genetická kontrola prenatálního vývoje -...
TRANSCRIPT
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