FACULTE DE MEDECINE RENE DESCARTES MASTER M1 SANTE UE6 - PHARMACOLOGIE PHARMACOGENETIQUE EN PATHOLOGIE NEUROLOGIQUE EPILEPSIE Professeur Gérard PONS Service de Pharmacologie Clinique Groupe Hospitalier Cochin - Saint-Vincent de Paul Faculté de Médecine René Descartes – Univ Paris 5

PHARMACOGENETIQUE ET EPILEPSIE PHARMACOGENETIQUE DE l’EFFET DES ANTI-EPILEPTIQUES

PHARMACOGENETIQUE ET EPILEPSIE CHANNELOPATHIES HEREDITAIRES 1- Epilepsies idiopathiques à hérédité monogénique L’identification du récépteur ou du canal impliqué dans une E devrait guider la synthèse ou le choix d’une molécule AE : préalable = établir le lien entre réponse thérapeutique des patients avec mutation et AEs - gènes codant pour des canaux ioniques (surtout) - voltage-dépendants : sodiques, potassiques, chlore, (calciques ?) - ligand-dépendants : GABA, nicotiniques - gènes codant pour la migration neuronale / organisation corticale - LGI1

Mutations de la sous-unité c2 du récepteur GABA A Mutations de la sous-unité c2 du récepteur GABA A. Les positions des mutations sont indiquées par une étoile rouge. Le phénotype correspondant est indiqué en dessous des mutations. FS : crises fébriles; GEFS+ : épilepsies généralisées avec convulsions fébriles + ; CAE : épilepsie-absences de l’enfance ; SMEI : épilepsie myoclonique sévère du nourrisson (Dravet).

Mutations de la sous-unité c2 du récepteur GABA A Les positions des mutations sont indiquées par une étoile rouge. Le phénotype correspondant est indiqué en dessous des mutations. FS : crises fébriles GEFS+ : épilepsies généralisées avec convulsions fébriles + CAE : épilepsie-absences de l’enfance SMEI : épilepsie myoclonique sévère du nourrisson (Dravet)

PHARMACOGENETIQUE ET EPILEPSIE Canaux ioniques voltage- ou ligand-dépendants impliqués dans des épilepsies à hérédité monogénique. Les sous-unités dans lesquelles ont été identifiées des mutations sont indiquées. Les phénotypes correspondants sont mentionnés. ADIGE : épilepsie généralisée idiopathique autosomale dominante ; ADJME : épilepsie myoclonique juvénile autosomale dominante ; ADNFLE : épilepsiefrontale nocturne autosomale dominante ; BFNC : crises néonatales familiales bénignes ; BFNIS : crises néonatales-infantiles familiales bénignes ; GEFS+ : épilepsies généralisées avec convulsions fébriles + ; SMEI : épilepsie myoclonique sévère du nourrisson (syndrome de Dravet).

PHARMACOGENETIQUE ET EPILEPSIE Canaux ioniques voltage- ou ligand-dépendants impliqués dans des épilepsies à hérédité monogénique Les sous-unités dans lesquelles ont été identifiées des mutations sont indiquées Les phénotypes correspondants sont mentionnés ADIGE : épilepsie généralisée idiopathique autosomale domi ADJME : épilepsie myoclonique juvénile autosomale dominan ADNFLE : épilepsiefrontale nocturne autosomale dominante BFNC : crises néonatales familiales bénignes BFNIS : crises néonatales-infantiles familiales bénignes GEFS+ : épilepsies généralisées avec convulsions fébriles + SMEI : épilepsie myoclonique sévère du nourrisson (Dravet)

PHARMACOGENETIQUE ET EPILEPSIE CHANNELOPATHIES HEREDITAIRES Syndrome épileptique Gène Produit du gène Canaux ioniques Canaux sodiques   GEFS+ SCN1B Sous-unité β1 de canal Na voltage-dépendants GEFS+ et SMEI SCN1A Sous-unité α1 de canal Na GEFS+ et BFNIS SCN2A Sous-unité α2 de canal Na Canaux potassiques crises partielles ataxie épisodique KCNA1 Canal potassique BFNS et myokymies KCNQ2 Canal potassique BFNS KCNQ3 Canal potassique Canal chlore IGE CLCN2 Canal chlore Canaux ioniques ligand-dépendants Récepteurs cholinergiques ADNFLE CHRNA4 Sous-unité α4 du récepteur nicotinique de l’acétylcholine ADNFLE CHRNB2 Sous-unité α4 du récepteur nicotinique de l’acétylcholine Récepteurs ADJME GABRA1 Sous-unité α1 du gabaergiques récepteur GABA A CAE, FS et GEFS+ GABRG2 Sous-unité γ-2 du GABA A Canaux non-ioniques ADPEAF LGI1 Epitempine

PHARMACOGENETIQUE ET EPILEPSIE CHANNELOPATHIES HEREDITAIRES - Relations phénotype-génotype complexes - hétérogénéité génétique: une même épilepsie avec différentes mutations - voltage-dépendants : sodiques, potassiques, chlore, (calciques ?) - ligand-dépendants : GABA, nicotiniques - hétérogenéité phénotypique: une même mutation dans différentes épilepsies - LGI1 : - épilepsie partielle idiopathique - épilepsie généralisée idiopathique

PHARMACOGENETIQUE ET EPILEPSIE SPECIFICITES THERAPEUTIQUES DES CHANNELOPATHIES HEREDITAIRES aucune corrélation précise entre les mutations des canaux ioniques et l’efficacité des AE selon leur mécanisme d’action présumé - carbamazépine : inhibit. canaux sodiques voltage-dépendants inhibit. récept. acétylcholine efficac dans ADNFLE ? - lamotrigine, valproate: inhibit. canaux sodiques voltage-dép. SMEI ; LMT aggrave les crises, VPA efficac influence des mutations du canal sod. dans les familles GEFS+ et SMEI sur la réponse therapeutique ? - lamotrigine et phenytoïne : inhibit. canaux sod. voltage-dép. seule la lamotrigine est efficace crises généralisées tonico-cloniques

PHARMACOGENETIQUE ET EPILEPSIE 2- Gènes de susceptibilité aux crises et conséquences pharmacologiques Implication vraisemblable de multiples loci - polymorphisme du gène de la prodynorphine, codant pour la dynorphine, un peptide anticonvulsivant - polymorphismes fonctionnels du gène de l’antagoniste du récepteur de l’interleukine : IL (IL1α, IL1β, IL1) associé aux crises fébriles et à l’épilepsie temporale et la sclérose hippocampique - polymorphisme du gène de l’apolipoprotéine E (allèle є4) - polymorphisme du gène du récepteur GABA B (récepteur GABA B1) augmente (?) la susceptibilité à une épilepsie temporale et associé à un pronostic défavorable

PHARMACOGENETIQUE ET EPILEPSIE 3- Promoteurs épileptogènes - polymorphisme des cytokines pro- inflammatoires (IL1β) qui modulent l’effet des neurotransmetteurs neurotoxiques - présence de l’allèle є4, les capacités du cerveau à réparer une lésion sont diminuées favorise l’éclosion d’un foyer épileptique La maîtrise des promoteurs épileptogènes pourrait aboutir à des moyens pharmacologiques de prévention, limitant l’épileptogénèse

PHARMACOGENETIQUE ET EPILEPSIE PHARMACOGENETIQUE DU DEVENIR DES ANTI-EPILEPTIQUES

METABOLISME DES AEDs : CYP

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR POLYMORPHISME 2C9 Fréquences allèliques

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR POLYMORPHISME 2C9 - A. VALPROÏQUE (VPA) : métabolite hépatotoxique 4-ène VPA métabolites inactifs 4-OH VPA 5-OH VPA répercussions sur l’hépatotoxicité et la tératogénicité non précisées - PHENYTOINE signes d’intoxication par des doses moyennes à craindre chez des patients Hétéro et homozyg *2 *3 28-73 % formation des 3 métabolites

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR POLYMORPHISME 2C19 - CLOBAZAM pertinence clinique non encore démontrée

METABOLISME DU CLOBAZAM

METABOLISME DU CLOBAZAM

METABOLISME DU CLOBAZAM

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR POLYMORPHISME 2C19 - PHENOBARBITAL : la pharmacocinétique ne diffère pas significativement entre les métaboliseurs lents et les rapides du phénobarbital

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR POLYMORPHISME UGT 1A4 (uridyl glycuronyl transférase) - LAMOTRIGINE : il n’a pas été mis en évidence depolymorphisme génétique cliniquement pertinent de l’UGT 1A4 en rapport avec le métabolisme ou l’ élimination de la lamotrigine

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR MECANISMES DE TRANSPORT

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR ABSORPTION ET DISTRIBUTION DES AEs – P-GLYCOPROTEINES - produit du gène (MDR1) de multirésistance aux médicaments - membre de la famille des transporteurs ATP- binding cassette (ABC) - deux classes : - classe I (MDR 1 chez l’humain, mdr1a/mdr1b chez les rongeurs) - classe II (MDR 2/3 chez l’humain, mdr2 chez les rongeurs) - membrane luminale/apicale de divers épitheliums - pompes d’efflux ATP- dépendantes limitant l’accumulation intracellulaire des xenobiotiques

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR ABSORPTION ET DISTRIBUTION DES AEs P-GLYCOPROTEINES - caractéristiques des substrats : - non chargés - 200 - >1800 Da -ligands endogènes : estradiol-17β-D-glucuronide, neuropeptides morphiniques, platelet-activating factor - toxiques de l’ environnement ? - médicaments : anticancéreux, anti-épileptiques, immunosuppresseurs, inhibiteurs de proteases, psychotropes, médicaments cardiovasculaires

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR ABSORPTION ET DISTRIBUTION DES AEs P-GLYCOPROTEINES - localisation : intestin tubule rénal placenta barrière hémato-encéphalique cellules : lymphocytes, cellules cancéreuses

effet de premier passage hépatique Métabolisme intestinal & hépatique : effet de premier passage hépatique INTESTIN MEDICAMENT

PASSAGE TRANSMEMBRANAIRE P-GLYCOPROTEINES - variabilité : induction et inhibition maturation polymorphisme génétique - exon 26 (C34351) - TT 24 % population

PASSAGE TRANSMEMBRANAIRE P-GLYCOPROTEINES Correlation of the exon 26 SNP with MDR-1 expression. The MDR-phenotype (expression and activity) of 21 volunteers and patients was determined by Western blot analyses. The box plot shows the distribution of MDR-1 expression clustered according to the MDR-1 genotype at the relevant exon 26 SNP. The genotype-phenotype correlation has a significance of P = 0.056 (n = 21). Eichelbaum et al. Proc Nat Acad Sci March, 2000.

PASSAGE TRANSMEMBRANAIRE P-GLYCOPROTEINES - expression : - corrélation inverse entre : le niveau d’expression de la PgP dans le duodénum et … les conc. plasmatiques de digoxine administrée par voie orale - limitation de l’absorption intestinale des AEs ?

PASSAGE TRANSMEMBRANAIRE P-GLYCOPROTEINES - expression : - BHE : semble limiter la pénétration dans le LCR de différents AEs - carbamazépine - phénytoïne - phénobarbital - lamotrigine - felbamate

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR PHARMACORESISTANCE Après échec d’une première monothérapie AE, un contrôle complet des crises par un 2ème ou 3ème AE n’est obtenu que chez 10-14 % patients Ceci plaide contre des modifications spécifiques des cibles des AEs mais suggère davantage des mécanismes non spécifiques de résistance au traitement, communs aux différentes molécules. Une hypothèse : diminution de phénomènes adaptatifs s’opposant à la pénétration cérébrale

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR BARRIERE HEMATO-ENCEPHALIQUE ET ROLE DES « TRANSPORTEURS MULTIDROGUES » - PgP - souris ayant une délétion MDR1a, on observe une augmentation considérable de la concentration des substances lipophiles auxquelles elles sont exposées, entrainant des signes de neurotoxicité. - MRP - lorsqu’on inhibe expérimentalement les MRP par le probénécide ou le MK-571, la pénétration encéphalique de certaines substances augmente et l’excretion de certaines molécules par des cellules endothéliales encéphaliques isolées diminue.

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR SUREXPRESSION DES « TRANSPORTEURS MULTIDROGUES » EN CAS D’EPILEPSIE PHARMACORESISTANTE - surexpression du gène MDR1 codant pour la PgP dans l’encéphale chez une majorité de patients épileptiques pharmacorésistants ayant une une chirurgie de l’épilepsie - surexpression du gène MRP1 dans les neurones de dysplasies neuronales, la glie et les zones périvasculaires chez des patients épileptiques pharmacorésistants - surexpression de la PgP et de la MRP dans les astrocytes activés du tissu épileptogène de dysplasies neuronales, de dysembryoplasies neuro-épitéliales, de scléroses mésiotemporales, et de MRP1 dans les neurones d’une dysplasie - ces protéines surexprimées dans les prolongements gliaux périvasculaires pourraient constituer une seconde barrière adaptative, après la BEH, alors que celle-ci peut-être non fonctionnelle au cours des crises d’épilepsie

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR SUREXPRESSION DES « TRANSPORTEURS MULTIDROGUES » EN CAS D’EPILEPSIE PHARMACORESISTANTE - le génotype CC de la PgP est associé à une augmentation de la présence et de l’activité de la PgP - Le génotype CC est surreprésenté chez les patients avec une épilepsie pharmacorésistante

PHARMACOGENETIQUE ET DEVENIR PERSPECTIVES D’AVENIR - on peut concevoir : - soit des molécules inhibant les MDT si les MDT représente le mécanisme des pharmacorésistances - soit des médicaments qui ne seraient pas des substrats des MDT et qui pénètreraient plus facilement jusqu’à leur site d’action

PHARMACOGENETIQUE ET EPILEPSIE PHARMACOGENETIQUE DES EFFETS INDESIRABLES DES ANTI-EPILEPTIQUES

PHARMACOGENETIQUE ET EIs EIs GENETIQUEMENT DETERMINE TERATOGENICITE ET SUSCEPTIBILITE GENETIQUE - Déficit partiel de la méthylènetétrahydrofolate réductase - enzyme clé du métabolisme de l’a. folique - est, avec la vit. B12 un cofacteur de la méthylation de l’homocystéine en méthionine - rôle important de la méthionine pour la fermeture du tube neural - 5-10% de la population occidentale homozygote pour la mutation ponctuelle (C677>T) déficit partiel - spina bifida 2 fois plus souvent homozygotes TT que les témoins - polymorphisme = facteur de risque de spina bifida - le valproate inhibe la MTHFR - le valproate diminue l’expression de la folate binding proteine (FBP-1) - FBP-1 joue un rôle critique dans la formation du tube neural - test génétique de dépistage et prévention concevable

PHARMACOGENETIQUE ET EIs EIs GENETIQUEMENT DETERMINE REACTIONS MEDICAMENTEUSES CUTANEES GRAVES - Polymorphisme du gène TNF α - rares mais graves (menacent le pronostic vital) - observations familiales de syndrôme de Stevens Johnson et de syndrôme d’hypersensibilité (Drug Reaction with Eosinophilia and Systemic Symptomes = DRESS) - nature immunologique : réactivité lymphocytaire T spécifique - mutation du gène TNF α incriminée dans les reactions graves d’hypersensibilité à la carbamazépine TNF α 2 (G>A) - TNF α 2 gamme de réactions pro-inflammatoires - phénobarbital, carbamazépine : réponse immunitaire initiée par une liaison entre médicament et molécules du complexe majeur d’histocompatibilité