la farmacogenetica in oncologia: come sfruttare le...
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La Farmacogenetica in oncologia: come sfruttare le conoscenze biologiche per ridurre le tossicità e incrementare il sinergismo
terapeutico?
Dott.ssa Marzia Del Re
Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale
Università di Pisa UOC Farmacologia clinica
Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana
SNPs may occur at any position in the gene
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 2
Genetic polymorphisms, pharmacokinetics and pharmacodynamics of drugs
Yamayoshi Y et al. Int J Clin Oncol 2005 M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 3
CYP2D6-dependent metabolism of tamoxifen
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 4
The CYP2D6 function in any particular subject may be described as one of the following: • poor metaboliser - these subjects have little or no
CYP2D6 function • intermediate metabolizers - these subjects metabolize
drugs at a rate somewhere between the poor and extensive metabolizers
• extensive metaboliser - these subjects have normal CYP2D6 function
• ultrarapid metaboliser - these subjects have multiple copies of the CYP2D6 gene expressed, and therefore greater-than-normal CYP2D6 function
CYP2D6 phenotype in humans
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 5
In tamoxifen-‐treated pa>ents, women with the CYP2D6 *10 T/T genotype have a lower 4OH-‐tam/endoxifen levels in the serum and a worse clinical outcome.
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 6
DFS of CYP2D6*10 breast cancer patients receiving tamoxifen
152 pa'ents
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 7
DFS of CYP2D6 *10 breast cancer patients NOT receiving tamoxifen
141 pa'ents
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 8
Le fluoropirimidine sono i farmaci antitumorali maggiormente utilizzati in clinica
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 9
1ChemSpider 2D Image | 5-fluoro-1-(tetrahydrofuran-2-yl)pyrimidine-2,4(1H,3H)-dione - pyrimidine-2...
September 22, 2012 1:08:14 PMhttp://www.chemspider.com/ImageView.aspx?id=94558
Show 2D Show 3D
1ChemSpider 2D Image | Capecitabine | C15H22FN3O6
September 22, 2012 1:07:39 PMhttp://www.chemspider.com/ImageView.aspx?id=54916
Show 2D Show 3D 3
1ChemSpider 2D Image | Fluorouracil | C4H3FN2O2
September 22, 2012 1:00:12 PMhttp://www.chemspider.com/ImageView.aspx?id=3268&mode=2d
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5-Fluorouracile
Capecitabina
Tegafur/uracile (UFT)
Tossicità principali delle fluoropirimidine
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 10
• Durante la terapia si verifica frequentemente tossicità gastrointestinale (>50% dei pazienti) che consiste in stomatiti, esofago-faringiti (che possono portare a desquamazione e ulcerazione), diarrea, anoressia, nausea, vomito, enteriti e gastroduodeniti.
• Ogni ciclo di terapia con fluoruoracile è generalmente seguito da leucopenia. Il numero più basso di leucociti si osserva solitamente tra il 9° e il 14° giorno dopo il primo ciclo di trattamento, sebbene la massima depressione midollare possa protrarsi fino al 20° giorno. Il numero di leucociti torna solitamente a livelli normali entro il 30° giorno.
• In un numero cospicuo di casi (>60% dei pazienti) si osservano alopecia e dermatiti. La dermatite che compare più frequentemente è una eruzione maculopapulare pruriginosa generalmente localizzata alle estremità e meno frequentemente al tronco. È reversibile e risponde ad un trattamento sintomatico.
• A livello dermatologico si può manifestare cute secca, screpolature, eritema o aumentata pigmentazione della pelle e la caratteristica sindrome da eritrodisestesia palmare-plantare, con formicolio alle mani ed ai piedi seguito da dolore, eritema e gonfiore.
Meccanismo di azione delle fluoropirimidine: metabolismo attivante
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 11
Metabolismo inattivante del 5-fluorouracile: metaboliti privi di effetto antitumorale
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 12
1ChemSpider 2D Image | 2-Fluoroalanine | C3H6FNO2
September 22, 2012 4:27:05 PMhttp://www.chemspider.com/ImageView.aspx?id=11659864
Show 2D Show 3D 5-Fluoroalanina
1ChemSpider 2D Image | 5-Fluorodihydropyrimidine-2,4(1H,3H)-dione | C4H5FN2O2
September 22, 2012 4:21:58 PMhttp://www.chemspider.com/ImageView.aspx?id=108825
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1ChemSpider 2D Image | Fluorouracil | C4H3FN2O2
September 22, 2012 1:00:12 PMhttp://www.chemspider.com/ImageView.aspx?id=3268&mode=2d
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5-Fluorouracile 5-Fluorodiidrouracile
1ChemSpider 2D Image | 3-(Carbamoylamino)-2-fluoropropanoic acid | C4H7FN2O3
September 22, 2012 4:24:47 PMhttp://www.chemspider.com/ImageView.aspx?id=133299
Show 2D Show 3D Acido 5-Fluoroureidopropionico
DPD Diidropirimidinasi
β-Ureidopropionasi
!
La diidropirimidina deidrogenasi
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• La DPD (diidropirimidina deidrogenasi) è il primo enzima della via catabolica delle basi pirimidiniche (uracile e timina) ed è caratterizzato da minore attività enzimatica rispetto alle successive tappe enzimatiche.
• L’incapacità di inattivare le fluoropirimidine determina aumento di concentrazione dei farmaci attivi e grave tossicità neurologica, emopoietica e gastrointestinale che può essere mortale.
• Circa il 31% dei pazienti con carcinoma del colon-retto metastatico che vengono trattati con fluoropirimidine possono manifestare tossicità ematologica e gastrointestinale di grado 3/4.
IVS14+1G>A è la variante associata a grave alterazione funzionale di DPD
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Transizione G>A nella sequenza consenso del sito di splicing nell’esone 14
L’esone 14 è deleto e viene prodotto un enzima inattivo
Esone 13! Esone 14! Esone 15!
AG! GT! AG! GT! AG! GT!
3% Eterozigoti!Mut: A! 97% Omozigoti WT!
WT: G!Esone 13! Esone 15!
Proteina non funzionale!
Tossicità grave da!fluoropirimidine!
Esone 13! Esone 14! Esone 15!
Proteina funzionale!
Normale tollerabilità da!fluoropirimidine!
Varianti genetiche DPD
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 15
61C>T 62G>A 74A>G 85T>C
257C>T 295-298delTCAT
100delA
496A>G 601A>C 632A>G
703C>T
812delT
Introne
5’
Esone
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
3’
1003G>T 1039delTG 1108A>G
1156G>T
1475 C>T
1601G>A 1627A>G 1679T>G 1714C>G
1896T>C 1897delC
IVS14+1G>A
2194G>A
2657G>A
2846A>T
2933A>G 2983G>T
Del Re M et al. EPMA Journal 2011
Attività enzimatica della DPD e tossicità delle fluoropirimidine (5-FU)
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 16
DPD
5-FdUMP
TS
Tossicità tollerabile
5-FDHU
5-FdUMP
TS
Tossicità grave/
mortale
5-FU
Deficit (allele IVS14+1G>A)
5-FDHU
5-FU
Normale
Del Re M et al. EPMA Journal 2011
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 17
Caso clinico - paziente 1
85T>C
496AG
Introne
5’
Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
3’
1601G>A 1627A>G
1801G>C 1896T>C IVS14+1G>A
2194GA
DIARREA 4 STOMATITE 4 DERMATITE 3 ALOPECIA 2 LEUCOPENIA 3 NEUTROP 4 HFS 2
OXALIPLATINO – CAPECITABINA
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85T>C 496AG
Introne
5’
Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
3’
1601G>A
1627AG
1801G>C 1896T>C IVS14+1G>A
2194GA
Caso clinico - paziente 2
1° ciclo
CISPLATINO 100 mg/mq g 1 5-‐FU 1000 mg/mq i.c. 24 ore per 5 gg
DIARREA 3 STOMATITE 3 LEUCOPENIA 3 NEUTROPENIA 4 ANEMIA 3 HFS 2
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 19
85T>C 496A>G
Introne
5’
Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
3’
1601G>A
1627GG
1801G>C 1896T>C IVS14+1G>A
2194G>A
Caso clinico - paziente 3
FOLFOX-‐4 (Ciclo 5°)
NAUSEA/VOMITO 3 DIARREA 4 STOMATITE 3 DERMATITE 2 LEUCOPENIA 4 NEUTROPENIA 4 NEUTROPENIA FEB si HFS 2
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85T>C 496A>G
Introne
5’
Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
3’
1601G>A 1627A>G
1801G>C 1896T>C IVS14+1GA
2194G>A
Caso clinico - paziente 4
DIARREA 4 NAUSEA/VOMITO 3 STOMATITE 3 NEUTROPENIA 3 PIASTRINOPENIA 2
FOLFOX-‐4
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85T>C 496A>G
Introne
5’
Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
3’
1601G>A 1627A>G
1801G>C 1896T>C IVS14+1AA
2194G>A
Caso clinico - paziente 5
DIARREA 3 HFS 3 ALOPECIA COMPLETA MUCOSITE 3 NEUTROPENIA (febbrile) 4
5-‐FU DOSE TEST: 250 mg/m2 bolo senza folato
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 22
85T>C 496A>G
Introne
5’
Esone 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
3’
1601G>A 1627A>G
1801G>C 1896T>C IVS14+1G>A
2194G>A
Caso clinico - paziente 6
DIARREA 3 ALOPECIA 2 MUCOSITE 3 NEUTROPENIA (febbrile) 4
FOLFIRI
UGT1A1 7/7!
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 23
Proposed algorhithm for DPD evaluation in patients
Patient never treated with fluoropyrimidines
Screening for IVS14+1G>A
If negative
Treat with standard dose
If toxicity occurs
If homozygous for IVS14+1G>A
No treatment
If heterozygous
5-FU test dose or measure DPD activity
Adjust therapeutic dose based on clearance values or DPD activity
If hetero- or homozygous
Empirical adjustment of dose or – if available –
Screen for additional polymorphisms
Patient with fluoropyrimidine-induced toxicity
Screening for multiple variants
If heterozygous for IVS14+1G>A or hetero- or homozygous for
other variants
Continue treatment
If no toxicity
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 24
Metabolism of irinotecan
M. Del Re Farmacogenetica in oncologia 25
Nomenclatura delle ripetizioni TA in UGT1A1
J U L Y 2 0 0 6 • W W W . M A Y O R E F E R E N C E S E R V I C E S . O R G / C O M M U N I Q U E / • P A G E 5
Figure 2. UGT1A1 gene showing the polymorphic variation in TA repeat numbers.
demonstrate roughly a 2-fold to 4-fold decrease in glucuronidation of SN-38,14
resulting in a 50% higher risk of developingserious neutropenia (<1.0 x 10
9neutrophils/L).
Heterozygous UGT1A1*28 TA6/7 patients havea 25% reduction in UGT1A1 activity, but stillexperience a higher risk of toxicity, comparedwith homozygous UGT1A1*1 TA6/6 patients.15
Because patients homozygous for the UGT1A1*28 allele are at increased risk foririnotecan toxicity, reducing the dosage forthese patients could significantly decrease thenumber of cases of irinotecan toxicity byupwards of 50%.14 Determination of thepatient’s genotype can help the physiciandetermine the most appropriate therapy forindividual patients, thereby optimizing drugefficacy and avoiding adverse side effects.
The FDA and Camptosar Labeling
The Food and Drug Administration (FDA) is working to develop standards for theutilization of genomic data to influence safetyand efficacy of new drugs. The FDA has issued guidance requiring the submission ofpharmacogenetic data when there is evidencethat the disposition of a test compound isinfluenced by a protein encoded by apolymorphic gene. The current focus is onproven biomarkers such as UGT1A1. In 2005, the FDA required that irinotecan packagelabeling be changed to include lower dosing for homozygous UGT1A1*28 individuals(Figure 4).
—Continued next page
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Frequenze alleliche di UGT
P A G E 4 • W W W . M A Y O R E F E R E N C E S E R V I C E S . O R G / C O M M U N I Q U E / • J U L Y 2 0 0 6
Table 1. UGT1A1 allele and genotype alleles, nomenclature, frequencies, and ethnicity information.
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Effetto funzionale delle varianti alleliche di UGT1A1
P A G E 4 • W W W . M A Y O R E F E R E N C E S E R V I C E S . O R G / C O M M U N I Q U E / • J U L Y 2 0 0 6
Table 1. UGT1A1 allele and genotype alleles, nomenclature, frequencies, and ethnicity information.
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Innocenti F et al. J Clin Oncol 2004
8000
2000
1500
1000
500
Genotipo TA
Correlazione tra genotipo UGT1A1 e tossicità di irinotecano
Numero
di g
ranu
lociti
neutrofili
circolan
ti
5/6 6/6 6/7 6/8 7/7
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Induttori ed inibitori di UGT1A1
J U L Y 2 0 0 6 • W W W . M A Y O R E F E R E N C E S E R V I C E S . O R G / C O M M U N I Q U E / • P A G E 7
At Mayo Clinic, prospective phase I and II trials are under way to ascertain safe, clinically effectiveirinotecan dosages for each UGT1A1 genotype.17,18
Factors under investigation to determine theoptimal drug regimen for each genotype are dosage, timing and frequency of drugadministration, and effective combination withother drugs.
Summary
Health care has barely begun to explore theimplications of genetic testing, but UGT1A1genotyping is a new important tool for identifyingpatients at risk for irinotecan toxicity. The FDArecognizes that UGT1A1 testing offers the potential
to reduce mortality and improve patient outcomes,and recommends lower dosages for individualswho are homozygous for the variant associatedwith reduced clearance of the drug. By utilizinggenotype testing for patients facing irinotecantherapy, physicians can weigh the risks andbenefits of therapy and tailor their patient’s careoptions.
Mayo’s exclusive license for this test includes theright to sublicense this test. MML will activelypursue agreements with other academic medicalcenters, laboratories, diagnostic test companies, andpharmaceutical companies to ensure that patientseverywhere have access to this important screeningtest. For more information, contact Mayo LabInquiry at 800-533-1710.
Table 2. Common UGT1A1-drug substrates, inhibitors, and inducers.
acetaminophenatazanaviratorvastatinbropiriminebuprenorphinecarvedilolcerivastatinclofibratecotinineethinylestradioletoposideezetimibefisetinflavopiridolgalangingemfibrozilgenisteinnalorphinenaltrexonenaringeninnicotinesimvastatinSN-38telmisartantroglitazone
diclofenacketoconazoleprobenecidsilibinintacrolimus
chrysindexamethasonephenobarbitalphenytoinrifampinritonavirSt. John’s Wort
apigenin
Substrates Inhibitors
Inducers
Inducer and Substrate
Metabolismo della gemcitabina
9/5/2013 M. Del Re – Farmacogenetica e tossicità 30
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Caso clinico
Ipertrasaminasemia AST 575 -‐ ALT 860
Tossicità midollare Piastrinopenia: 73000/μl Anemia: 8,8 g/dl Hb Leucopenia: 1790/μl Neutropenia: 910/μl
CDBCA/GEM (dose somministrata carbopla'no 340 mg, gemcitabina 1700 mg)
CDA 79CC (omozigote mutato)
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Major limitations of current studies on pharmacogenetics
• Insufficiently powered to detect a difference among gene>c variants
• Choice of gene>c polymorphism ohen unclear
• Issue of germline vs. soma>c variants not addressed
• Standard clinical endpoints may not be suitable
• Clinical trial design -‐ retrospec>ve vs. prospec>ve data collec>on • Ethnic issue ohen not taken into account • Predic>vity of drug effect confused with prognos>c value