I. Généralités II. Pharmacogénétique et métabolisme des ...

Influence de facteurs génétiques sur l'efficacité et la toxicité des médicaments

I. Généralités II. Pharmacogénétique et métabolisme des médicaments III. Pharmacogénétique, efficacité et tolérance: études de cas IV. Recommandations

Généralités


• Une mutation génétique entraine éventuellement la modification qualitative ou quantitative d'une protéine.

• Cette protéine peut interagir avec le médicament:

- au niveau pharmacocinétique

protéine = protéine de liaison, transporteur, enzyme

- au niveau pharmacodynamique

directement: protéine = récepteur

indirectement: protéine = hormone, cytokine, …

• Cette interaction peut se traduire par une modification de l'activité ou de la toxicité du médicament.

Corrélation de CLr de la digoxine chez des jumeaux HZ et DZ

Birkenfeld AL, 2009

Corrélation plus forte chez les jumeaux HZ que chez les DZ = rôle de la variabilité génétique dans la variabilité PK

Digoxine = substrat de PgP

DZ

HZ

• Femme de 53 ans, ulcère duodénal + infection à Helicobacter pylori

• Traitement 1 pendant une semaine:

lansoprazole 30 mg x 2 + clarithromycine 200 mg x 3 + amoxicilline 500 mg x 3

Echec

• Traitement 2 pendant une semaine:

lansoprazole 30 mg x 2 + clarithromycine 200 mg x 4 + amoxicilline 500 mg x 4

Echec

• Isolement d'une souche de H. pylori clarithromycine-R, amoxicilline-S

Furuta, CPT 2000

Intérêt de la pharmacogénétique: un cas clinique (1)

• Traitement 3 pendant deux semaines:

lansoprazole 30 mg x 2 + minocycline 200 mg x 2 + cefaclor 250 mg x 3

Echec

• Génotypage CYP2C19: métaboliseur rapide homozygote

• Traitement 4 pendant deux semaines:

oméprazole 40 mg x 3 + amoxicilline 750 mg x 3

Succès, confirmé à 1 an.

Furuta, CPT 2000

Intérêt de la pharmacogénétique: un cas clinique (2)

Pharmacogénétique et métabolisme des médicaments

Cellule (hépatocyte)

Ex: PGP

X X XOR

ROH

Phase II

XOR

Phase III

Elimination

XOH

Ph

ase

IV

: expulsion du xénobiotique inchangé ou conjugué

Phase I: fonctionnalisation

Phase II: conjugaison (+ hydrophile)

Phase III: expulsion de conjugués ou du produit parent (ex: mdr, MRP)

XOH

Phase I

O 2

Monooxygénases P450

Ex: GST Ex: MRP

Métabolisme des xénobiotiques

Les enzymes de phase I

Enzymes Substrats

• Estérases, peptidases valacyclovir

• Epoxyde hydrolase carbamazépine

• Azo et nitro-réductase

• Alcool deshydrogénase* éthanol

• Sulfide et sulfoxyde reductase disulfiram, sulindac

• MAO primaquine, halopéridol

• Mono-oxygénases cimétidine, imipramine

• Cytochromes P450* très nombreux

* enzymes polymorphiques

Principaux substrats des CYP

1A2 2C8, 9 2C19 2D6

Amitriptyline

Imipraminiques

Miansérine

Clozapine

Dihydralazine

R-warfarine

Tacrine

Théophylline

2C8:

Paclitaxel

Pio, rosiglitazone

2C9:

Fluconazole

Fluoxétine,Fluvastatine

Ibuprofène, etc

Sulfamides hypoG

Phénytoïne

Sartans

S-warfarine

Sulfamethoxazole

Omeprazole et IPP

Citalopram

Phénytoïne

Proguanil

Nelfinavir

Voriconazole

Ami, nortriptyline

Imipraminiques

Paroxétine

Phénothiazines

Béta-bloquants

Perhexiline

Dextromethorphane

Codéine

Dompéridone

Halopéridol

Méthadone

Propafénone

Sétrons

Principaux substrats des CYP3A4 / 3A5

Ritonavir, IP-VIH

Kétoconazole, etc

Ciclosporine

Tacrolimus

Erythromycine, etc

Statines

Benzo: alpra, mida, tria,

dia, broma, clonazepam

Inhibiteurs calciques

DHE, etc

Amiodarone

Astémizole, Terfénadine

Clindamycine, Rifabutine, Rifampicine

Cisapride

Quinidine, Propafenone

Fentanyl, etc

Prednisolone, Sétrons

Pimozide, Rispéridone, Sultopride

Sildénafil, Sumatriptan

Warfarine

Busulfan, Etoposide, Irinotecan, Paclitaxel

Cyclo, Ifosfamide

Tamoxifene, Vinbla, Vincristine

Les enzymes de phase II

Transférases, T X-OH + R-OH ---> XOR, très hydrophile ou moins réactif R Enzyme Donneur

Ac. Glucuronique Glucosyl T (UGT)* UDPGA

Glutathion Glutathion-S-T (GST)* GSH

Acétyl N-acétyl T (NAT)* Acétyl CoA

Méthyl Methyl T (MT)* SAM

Sulfate Sulfo T (ST) PAPS

Nombreuses isoformes, superfamilles d ’enzymes

Phase III: mdr

Phase I Phase II

Proportions de médicaments métabolisés par les différentes enzymes

Cellule

Phase III

Sang

Bile Lumière intestinale

Tubules rénaux Tissus

X X

X X

X---> XOH---> XOR

* MDR=> PGP * MRP => 1 à 7 conjugués aussi substances endogènes hydrophiles chargées

XOR

XOR

Rôle des transporteurs hépatiques

Kivisto KT, 2006

The coordinated expression and activity of uptake (e.g., OATP1B1) and efflux (e.g., MRP2) transporters mediates transport of exogenous and endogenous substrates from the portal bloodstream into the bile. Drugs may undergo further biotransformation in the hepatocyte or be excreted unmodified into bile.

.

0

20

40

60

80

100

120

10

rapides

metaboliseurs

ultra-rapides

metaboliseurs

lents

metaboliseurs

Log Debrisoquine / 4OH debrisoquine 0.1 1 100

Bertilsson and Dahl 1996

12.6 Nom

bre

d ’in

div

idus

( )n

Distribution du rapport métabolique exemple de la débrisoquine

( )n

Gène défectueux (délétion, mutation inactivatrice)

( )n

Gène actif

Amplification du gène actif

Pas de gène actif:

lents

1 gène actif

rapides ou

intermédiaires

2 gènes actifs

rapides

Plus de 2 gènes actifs

ultrarapides

Polymorphismes génétiques : bases moléculaires

Proportions de métaboliseurs lents selon les enzymes

CYP1A

CYP 2A6** (5%)

CYP 2C9 (3%)

CYP 2C18 (?)

CYP 2C19(5-20%)

CYP 2D6** (5-7%)

CYP 2E1(>1%)

CYP3A4/5 (?)

GSTM1** (50%)

GSTT1 (10-20%)

GSTP1 (10%)

UGT1A1 (5-10%)

NAT2 (50%)

EH (<5%)

TPMT(<1%)

** : gènes pour lesquels une duplication est possible

PK du glicazide en fonction du génotype 2C19

CYP2C19 métaboliseur lent

CYP2C19* hétérozygote

CYP2C19*1 homozygote

Zhang Y, 2007 Principe général: l’AUC du produit parent est plus élevée chez le métaboliseur lent

Etudes de cas

• Béta-bloquants et HTA

• Curarisants et durée d’effet

• Antivitamines K et INR

• Inhibiteurs de pompe à proton et éradication de H. pylori

• Statines : efficacité et toxicité musculaire

• Agents alkylants : efficacité

• 5FU et thiopurines : efficacité et tolérance

• Irinotecan : tolérance

• Codéine : effet antalgique

• Aminosides : ototoxicité

Influence de facteurs génétiques sur l'efficacité du metoprolol

Liu J, 2006

Influence de facteurs génétiques sur l'efficacité du metoprolol (2)

Influence de facteurs génétiques sur l'efficacité du métoprolol (3)

Influence de facteurs génétiques sur l’effet de la succinylcholine

Gardiner SJ 2006

• Butyl-Cholinesterase métabolise la succinylcholine, le

mivacurium, la procaïne et le bambutérol dans le plasma.

• Caucasiens: 96% sont UU = homozygote sauvage, 4% sont

mutés avec une activité diminuée.

• L’impact des mutations est majoré en cas de grossesse, infection

aigue, cancer, dépression respiratoire iatrogène

• Chez 1 patient sur 3500, l’activité est fortement prolongée et se

traduit par une apnée même en l’absence de facteurs

favorisants.

Influence de facteurs génétiques sur l’effet de la succinylcholine

Jensen FS 1995

Butyl-Cholinesterase :

UU = homozygote sauvage

AU, AF AA = variants

durée d’action

Variabilité pharmacologique de l'effet des AVK

Dose administrée

Concentration au site d’action

Intensité de l’effet

PK

PD

Métabolisme par le cytochrome P450 2C9

VKORC1 (la sous unité du complexe vitamine K - époxyde réductase)

Métabolisme des AVK

• Les AVK sont administrés sous forme racémique (R,S).

• L'énantiomère S est 2 à 5 fois plus actif que R.

• Le métabolisme principal est l'hydroxylation.

Pourcentage

d'hydroxylation assuré

par le CYP2C9 pour la

warfarine et

l'acénocoumarol.

Other CYPs = 1A2, 2C19

Influence du polymorphisme 2C9 sur le métabolisme de la warfarine

• La S-warfarine (énantiomère le plus actif) est métabolisée en hydroxy-7 warfarine essentiellement par CYP2C9.

• Activité in vitro (Vmax / Km) des variants de CYP2C9 pour cette voie:

*1 100 %

*2 12 %

*3 5 %

• Clairance de S-warfarine in vivo en fonction du statut 2C9 :

Homozygote *1*1 100 %

Hétérozygote *1*3 33 %

Homozygote *3*3 10 %

Fréquence des mutations sur CYP2C9 chez les caucasiens

Génotype Fréquence

2C9*1/*1 66%

2C9*1/*2 19%

2C9*1/*3 12%

2C9*2/*3 2%

2C9*2/*2 0.5%

2C9*3/*3 0.7%

Les mutations sont présentes chez un tiers des sujets

Rôle de VKORC1 Vitamine K époxyde reductase complexe 1

_ _

Activation

Mutations de VKORC1 conférant une résistance aux AVK

AA modifié Dose de warfarine / j

Phénotype de résistance

Val29 -> Leu 14 mg modéré

Ala41 -> Ser 16 mg

Arg58 -> Gly 32 – 36 mg majeur

Val66 -> Met 27 – 35 mg

Leu128 -> Arg > 45 mg

sévère Val45 -> Ala

INR cible non atteint

Ces mutations sont rares

Mutations de VKORC1 conférant une hypersensibilité aux AVK

Modification du facteur VII et de l'INR après une dose unique d'acénocoumarol

Mutation -1639G>A au niveau du promoteur du gène VKORC1. Fréquence 40 %.

Dose de warfarine pour atteindre un INR de 2 à 3 en fonction du génotype

Dose de warfarine en fonction du génotype

Age in years; height in centimeters CYP2C9 genotype: input 0, 1, or 2 for the number of *2 and *3 alleles VKORC1 genotype: input 1 for GG, 2 for GA, and 3 for AA

Validation externe

Sconce EA, 2005

Risque relatif d'INR > 6 avec acénocoumarol en fonction du génotype

• Patients ayant une mutation sur CYP2C9 ou sur VKORC1:

Pas de risque supplémentaire par rapport au patient non muté pour les deux traits.

• Patients ayant une mutation sur CYP2C9 et sur VKORC1:

Risque 4 à 6 fois plus élevé par rapport au patient muté pour un seul trait.

AUC des IPP en fonction du génotype 2C19

AUC du pH en fonction du génotype 2C19

Courbe de pH en fonction du génotype 2C19

Efficacité clinique dans le RGO en fonction du génotype 2C19

Efficacité de la trithérapie dans l’éradication de H. pylori

en fonction du génotype 2C19

Efficacité de la trithérapie dans l’éradication de H. pylori

en fonction du génotype 2C19 et IL1b

Sugimoto M, 2006

IL1b est produit par les PBMC et PNN de l'ulcère

IL1b est un anti-secrétoire très puissant

pH gastrique = 2.4 (CC), 3.8 (CT), 6.5 (TT)

PK-PD de la pravastatine en fonction du génotype OATP1B1

Kivisto KT, 2006

Plasma pravastatin kinetics and lipid response in 8 subjects with a SLCO1B1 variant haplotype and in 8 controls after treatment with 40 mg/day pravastatin for 3 weeks. Lathosterol is a late intermediate in the cholesterol synthesis pathway. Plasma lathosterol and the ratio of lathosterol to cholesterol are indicators of the activity of hepatic HMG-CoA reductase and the rate of total cholesterol synthesis in vivo

Risque x 30

par rapport à TT

Risque de myopathie sous simvastatine en fonction du génotype OATP1B1

Génotype CC = transporteur OATP1B1 non fonctionnel

NEJM 2008

Efficacité tolérance de simvastatine en fonction du génotype 2D6

Mulder AB, 2001

Génotype % intolérance

Baisse de Chol

mM/L par

mg de simva

Dose (mg/j)

CYP2D6 wt/wt 17 0.10 25

CYP2D6 wt/mut 46 0.20 20

CYP2D6 mut/mut 80 0.23 10

CYP2D6

copies multiples 0 0.01 40

Influence de facteurs génétiques sur l'efficacité des agents alkylants

• La chimiosensibilité aux alkylants dépend de l'activité du gène de

l'enzyme de réparation de l'ADN (Méthyl-Guanine-DNA Méthyl

Transférase).

• Le gène MGMT est régulée par des facteurs épigénétiques: la

méthylation du gène entraine son inactivation.

• Les gliomes avec MGMT méthylé ont une absence d'enzyme MGMT:

la carmustine est efficace et toxique.

• Les gliomes avec MGMT non méthylé expriment l'enzyme MGMT: la

tumeur résiste à la carmustine.

Esteller M, 2000


Overall Survival and Time to the Progression of Disease among Patients with Gliomas Treated with Carmustine, According to the Methylation Status of the MGMT Promoter. Survival and time to progression were significantly greater in the group of patients with methylation of the MGMT promoter.

Esteller M, 2000


Paz MF, 2004

MGMT non

méthylée MGMT méthylée p

Temozolamide 25 68 0.03

BCNU 17 54 0.04

Procarbazine

/CCNU 8 60 0.04

Total 19 61 0.001

Pourcentage de réponse positive dans le gliome, en première ligne

Métabolisme du 5FU

5FU : Distribution de l'activité DPD

Magné N, 2007

5FU : Activité DPD et toxicité

Magné N, 2007

The prevalence of the IVS14+1G>A mutation is 0.9% in the Caucasian population. In the present study, this mutation was found in two patients (i.e. 2.2%) (heterozygous patients).

5FU : Diversité des mutations corréles à une activité DPD basse

Van Kuilenburg, 2000

Le phénotypage est probablement plus fiable que le génotypage

Recommandation de l’ANSM pour le 5FU

L’ANSM s’est prononcée le 28 Février 2018 en faveur d’un dépistage du déficit

en DPD avant toute administration de 5FU ou Capécitabine, et en priorité chez :

• les patients recevant le 5FU en bolus ou à fortes doses,

• les femmes traitées par capécitabine,

• les patients pour lesquels une toxicité aux fluoropyrimidines a été rapportée

chez un membre de la famille,

• les patients présentant des comorbidités ou une fragilité particulière,

• ainsi qu’une situation adjuvante.

Distribution de l'activité TPMT

Weinshilboum, 2001

Rôle de la TPMT dans le métabolisme des thiopurines

Weinshilboum, 2001

Activité TPMT et thioguanines nucléotides

Weinshilboum, 2001

Plus l’activité TPMT est élevée, moins il y a de 6TGN dans les hématies

Corrélation 6-TGN et toxicité hématologique

Lennard, 1997 et 2006

R = -0.5, p < 0.02

Il existe aussi une corrélation entre activité TPMT et risque de maladie veino-occlusive du foie dans la LAL de l’enfant.

Irinotecan et UGT1A1

UGT 1A1

Carboxyl-esterase

CYP 3A4

Elimination Biliaire

• SN38 est le métabolite actif

• UGT1A1*28 est associé à une augmentation de SN38

Irinotecan et UGT1A1

Liu CY, 2008

• 128 patients, cancer colorectal, prétraités par irinotécan + FuFol

• Fréquence UGT1A1*28 = 15 % hétéro, 5 % homo

UGT non mutée UGT mutée p

Neutropénie

grade 3-4 5 % 54 % < 0.01

Diarrhée 6 % 27 % < 0.01

Bilirubine

élevée avant ttt 9 % 23 % < 0.04

Réponse et

survie globale 45 % et 18 mois 42 % et 19 mois NS

Pourcentages de patients présentant une toxicité

Codéine et CYP2D6

Persson K, 1995

Le métaboliseur lent pour CYP2D6 ne produit pas de morphine : pas d’effet antalgique de la codéine

Ototoxicité des aminosides

Hutchin T, 1994; Li Z, 2005

• Certains sujets sont hypersensibles à l'ototoxicité des aminosides

• L'activité antibactérienne est dûe à la liaison à l'ARN ribosomal 12S des bactéries

• Trait génétique transmis par la mère

• Lié à une mutation de l'ADN mitochondrial dans le gène de ARN ribosomal 12S.

• Plusieurs mutations identifiées, mutation A1555G plus fréquente

• La mutation A1555G augmente la liaison de l'aminoside au ribosome et inhibe son fonctionnement.

Recommandations

Phénotype:

- activité réelle

- quantifiable

- mise en oeuvre plus difficile

- variations (xénobiotiques, pathologies)

- pas permanent

Génotype:

- facile

- permanent

- pas quantifiable

- pas activité réelle

Recommandations Phénotype versus génotype

Recommandations Indications actuelles en routine

Médicament Enzyme Méthode Utilité

Azathioprine,

6MP TPMT Phénotype Activité / Tox

Warfarine,

acénocoumarol CYP2C9 Génotype Activité / Tox

5FU DPD Phénotype Tox

Tolbutamide CYP2C9 Génotype Tox

Irinotécan UGT1A1 Génotype Tox

Utilisation prospective

Recommandations Indications actuelles en routine

Médicament Enzyme Méthode Utilité

Suxaméthonium,

mivacurium

Butylcholine

estérase Phéno ou géno Hypersensibilité

IPP CYP2C19 Génotype Non réponse

Codéine CYP2D6 Génotype Non réponse

Hydralazine NAT2 Phéno ou Géno Non réponse

chez le EM

Utilisation rétrospective

Recommandations Prise en compte de la pharmacogénétique en R&D

Le polymorphisme génétique au niveau PK est à prendre en compte si:

• Il influence fortement la concentration du médicament et/ou des métabolites actifs

• Il existe une relation entre concentration et effet thérapeutique

• Il existe une relation entre concentration du médicament (et/ou des métabolites actifs) et un effet indésirable majeur

• La marge thérapeutique est étroite

Le polymorphisme génétique au niveau PD est à prendre en compte si:

• Il influence fortement l'effet ou la toxicité du médicament

Rôle de la pharmacogénétique

• Prédiction de la réponse thérapeutique

• Prédiction du risque d’effet indésirable

• Ajustement de la dose

• Documentation d’un nouveau médicament

Influence de facteurs génétiques sur l'efficacité des antiasthmatiques

Evans WE, 2003

Métabolisme de l'atomoxétine Substrat du CYP2D6

Sauer JM, 2003

PK de l'atomoxétine et de ses métabolites

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