PHARMACOGENETIQUE Implications en pharmacologie Evelyne Jacqz-Aigrain Pharmacologie Pédiatrique et pharmacogénétique Hôpital Robert Debré – Paris

Médicament Effet Pharmacocinétique Efficacité - Toxicité AGE Pathologie Interactions GENETIQUE Pharmacodynamique Effet Efficacité - Toxicité

Facteurs de variabilité des effets pharmacologiques des médicaments

Les polymorphismes pharmacogénétiques Cibles des médicaments Récepteur béta-adrénergique et réponse aux béta-agonistes dans l’asthme Enzyme de conversion et réponse aux IEC Récepteur à la 5-hydroxytryptamine et réponse aux neuroleptiques Métabolisme des médicaments

Polymorphisme pharmacogénétique du métabolisme des médicaments Variants alléliques stables transmis selon le mode autosomique récessif (ou codominant) Altérant la synthèse enzymatique « normale » Responsables d’un phénotype « déficitaire - lent » atteignant au moins 1% de la population Silencieux en l’absence de prise médicamenteuse

Groupe des métaboliseurs lents Minoritaire Homogène Absence de métabolisme : surdosage - toxicité Groupe des métaboliseurs rapides Majoritaire Inhomogène Risques de métabolisme très rapide : inefficacité thérapeutique, déséquilibre métabolique et risque toxique, de cancer, de malformation

Mécanismes moléculaires d’inactivation Réarrangements géniques délétion complète, duplication génique Mutations : pax exemple site de splicing, codon stop, changement d’acide aminé Aboutissant à une absence d’enzyme ou à une enzyme modifiée (instable, non fonctionnelle..)

Caractérisation du métabolisme individuel PHENOTYPE Prise d’un médicament En l’absence de toute altération métabolique ou interaction médicamenteuse Détermination du rapport médicament /métabolite GENOTYPE Prise de sang Réalisé dans les populations à risque (enfants..) Simple si les modifications génotypiques sont connues

Conséquences thérapeutiques (1) Fonction du médicament médicament ou prodrogue Importance de la voie déficitaire dans le métabolisme du médicament et de déviations de métabolisme Index thérapeutique

Conséquences thérapeutiques (2) Fonction de l’individu : - métaboliseur lent effet thérapeutique accru toxicité - métaboliseur rapide effet insuffisant interactions médicamenteuses, synthèse de métabolites réactifs

LES CYTOCHROMES P450 Nomenclature Plusieurs centaines de protéines 3 4 familles 1 à 4 3 6 sous-familles A à F 3 20 groupes 1 à 20 3 allèle variant * un numéro (éventuellement une capitale) : CYP 2D6*4 Super famille génique Famille Sous-famille Isoenzyme Variant allèlique CYP les + impliqués dans le métabolisme des médicaments : 2D6, 3A4, 1A2, 2C9, 2C19

Cytochromes P450 dans le foie adulte

L’exemple du polymorphisme CYP2D6 Lié à une absence de protéine CYP2D6 atteignant 7% de la population caucasienne avec des variations ethniques importantes Caractérisé du phénotype au génotype Affectant le métabolisme de plus de 40 médicaments

Distribution phénotypique du polymorphisme CYP2D6

INVESTIGATION le phénotypage est un test fonctionnel Pour tester une voie métabolique in vivo administration d’une substance de référence dosage de la molécule mère et de son métabolite calcul du rapport  indice de métabolisation résultat valable pour tous les médicaments métabolisés par cette voie Inconvénients: présente un (faible) risque car administration d ’une molécule exogène résultat influençable par une variabilité d’origine non génétique

Réalisation pratique du phénotype en pharmacogénétique Médicament facile à obtenir spécifique du polymorphisme d ’intérêt sans risque à la dose utilisée facilement dosable Activité enzymatique « accessible »

Métabolisme du dextrométhorphane

INVESTIGATION : Génotypage Recherche de mutations, délétion, duplication Sur prélèvement sanguin (simple) Techniques de génétique moléculaire PCR- RFLP, PCR + hybridation d’oligonucléotides, DNA chip ” Inconvénient Ne renseigne pas sur les conséquences fonctionnelles Corrélation approximative avec le phénotype (« vérité statistique »)

Implications pour l’utilisation des antidépresseurs en thérapeutique Détermination du phénotype / génotype individuel Avis de la conférence de consensus – 1990 en raison de l’amélioration de l’efficacité et de la réduction des dosages de monitoring – 2D6 et 2C19 Variations de la réponse thérapeutique – MR Interactions médicamenteuses – effets indésirables Information des médecins

Pharmacogénétique de la TPMT Présentation du polymorphisme génétique de la TPMT Implications : Conduite du traitement par azathioprine /6mercaptopurine Traitement d’entretien des LAL

La thiopurine méthyltransférase Exprimée dans de nombreux tissus et notamment les globules rouges N’ayant pas de substrat endogène connu D’activité très variable d’un individu à l’autre Données disponibles : Chez des sujets volontaires sains non traités (adultes et enfants) Chez des patients traités par les analogues puriques

Mercaptopurine metabolism TPMT MP MeMP HPRT TIMP TPMT TGN MeTIMP Incorporation into DNA De novo purine synthesis inhibition

Pharmacogénétique de la TPMT Implications thérapeutiques Les médicaments Azathioprine (Imurel) 6-mercaptopurine (Purinéthol 6-thioguanine (Lanvis) Les pathologies LAL MICI Transplantation rénale Les outils Génotype – Phénotype Métabolites actifs 6-TGN Toxicité

Genetic polymorphism of TPMT 50 40 30 20 10 5 15 25 T P M A c t i v y m / w Patient (%) 2 5 6 M P D o s a g e m / w t T A l G * 1 A T G * 2 3 8 C 4 • D o s e a d j u s t m e n t s • M o l e c u l a r t o a v o i d t o x i c i t y m e c h a n i s m s 6 A A 7 1 9 G • M o l e c u l a r d i a g n o s i s [ > 6 a d d i t i o n a l a l l e l e s ] W t / W t W t / M u t M u t / M u t 2 9 3 b p 2 7 b p 8 6 b p K r y n e t s k i a n d E v a n s A m J H u m G e n 6 3 ( 1 ) : 1 1 - 6 , 1 9 9 8 – + – + – + A C C I :

Mechanism of TPMT deficiency TPMT*3A TPMT*2 TPMT*1 Rates of protein synthesis are comparable for Wt and mutants (same mRNA levels). Mechanism for TPMT deficiency is related to an intrinsic instability of mutant protein (Proteolysis via ATP-dependent proteasome-mediated pathway) Mechanism of TPMT deficiency: Reported by The lab in PNAS: The studyof heterologous expression of wild-type (TPMT*1) and mutant (TPMT*2 and TPMT*3A) human cDNAs in yeast and COS-1 cells have shown that: 1. The rate of protein synthesis are comparable for Wt and mutants 2. The mechansim of TPMT defifiency is linked to anintrinsic instability of protein that is degradated by ATP dependant proteasome mediated pathway This figure show that *3A is very instable whereas their is residual activity for *2 genotype. . Degradation kinetics of recombinant human TPMT proteins in yeast (Tai et al., 1995)

Corrélation entre génotype et phénotype TPMT chez les volontaires La distribution phénotypique « de référence » est trimodale avec un antimode à 9 U/ml MR : 89% - TPMT élevé (> 9 U/ml) MI : 11% - TPMT intermédiaire ( 5 – 8 U/ml) ML: 0.3% - TPMT indétectable (< 1 U/ml) D’autres distributions ont été rapportées Antimode plus élevé (13.7 U/ml) Distribution bimodale – MR et ML Possibles facteurs : Techniques de détermination Variabilités ethniques Populations insuffisantes Autres voies enzymatiques….

Polymorphismes génétiques Risques chez les métaboliseurs lents Effet analgésique faible de la codéine (– morphine) Différences pharmacocinétiques et d’efficacité de l’oméprazole – Mopral* Hypersensibilité au Bactrim* Aplasie médullaire à l’ azathioprine / 6-mercaptopurine CYP2D6 CYP2C19 NAT2 TPMT

DESEQUILIBRE ENTRE LES REACTIONS DE PHASES I ET II AGE, ENVIRONNEMENT, GENETIQUE Risques des intermédiaires réactifs:: Toxicité, cancérogénèse PHASE I CyP450 DETOXIFICATION CONJUGAISON PHASE II

PLACE DE LA PHARMACOGENETIQUE Y En clinique Mise à disposition du médecin de tests de dépistage du polymorphisme génétique, réalisables en routine, permettant de prédire la réponse ou de cerner le risque d’accident médicamenteux

PLACE DE LA PHARMACOGENETIQUE La susceptibilité à certaines pathologies Liée à des différences de métabolisation ou de susceptibilité à différents polluants de l’environnement  activation de procarcinogènes  maladies neurodégénératives

Et à l’avenir ? …..adapter le traitement à l’individu Au cours de l’évaluation des médicaments (efficacité et de toxicité) Etudier la cartographie SNPs (single nucleotide polymorphisms) Rechercher des SNPs-LD (déséquilibre de liaison) Pour le traitement d’un patient : Caractériser le profil pharmacogénomique DNA arrays