 3 familias puede metabolizar el 80% de los fármacos, cada proteína metaboliza unos fármacos específicos. Es decir, cada fármaco tiene su afinidad con un tipo de citocromo p450 específico." Respuestas 1C, 2B 13