Download Factores genéticos

Pharmacogenomics &
Pharmacogenetics
CA García Sepúlveda MD PhD
Laboratorio de Genómica Viral y Humana
Facultad de Medicina, Universidad Autónoma de San Luis
Potosí
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Variaciones Farmacológicas
Farmacoterapia idealmente debería inducir el mismo efecto sobre todos los
individuos a los cuales se administra.
Variaciones inter/intraindividuales:

Farmacocinéticas: Diferentes concentraciones en sitio de acción.

Farmacodinámicas: Diferente respuesta a una misma concentración.
Variación generalmente cuantitativa (mayor/menor efecto o duración) con poca
variación cualitativa.
Las variaciones cualitativas (efectos diferentes) corresponden a reacciones
idiosincráticas determinadas por rasgos inmunológicos o genéticos.
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Variaciones Farmacológicas
En los EEUUAA, más de 2 millones de individuos son hospitalizados
anualmente con motivo de reacciones adversas a fármacos.
De esos 2 millones, aproximadamente 100,000 mueren como consecuencia de
esas reacciones adversas, convirtiendolas en la SEXTA causa de muerte por el
número de personas que afecta.
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Variaciones Farmacológicas
Factores responsables de la variación en la respuesta a fármacos:

Etnia

Edad

Embarazo

Factores genéticos

Reacciones idiosincráticas

Patologías

Interacciones farmacológicas
4
Factores Genéticos
Gran parte de la variabilidad individual está determinada genéticamente.
•
Procariotas = Acercamiento minimalista/simplista a la vida.
•
Eucariotas = Acercamiento innovador a la vida (promueve la evolución).
La vida media de la Warfarina (anticoagulante oral) y del Antipireno (marcador de
oxidación hepática) es 6 - 22 veces más variable entre individuos geneticamente
diferentes que entre individuos genéticamente idénticos (gemelos idénticos).
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Factores Genéticos
Los genes (algunos) codifican para proteinas
(4 nucleótidos = 22-24 aminoácidos)
Mutación = Cambio en la secuencia de DNA.
Algunos cambios en la secuencia de DNA producen cambios
de la proteina codificada.
La mayor parte de los cambios proteicos no son bien tolerados
por que disminuyen la viabilidad del portador. SELECCIÓN NEGATIVA
Una mutación común del gen G6PD condiciona
una mayor susceptibilidad a la hemólisis por estrés
oxidativo, esto es PERJUDICIAL.
La misma mutación (homocigota) del gen G6PD
condiciona una mayor resistencia a formas severas de
Malaria confiriendo una ventaja para individuos que
viven en regiones endémicas. Esto es VENTAJOSO.
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Factores Genéticos
Cuando los cambios de la secuencia de DNA son perjudiciales suele llamárseles
mutaciones y suelen ser seleccionados negativamente (eliminados).
Cuando los cambios de la secuencia de DNA son benéficos suelen ser tolerados
y logran infiltrar a la población (fijación).
Las mutaciones que se han fijado en la población se denominan polimorfismos.
Los polimorfismos pueden ser tan comunes que llegan a un equilibrio por
encontrarse a la misma frecuencia que el rasgo Wild-type.
El término Wild-Type pierde significado o importancia.
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Factores Genéticos
La raza humana ha acumulado tantas mutaciones a lo largo de su evolución que
es posible distinguir entre individuos cercanamente relacionados a través de ellos.
A estas mutaciones aisladas se les denomina Single Nucleotide Polymorphisms
(Polimorfismos de nucleótidos aislados) o SNPs.
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Factores Genéticos
Los SNPs son mejor conocidos por su fama televisiva
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Factores Genéticos
Algunos SNPs se ubican en genes involucrados directa o indirectamente en la
acción de fármacos.
•
•
•
•
Receptores
Enzimas
Transportadores
Etc
Estos polimorfismos pueden afectar la predisposición individual a desarrollar
reacciones adversas (o a responder) a los fármacos.
Teoricamente es posible tomar el DNA de una persona, tamizar la presencia de
estos polimorfismos farmacologicos y extender recomendaciones terapéuticas
(ajustes de dosis, selección del agente ideal, etc) MEDICINA INDIVIDUALIZADA.
Ejemplos de polimorfismos que afecta la respuesta farmacológica.
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Algunas horas después de la
adminisración de salicilato la
concentración plasmática de un grupo
representativo de la población humana
muestra una distribución Gausiana
alrededor de los 250 ± 150 umol/L.
La mayor parte de los individuos tratados
responderan de manera relativamente
similar.
Número de sujetos
Farmacogenética de la Isoniacida
0
100
200
300
400
umol/L
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Las concentraciones plasmáticas de la
Isoniacida presentan distribución
bimodal.
50% de a población logra bajas
conecntraciones por acetilar
rápidamente a la Isoniacida.
Número de sujetos
Farmacogenética de la Isoniacida
0
10
20
30
40
50
60
umol/L
50% restante acetila lentamente la
Isoniacida lo que permite que el fármaco
se acumule en sangre y aumente su
concentración plasmática media.
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El ejemplo demuestra el carácter
cuantitativo (concentraciones)
condicionado por dicho polimorfismo.
No obstante, también hay un efecto
cualitativo relacionado con su toxicidad.
Número de sujetos
Farmacogenética de la Isoniacida
0
10
20
30
40
50
60
umol/L
•Neuropatía periférica
• Mediada directamente por la Isoniacida
• Más común en los acetiladores lentos
•Hepatotoxicidad
• Mediada por metabolito acetilado de Isoniacida (Acetilhidracina)
• Más común en los acetiladores rápidos
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Farmacogenética y Citocromo P450
Citocromo P450 alias CYP, P450 y ocasionalmente CYP450.
Superfamilia de hemoproteinas involucradas en cadenas de
transporte de electrones.
Proteinas celulares con absorbancia espectrofotométrica
carácterística a los 450 nm.
Asociadas a membranas (mitocondriones y RER).
Capaces de metabolizar a una gran diversidad de sustratos.
Son las principales enzimas involucradas en el metabolismo
de fármacos (ca 75% del metabolismo farmacológico neto).
7700 genes CYP descritos en ambos reinos abarcando desde
archaea hasta humanos.
57 genes en humanos agrupados en 18 familias y 43 subfamilias.
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Farmacogenética y Citocromo P450
57 genes en humanos agrupados en 18 familias y 43 subfamilias.
El efecto de los polimorfismos
sobre la actividad catalítica ha sido
descrito para tres isoformas:
CYP2C9, CYP2C19 & CYP2D6
Estas tres isoformas responsables
del 40% de la oxidación
farmacológica mediada por CYP.
CYP2D6 la más estudiada,
implicada en el metabolismo de:
•
•
•
•
Antagonistas -adrenérgicos
Antiarrítmicos
Opioides
Farmacos con actividad en SNC
CYP2D6 posee más de 80 variantes alélicas (variaciones del mismo gen).
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Farmacogenética y Citocromo P450
Algunos alelos poseen mutaciones/polimorfismos que afectan la función de la
enzima codificada disminuyendo o anulando su actividad.
Metabolismo lento de farmacos mencionados.
Algunos individuos poseen combinaciones de alelos (haplotipos) que les confieren
mayor actividad enzimática.
Metabolismo ultrarrápido de farmacos mencionados.
Cabe mencionar que el metabolismo mediado por CYP450 no siempre inactiva a
los fármacos, en el caso de algunos profármacos (codeina) la enzima participa en
su activación en vez de desactivación.
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Farmacogenética y Suxametonio
Un ejemplo bien estudiado del efecto de las variaciones genéticas sobre las tasas
de metabolismo farmacológico.
Alias Cloruro de Suxametonio, Succinilcolina, scolina o coloquialmente como Sux.
Bloqueador neuromuscular despolarizante de uso extenso en medicina de
emergencia y anestesia para lograr la relajación muscular (usualmente para
intubación endotraqueal) por su acción corta.
Metabolizado por colinesterasa plasmática (butirilcolinesterasa).
1:3,000 no son capaces de degradarlo rápidamente debido a un gen recesivo
codificante para una colinesterasa plasmática anómala incapaz de eliminarlo.
No obstante, hay otras razones no genéticas que pudieran condicionar el bloqueo
neuromuscular prolongado por lo cual el estudio genético brindaría información.
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Reacciones Idiosincráticas
Definición: Un efecto cualitativamente anómalo y generalmente perjudicial de un
fármaco, que aparece en una pequeña proporción de la población usualmente por
causas aun no conocidas.
Cloramfenicol
Antimicrobiano bacteriostático
Aislado de la bacteria Streptomyces venezuelae, 1949.
Primer antibiótico manufacturado sintéticamente a gran escala
Amplio espectro
Reacción idiosincrática ocasiona Anemia Aplásica en 1:50,000
Primaquina, Doxorrubicina, Dapsona, Sulfamidas, Habas o inhalación del
polen (Favismo)
Anemia hemolítica aguda severa
5-10% afro-caribeños
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Deficiencia de G6PD
Enfermedad genética hereditaria recesiva ligada al X.
Niveles anormalmente bajos de Glucosa 6-Fosfato Deshidrogenasa.
Enzima metabólica involucrada en via de pentosas, crítica para eritrocitos.
La G6PD permite a los eritros mantener al Glutation en estado reducido (GSH).
El GSH es necesario para evitar la hemólisis de los eritrocitos.
La Primaquina et al disminuye los niveles de GSH eritrocitarios sin repercusiones
en individuos normals pero no en los G6PD-deficientes.
Los individuos heterocigotos (♀) presentan una alta resistencia a desarrollar
formas grave de Malaria (ventaja selectiva).
Individuos generalmente asintomáticos, sintomáticos generalmente ♂.
Debut clínico: ictericia RN y kernícterus, crisis hemolíticas (fármacos, dieta,
infecciones), Insuficiencia Renal Aguda, Favismo.
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Porfirias hepáticas
Otro ejemplo prototípico de enfermedades farmacogenéticas.
Grupo de patologías hereditarias raras que afectan a ciertas enzimas
involucradas en la biosíntesis de proteinas hemo.
La deficiencia de estas enzimas lleva a la acumulación de precursores
biosintéticos (principalmente de porfirinas).
En episodios agudos hay síntomas GI y neurológicos (alteraciones del
comportamiento).
Varios fármacos pueden precipitar crisis al inducir la actividad de la Acido -Amino
Levulinico-Sintasa (ALA-sintasa) hepática:
•
•
•
•
Barbitúricos
Griseofulvina
Carbamacepina y
Estrógenos
Bisclavret
Las porfirinas se sintetizan a partir del ALA.
George III
20
Farmacogenómica
La farmacogenética es una disciplina aplicada hoy en día, la farmacogenómica
continua siendo un ideal por alcanzar.
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Farmacogenómica
Mientras que la farmacogenética se enfrenta a evaluar la manera en que genes
individuales afectan las propiedades farmacocinéticas y farmacodinámicas la
farmacogenómica contempla la influencia del genoma completo con la intención
de individualizar la terapéutica médica al contexto genético del paciente.
La farmacogenómica promete:
• Identificar las variaciones genéticas que afectan la respuesta a fármacos.
• Identificar los genes asociados a enfermedades que puedan servir de
blanco (diana) para acercamientos terapéuticos futuros.
• Identificar las variaciones genéticas que condicionan reacciones adversas.
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Farmacogenómica
Identificación de variaciones genéticas que afectan la respuesta a fármacos.
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Farmacogenómica y Warfarina
La warfarina es un anticoagulante oral que inhibe a
la reductasa de Vitamina K.
La reductasa de vitamina K es la responsable de
reducir a la vitamina K oxidada.
Descubierta hace 60 años y uno de los fármacos
más prescritos en el mundo.
Empleada para prevenir y tratar tromboembolismos:
•
•
•
•
•
FA
Infarto recurrente
TVP
TEP
Prótesis valvulares
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Farmacogenómica y Warfarina
Tendencias de prescripción médica: a la alza (1.5 x o 45% en los últimos 6 años).
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Farmacogenómica y Warfarina
El principal riesgo asociado a su uso es el del sangrado lo cual suele ser frecuente y
severo.
Entre 1 y 7 pacientes de cada 100 tratados sufrirá un episodio de sangrado crítico que
lo ponga en riesgo de muerte.
Riesgo relativo de sangrados fatales extracraniales de 0 a 5 %.
Indice terapéutico estrecho.
Polimorfismos de CYP2C9 & VKORC1 determinan metabolismo
Ls polimorfismos de VKORC1 posiblemente expliquen el 25% de
las variaciones interindividuales en las respuestas a warfarina.
Los portadores de estos polimorfismos se encuentran en mayor riesgo de responder de
manera exagerada al anticoagulante.
Por otro lado polimorfismos de CYP2C9 explican un 10% de las variaciones
interindividuales disminuyendo el tiempo en que se logra el margen terapéutico.
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Farmacogenómica y Warfarina
La FDA menciona en la etiqueta del Coumadin:
“The Food and Drug Administration highlights the opportunity for healthcare
providers to use genetic tests (CYP2C9 & VKORC1) to improve their initial estimate
of what is a reasonable warfarin dose for individual patients”.
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Terapia Génica
Definición: La alteración deliberada del fenotipo celular con intenciones
terapéuticas o preventivas a través de:
• La introducción de material genético.
• La mutación in situ de secuencias de DNA
• La disrupción de los productos génicos
Etica: Actualmente hay consenso internacional que limita las investigaciones
terapéuticas a la manipulación de la línea somática sin alterar el DNA de la
descendencia del paciente.
• Reparación/manipuación somática = OK.
• Reparación/manipulación germinal = No aprobada.
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Terapia Génica
Alcances: ofrece el potencial de curar de forma radical enfermedades
mongénicas como:
•
•
•
•
•
•
Fibrosis quística (deficiencia de -tripsia que altera al epitelio respiratorio).
Hemoglobinopatías (Talasemias).
SCID (Severe Combined ImmunoDeficiency).
Hemofilia
Distrofia Muscular
Anemia falciforme
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Terapia Génica
El 14 de Septiembre de 1990, W. French Anderson y Cols del US-NIH realizan
primer procedimiento de terapia génica en niño de 4 años con SCID.
Procedimiento ex vivo en el cual leucocitos autólogos son modificados in vitro y
reinfundidos.
Requiere de dosis sucesivas.
Dos acercamientos a la terapia génica:
•
In vivo
•
Ex vivo
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Terapia Génica
Obstáculos por solventar:
•
•
•
•
Farmacocinética (“homing” del gen a células diana).
Expresión controlada del producto génico.
Eficacia clínica y viabilidad a largo plazo.
SEGURIDAD.
•La manera en que son adminisrados los genes
correctivos se ha apoyado en lo mucho que hemos
aprendido acerca de los mejores transmisores de
información genética sobre el planeta: los virus.
•Hipótesis del gen egoista y humanos DVD.
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Terapia Génica
Mecanismos:
•
•
•
•
Inserción de gen normal para reemplazar uno anómalo.
Eliminación de genes anómalos sin reemplazo.
Reparación de genes anómalos empleando maquinaria celular.
Regulación del gen con función anómala.
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Terapia Génica
Vectores de transporte: La elección del vector ideal depende del tamaño, tipo y
complejidad del ácido nucleico por administrar.
• Virales
• Retrovirales
• Adenovirales
• Virus asociados a Adenovirus
• Vectores virales con proteinas de superficie modificadas
• No-virales
• DNA desnudo (plásmidos)
• Oligonucleótidos
• Liposomas
• Híbridos
• Dendrímeros
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Terapia Génica
Virales
Los virus han perfeccionado el arte
de transferir información genética.
Tropismo selectivo:
Adeno = Epitelio respiratorio
Lenti = Linfocitos
Secuestro de maquinaria celular.
Algunos virus han adoptado
mecanismso para integrar su
material genético al genoma del
hospedero (lentivirus y algunos
Hepadnavirus).
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Terapia Génica
Virales (Retrovirus)
•Vector viral debe ser:
• Seguro
• Eficiente
• Específico para tipo celular
• Duradero
• Expresión selectiva
• Seguro
• Retrovirus son altamente específicos, muy eficientes, ocasionan transfecciones
duraderas (efecto limitado a vida media de célula infectada) pero poco seguros.
• Seguridad depende de actividad retrotransposónica.
• Actividad retrotransposición lo lleva a brincar dentro del
genoma humano al azar ocasionado daño al hacerlo.
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Terapia Génica
Virales (Retrovirus)
• Ensayos clínicos empleando vectores retrovirals para el tratamiento de SCID
actualmente muy prometedores (deficiencia de ADA).
• Más de 25 pacientes incorporados a ensayos en US, FR, DEU, IT, JAP y UK.
• Constituye el ejemplo más exitoso de terapia génica hasta la fecha (gran éxito
en la reconstitución inmune).
• Ensayos americanos detenidos tras reportes de leucemia en pacientes de FR.
• Leucemia resulta de mutagenesis insercional.
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Terapia Génica
Virales (Adenovirus)
•Muy eficientes.
•Adenovirus son muy seguros.
•Altamente selectivos.
•Baratos
•Faciles de armar.
•Seguros (no integran)
•Efecto temporal.
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Terapia Génica
No-virales (DNA Desnudo, oligonucleótidos, plásmidos y liposomas)
Plásmidos constituyen material genómico
procariota extracromosómico.
Capaces de alcanzar el núcleo eucariota.
Entre 1.5 y 15 kbp, largo de aprox 2uM.
Poco eficiente.
No hay riesgo de replicación viral.
No son inmunógenos.
No integra.
No se puede dirigir específicamente a
una diana celular.
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Terapia Génica
No-virales (DNA Desnudo, oligonucleótidos, plásmidos y liposomas)
Particular interés en terapéutica tumoral.
Vesículas bilipídicas entre 0.025 y 0.5 uM.
Facil penetración de membranas celulares.
Pocas barreras tisulares.
Atraviesan barrera hematoencefálica.
Empleadas para transfección de HLA e IL-2.
No inmunógenas (a menos de que posean
proteinas de membrana).
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Terapia Génica
Dendrímeros
Macromolécula ramificada esférica de alto peso
molecular.
Compartamentalización de superficie permite
transportar fármacos (genes).
Transporte de RNA o DNA (terapia génica temporal vs
duradera, respectivamente).
Incorporado a la célula por interacciones electrostáticas con
membrana y a través de endocitosis.
Algunas células no pueden ser transfectadas por ellos.
Se ha reportado toxcidad asociada a propiedades catiónicas.
Acercamiento no económico, lento y especializado.
Michigan based company Dendritic "Priostar" Nanotechnology.
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