. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~ . . ~ , . . : , . . ~ , ,~ ~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~ , ~ . . . . . . . . . . . . . . ~ . , . , . . ~ , . , ~ , , , ~ . . . . . . . . . . . . . . . ~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . , ~ , , ~ , . , , , . ~ .~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~ ,~ , . ~ ~ ~ . . . . . . . . . . . . . . , ~ ,~ ,~ . . ~ .%

FONCTIONS ET RESEAUX ' LA POST-GI~NOMIQUE

Vers des profils pharmacoge n tiques ?

=ar Philippe Amouyel =

* Inserm U508, Institut Pasteur de Lille, 1, rue Calmette, 59019 Lille cedex. E-mail: philippe. amouyel@pasteur- lille.fr

Les ast~risques renvoJent au glossalre p. 88

(1} T.A. Kocarek, A.B. Reddy (1996) Drug Metab, Dispos. 24,1197-1204.

(2) D.S. 8alley eta/. (1998) Cur~ Opin. Biotechno/. 9, 595- 601.

Stimul#e par les avanc#es rapides du projet

GSnome humain, l'explosion des techniques de

biologie molSculaire ~ haut ddbit et la diffusion

des m#thodes d'dpid#miologie gdn#tique, la phar-

macologie s'est appropri#e les concepts de la

gSnomique, afin de perfectionner sa recherche de

nouvelles molecules et l'efficacit8 des traitements.

Deux nouvelles disciplines sont ainsi apparues : la

pharmacogSnomique et la pharmacog#n#tique.

omment d6couvrir de nouveaux m6dicaments s~lectionn6s pour

agir directement sur les m~canismes mol6culaires des pathologies, et adap- t6s au mieux & chaque malade ? De- puis plusieurs ann~es, l'6tude des m& canismes d'action de mol6cules tr~s puissantes a permis de constater que certaines d'entre elles peuvent acti- ver ou inhiber directement l 'expres- sion de g~nes. La lovastatine, par exemple, un inhibiteur de la synth~se du cholest6rol prescrit aux personnes

risque d'ath~roscl&ose, augmente l'expression des g~nes de plusieurs cy- tochromes P450, enzymes impliqu6es dans la transformation m6tabolique des m6dicaments [1). De mSme, l 'ob- servation d'une sensibilit6 variable de certains patients, voire la r@onse ou la non-r@onse & certains m6dica- ments, a 6t6 rapport4e de longue date, le ph~nombne 6tant directement li6 aux activit6s m&aboliques sp&ifiques d'un individu, et en particulier & une sus- ceptibilit~ individuelle port6e par son g6nome. Dans ces deux situations, ce sont les g6nes et leur variabilit4 intrinshque qui interviennent, tant dans la puissance

des effets du m6dicament, li& ~i la modification de ses principes actifs par le m6tabolisme, que dans la capacit6 de r@onse de l'individu fi ce m6dicament. Les ddcouvertes expo- nentielles de nouveaux g~nes impli- qu~s dans de nombreuses maladies humaines, h6r6ditaires ou non, la connaissance prochaine de la s~quen- ce du g6nome humain dans son int6- gralit6, et les d~veloppements des techniques de biologie mol~culaire fi haut d6bit ont sugg&6 que ces m&a- nismes d'action gdnomique pou- vaient ~tre g6n6ralisds et que les moyens technologiques 6talent enfin disponibles pour atteindre des objec- tifs pharmacologiques selon des approches systdmatiques et indus- trielles. Deux nouvelles disciplines ont ainsi vu l e jour en pharmacolo- gie : la pharmacog6nomique et la pharmacog6n6tique. I1 existe diverses d4finitions de ces sp6cialit6s naissantes (21. On peut consid~rer que la pharmacog6no- mique s'attache ~ utiliser les outils de la g6nomique pour rechercher de nouvelles mol6cules th&apeutiques ; la pharmacog6n6tique cherche quant

elle fi caractdriser l'influence de la variabilit~ g6n6tique sur la r@onse des patients aux traitements.

> L'av~nement du haut d~bit

Jusqu'fi un pass~ r6cent, la concep- tion de nouveaux m6dicaments repo- salt sur l'empirisme ou sur la synth~- se dirig6e de mol&ules ~i partir des rares informations issues des recherches physiopathologiques. Les d6veloppements de la chimie combi- natoire qui, par des syntheses al6a- toires, permet de construire des banques de plusieurs milliers de mol6cules (voir Biofutur [1997] 168, 26-31), a suscit6 une nouvelle strat6- gie de d6couverte de compos6s. Cette strat6gie consiste fi isoler, au sein de ces banques, un ou plusieurs pro- duits actifs, fi l 'aide de tests de cri- blage & haut d6bit* caract~ristiques d 'un phdnom&ne biologique ou mol6culaire li~ ~l une maladie. Or, pour constituer ces tests, il est n&es- saire de pouvoir identifier de nou- velles cibles sp6cifiques de la maladie concern6e (cancer, diab~te, etc.). Les techniques d'expression g~nomique ou prot~ique diff~rentielles offrent la possibilit~ de crier de vastes r6per- toires de cibles potentielles. De plus, il est aujourd'hui possible d'analyser simultan~ment tous les ARN trans- crits ou les prot6ines exprim6es dans une cellule, et de comparer les profils d'expression de tissus sains et de tis- sus malades, sans n&essairement connaltre a priori les fonctions de ces

86 BIOFUTUR 206 ,, Ddcembre 2000

{3) J.N. Weinstein et al. (1997) Science 275, 343-349.

(4} U. Scherf etal. (2000) Nat. Genet. 24, 236-244.

La pharmacogenomique utilise les outils de la g~nomique pour rechercher de nouveaux m~dicaments. La pharmacog~net ique tente de caract~dser I ' influence de la vadabi l i te gen6t ique sur la r~ponse de chacun aux medicaments.

transcrits ou de ces protdines. Les d~veloppements des puces fi ADN et de la prot~omique fi haut ddbit" (puces fi prot~ines), ainsi que l 'enri- chissement quotidien des bases de s~quences, devraient permet t re d'identifier de nombreuses cibles, qui pourront faire l 'objet de tests de cri- blage spdcifique, favorisant ainsi la ddcouverte de m6dicaments nou- veaux. Le Nat ional Cancer Institute Developmental Therapeutic Program (NCI-DTP) a ainsi cribl6 60 000 composds pour leur activit6 antican- c6reuse dans 60 lign6es cellulaires, et constitu6 une base de donn6es de r6fdrence pour la recherche de pro- duits fi action anticanc6reuse (3, 41.

> Un profil d'action des m~dicaments

La pharmacog6n6tique vise quant elle ~i pr~ciser les caract~ristiques des effets des m6dicaments sur l 'organis- me selon les individus. Traditionnelle- ment, les effets potentiels des m6dica- ments sont 6valu6s fi partir de tests biologiques in vitro et in vivo, puis lors des essais cliniques chez l 'homme. Ces essais ne renseignent cependant

que sur les niveaux moyens de r6ponse chez les malades. Or mdde- cins et patients savent qu'en pratique quotidienne, des m6dicaments peu- vent &re plus ou moins actifs, ou toxiques, selon les individus. De nombreux travaux de pharmacologie ont montrd que certaines de ces dif- f6rences sont li6es fi des variations interindividuelles correspondant des activitds biochimiques h6t6ro- genes des prot6ines qui interviennent dans le matabolisme des produits actifs, parmi lesquelles les cyto- chromes P450. Ces variations sont rattach~es ~ des polymorphismes ~ des s~quences g~nomiques (5). Or aujourd'hui, de nombreux poly- morphismes de I 'ADN, r6partis sur l 'ensemble du g6nome, ont ~t~ identi- fi6s. Ces mutations, fonctionnelles ou non, traduisant la diversit6 de chacun d'entre nous, sont recens6es dans des banques de donn&s accessibles pour la plupart sur l 'Internet, comme celle du National Center for Biotechnology Information (61 et dans lesquelles les g~n~ticiens puisent pour localiser des genes de maladies. Aussi, leur utilisation dans les essais cliniques permettrait-elle d'identifier

des sous-groupes d' individus rdpon- deurs ou non rdpondeurs ~. un mfidi- cament. ~k cet effet, un programme de d~tection systdmatique de muta- tions ponctuelles isol6es, les SNP': (ou Snips, polymorphismes d 'un seul nucl&)tide), a ~t~ engag~ en avril 1999 par un consortium de 13 indus- triels associ~s fi, 4 centres acad& miques et au Wellcome Trust. Objec- tif : fournir ~t la communaut~ scienti- fique, d'ici la fin de 2001, une base valid6e de plus d'un million de SNP (7) (voir Biofutur [1999] 194, 84-85). Grfice aux avanc6es du projet gdno- me humain, il est possible d'6tablir la localisation precise de ces SNP et d 'dtudier la variabilit~ des genes potentiellement impliquds dans la r@onse aux m6dicaments : les genes intervenant dans le m6tabolisme du m6dicament lui-m~me (absorption, activation, catabolisme. . . ) : cyto- chrome P450, N-ac&yl transf~rase, m~thyl-transf6rase... ; ceux qui peu- vent modifier la cible molSculaire : po lymorphisme gdndtique d 'un rdcepteur cible, modification de la s tructure t r id imensionnel le d 'une prot~ine (r~cepteur g2 adr~nergique, rficepteur aux sulfonylur~es, enzyme

(5) W.E. Evans, M.V. Relling (1999) Science 286, 487-491.

(B) www.ncbi.nlm nih.govlSNP/

(7) http://snp.cshL. 0rg/

(8) F. Richard etal. (1997) Lancet349, 539.

(9) C.J. Murray, A.D. Lopez (1997) Lancet 349, 1269-1276.

(10) D.M. Hwang et al. (1997) Circulation 96, 4146-4203.

(11) A. Meirhaeghe et al. (1999) Lancet 353,896.

(12} R.A. Hegele (1997) Crit. Re~ Clin. Lab. ScL 34, 343-367.

(13) D. Altshuler et al. (2000) Nature 407, 513-516.

{14) B. Destenaves, E Thomas (2000) Cur~ Opin. Chem. BioL 4, 440-444.

BIOFUTUR 206 • D~cembre 2000 87

FONCTIONS ET RESEAUX • LA POST-GENOMIQUE

m Sites Internet • Description g~n#rale de la pharmaco- genomique www.ornl.gov/hgmis/ rnedicine/pharma.html • Soci#te Incyte www.incyte.com/ • Banque de SNP www.ncbi.nlm.nih. gov/SNP/ • B#nefices potentiels de la pharmaco- genetique et de la pharmacog~nomique www.nigrns.nih.gov/ funding/medforyou.html

de conversion de l'angiotensine I, etc. ; et enfin ceux qui contribuent aux m~canismes mol6culaires de la maladie trait~e (apolipoprot6ine E (91, transporteurs de la s6rotonine, facteur V...).

> L'exemple des maladies cardio-vasculaires

Grfice aux approches associ~es de la pharmacog6nomique et de la pharma- cog6n&ique, il est donc d~sormais envisageable de crier de nouveaux traitements puissants, directement actifs sur les m&anismes mol~culaires des maladies, et de ne les administrer qu'aux patients qui en b6n~ficieront le plus, sans en subir les effets ind4si- rabies. Prenons l'exemple des maladies cardio-vasculaires, premiere cause de mortalit6 dans le monde et source majeure de morbidit~ dans les pays d6velopp4s (91. II existe de nombreux

Pourra-t-on d~terminer le profil de risque individuel pour I'infarctus du myocarde ?

G

modules biologiques de ces maladies et des banques d 'ADN compl~men- taires de diff6rents tissus cardiaques ou vasculaires. L'analyse d6taill~e de l'expression gSnomique ou prot~ique propre fi ces tissus est donc r6ali- sable. Les donn6es qui en r6sultent peuvent 8tre utilis6es afin d'obtenir des profils d'expression sur ordina- teur, in silico. Une telle 6tude, publi~e en 1997 par une ~quipe de l'universi- t6 de Toronto (Canada), a permis, par s6quenqage de banques d 'ADN compl4mentaire et par recherche de transcrits dans des bases de donn~es, d'isoler 84 904 s6quences {101. Envi- ron 50 % de ces transcrits corres- pondaient fi des s~quences de gbnes connus, 30 % 6taient d~jfi d6crits dans d'autres banques mais non caract~ris~s ; enfin 20 %, soit plus de 15 000, ~taient totalement nou- veaux. Des questions majeures se posent alors : par quelle(s) s~quen-

ce(s) commencer l'analyse ? Quel- le strat~gie adopter pour d~cou- vrir la ou les cibles utiles ? Les ~pid~miologistes ont recens~ plus de 250 facteurs de risque pour les maladies cardio-vasculaires, tra- duisant leur nature profond~ment multifactorielle. II existe, pour ces pathologies, une composante g6n6- tique complexe d6finissant une sus- ceptibilit~ individuelle port~e potentiellement par de nombreux gSnes. Les facteurs de risque envi- ronnementaux classiques comme l'alimentation en graisses satur6es, la consommation de tabac ou l'ab- sence d'activit~ physique s'expri- ment avec une intensitd variable selon le patrimoine g4n&ique des individus i111. Les maladies cardio- vasculaires peuvent donc se d~finir comme le r6sultat d'interactions entre g~nes et environnement. Ces interactions sont complexes fi ana- lyser et n&essitent des 6tudes aux

effectifs suffisamment grands pour pouvoir prendre en compte les combi- naisons multiples des niveaux des fac- teurs de risque et des nomlSreux all61es des g~nes de susceptibilM. Or pour des pathologies complexes comme les maladies cardio-vascu- laires, l'6pid~miologie g6n~tique ~ a montr6 que l'impact des polymor- phismes, estim4 en dehors des facteurs de risque environnementaux, est rela- tivement faible au niveau individuel (121. La seule caract~risation du poly- morphisme ne permet donc pas d'ap- porter de r~ponse d~finitive quant au risque individuel. D'ofi l'importance de prendre en compte syst6matique- ment les niveaux d'exposition envi- ronnementale du sujet. Dans ce contexte, un m~dicament peut 8tre consid6r~ comme un facteur de risque (ou de protection) suppl6mentaire, la pharmacog~n6tique s'inscrivant alors dans l'analyse des interactions entre g6nes et environnement th~rapeu- tique. Aussi, devant le nombre impor- tant de g6nes candidats et d'interac- tions pouvant expliquer la variabilit~ d'une r~ponse th6rapeutique, la d~fi- nition d'un profil g6n&ique individuel valid~ s'av6re a priori d61icate. La pharmacog6nomique et la phar- macog6n~tique n'en sont qu'fi leurs d~buts et construisent ~ l 'heure actuelle les conditions de leurs per- formances futures : accumulation de collection d 'ADN de patients inclus dans les essais cliniques, raffinement des ph~notypes cliniques et biolo- giques, construction d'une nosolo- gie* mol&ulaire, acc~s /i des res- sources de s6quenqage et de g~noty- page fi haut d6bit (voir Particle de M. Lathrop et al., p. 82), &ablis- sement de cartes de SNP fi haute densit4 (13, 141, d6veloppement d'ou- tils post-gdnomiques (voir le Tech- noscope)... Ces deux disciplines pro- metteuses auront fi faire face aux r4alit6s 6conomiques : est-il plus int4ressant de d~velopper une mold- cule qui pourra 6tre prescrite/l tous les malades ou de produire plusieurs moldcules destin&s fi des groupes de patients dont l'identification nScessi- tera le recours fi un test g6n~tique complexe avant la prescription ? Les b~ndfices obtenus seront-ils ~i la hau- teur des attentes lorsque ces nou- veaux produits, mddicaments et tests, seront mis sur le marchd ? C'est ~ toutes ces questions scienti- fiques et socio-~conomiques que devront r~pondre pharmacog~no- mique et pharmacog6n&ique pour pouvoir s'inscrire efficacement dans la m~decine du XXIe si~cle.

88 BIOFUTUR 206 ,' Ddcembre 2000