Pharmacogénétique et récepteurs Exemple de l’asthme 11 mars 2015 G. LUI

Introduction Pharmacocinétique Biodisponibilité Distribution Elimination Transporteurs Concentration de médicament Pharmacodynamique Métabolisme Enzymes Récepteurs Réponse biologique

Plan 1- Rappels sur l'asthme 2- Traitements 3- Récepteurs 4- Impact de la génétique

Définition L’asthme est une maladie inflammatoire chronique des voies aériennes au cours de laquelle interviennent de nombreuses cellules, en particulier mastocytes, éosinophiles et LT. Chez les individus présentant une prédisposition, cette inflammation entraîne des épisodes récidivants d’essoufflement, d’oppression thoracique et de toux accompagnés le plus souvent de sifflements particulièrement à l’effort, la nuit et/ou au petit matin. Ces symptômes sont généralement associés à une obstruction bronchique d’intensité variable réversible spontanément ou sous l’effet de la thérapique. Cette inflammation entraîne une majoration de l’hyperréactivité bronchique à différents stimuli.

L’asthme 3 millions de personnes concernées (France) En France prévalence 5-7% chez l’adulte (en augmentation) Mortalité par asthma en France 1000 décès 2005 Causes Génétiques Environnementales

Prévalence/ Adulte>15ans La  prévalence de l’asthme chez l’adulte est passée de 5,8 % en 1998  à 6,7 % en 2006

Prévalence/ enfants

Mortalité

Spirométrie Mesure des volumes et débits pulmunaires: -Débit Expiratoire de Pointe (DEP) ou “Peak Flow”, débit maximal instantané mesuré lors d’une expiration forcée, obtenu en gonflant la poitrine au maximum et en soufflant le plus fort et le plus vite possible.  -Volume Expiratoire Maximal en 1 Seconde (VEMS) : volume d’air expiré pendant la première seconde d’une expiration forcée après une expiration maximale et permet d’apprécier plus finement le niveau d’obstruction de l’appareil bronchique. (FEV

Sévérité de l’asthme Stades Symptômes EFR Intermittent <1 fois/semaine Exacerbations brèves VEMS ou DEP >80% Variabilité du DEP<20% Persistant léger <1 fois/jour Exacerbations affectant le sommeil > 2 fois/mois VEMS ou DEP>80% Variabilité du DEP<20- 30% Persistant modéré Quotidien Affecte l’activité ou le sommeil > 1 fois/semaine 60< VEMS ou DEP<80% Variabilité du DEP>30% Persistant sévère Exacerbation diurnes et nocturnes fréquents Activités physiques limitées VEMS ou DEP<60% EFR: exploration fonctionnelle respiratoire, DEP: débit expiratoire de pointe, VEMS: volume expiratoire maximal/s

Physiopathologie Maladie inflammatoire chronique des voies aériennes variables dans le temps et réversible. Infiltration de la muqueuse bronchique par mastocytes, éosinophiles et LT, et remaniements structuraux. Un terrain allergique favorise l’asthme.

Cellules impliquées Mastocytes (FcR1 de forte affinité pour IgE) -dégranulation : -histamine, héparine, tryptase, chymase… -chimiokines (CCL2, CCL5, CCL11, CCL12..) -cytokines IL1,3,8, TGF,TNF Eosinophiles Lymphocytes T (Th2 (IL4, 5, 6…)) Macrophages alvéolaires Cellules épithéliales et endothéliales Muscles lisses

Remodelage des voies respiratoires Muscles lisses hypertrophiés Diminution du diamètre Des bronches Dépôt de collagène, tissu fibreux

L’appareil respiratoire Cartilage Sans cartilage Zone d’échange

Broncospasme Sous l'effet d'un stress (externes ou endogènes): - sous l’effet de leucotriène => contraction des muscles lisses -> Réduction des voies respiratoires

Plan 2- Traitements 1- Rappels sur l'asthme 3- Récepteurs 4- Impact de la génétique

Médicaments de l’asthme Broncodilatateurs β mimétiques Anticholinergiques Théophylline Anti-inflammatoires Corticostéroïdes inhalés (CSI) Corticostéroïdes systémiques (CS) Antileucotriènes (AL) etc

β mimétiques -BroncoDilatateur à Courte durée d’Action (BDCA) Salbutamol, terbuline Jusqu'à 4 à 6h Traitement des symptomes -BroncoDilatateur à Longue durée d’Action (BDLA) Salmétérol et formotérol Jusqu’à 12h. Traitement de fond. Récepteur  b 2 adrénergique

Les corticostéroïdes Corticostéroïdes inhalés (CSI) - Beclomethasone (Beclozone® ) - Fluticasone (Flixotide® ) - Budesonide (Pulmicort® ) Corticostéroïdes systémiques (CS) - Prednisone (Cortancyl) - Prednisolone (Solupred) - Methyl-prednisolone (Solumédrol) Récepteur Glucocorticoid récepteur (GR)

Traitements Traitement des symptomes Traitement de fond CSI : Corticostéroïdes inhalés, CS: Corticostéroïdes systémiques

Plan 3- Récepteurs: - ADRB2 - GR 1- Rappels sur la physiologie de l'asthme 2- Traitements 3- Récepteurs:   - ADRB2 - GR 4- Impact de la génétique

Expression d'ADR 3 type 3 types de récepteurs b adrénergiques : - b1 ADR cœur - b2 ADR ubiquitaire - b3 ADR tissu adipeux

Récepteur Beta 2 adrénergique ADR b2: 7 hélices a Poche pour ligand Partie extra-cellulaire Partie transmembranaire Partie intra-cellulaire Protéine G

Protéine G Milieu extracellulaire Milieu intracellulaire 3 sous-unités: -b -g -a La sous-unité a est liée au GDP

Changement de conformation de l'ADR+ ligand Activation du ADRb Changement de conformation de l'ADR+ ligand

Production de l’AMPc

Transduction du signal Broncodilation

Récepteur des glucocorticoïdes Codé par le gène NR3C1 (nuclear receptor subfamily 3, group C, member 1) Molécule intracytoplasmique noyau GC Actine

Structure du GR AF2 important dans la transactivation Deux formes : -a fonctionnelle, -b ne fixe pas d’hormone

Structure 3 D

Translocation du GR Fraction libre entre dans la cellule par diffusion libre Dissociation du GR HSP-90, HPS-70, Immunophiline Fixation sur GRE ou HRE Réponse biologique

Réponses biologiques Active la transcription de gènes codant : -annexine-1 : inhibe synthèse des molécules impliquées dans l’inflammation (dont leucotriènes) -protéine Ik-B: contrôle la synthèse de cytokines -Il10: anti-inflammatoire Inhibe la transcription des gènes codant : -cytokines: IL1, TNFa, IL6 etc… -molécules d’adhérence : CD62E, ICAM-1 VCAM-1

Effets des CS

Réponse au traitement => très variable Patients en urgence,1998 âge, sexe, génétique

Plan 4- Impact de la génétique 1- Rappels sur la physiologie de l'asthme 2- Traitements 3- Récepteur and co. 4- Impact de la génétique Rappels Polymorphismes / réponse b mimétique Polymorphismes / GCS

Polymorphismes génétiques 99,99 % de similitude entre individus. Variations dans la séquence d'ADN. Insertion d'une base ou plus Délétion d'une base ou plus Substitution d'une base=> SNP single nucleotide polymorphism Conséquences Pas de changements d'acide aminé => synonyme Changements => non synonyme Codon stop Décalage du cadre de lecture

Code génétique Code génétique est redondant Mais parfois effet d'un SNP synonyme.

ADN=> protéine Séquences non traduites : introns

Variabilité interindividuelle dans la réponse à un traitement Impact Transcription => Le taux d'ARNm Epissage Stabilité de l'ARNm => la qté de protéine Séquence d'AA => conformation => fonction Variabilité interindividuelle dans la réponse à un traitement

Plan 1- Rappels sur la physiologie de l'asthme 2- Traitements 3- Récepteur and co. 4- Impact de la génétique? Rappels Polymorphismes / réponse b mimétique Polymorphismes / GCS

Mutations- Asthme

Polymorphismes: ADRB2 Fréquents Impact sur la réponse aux b mimétiques Rare

Impact clinique Caucasiens et Africains Les patients homozygotes de l’Arginine en position 16 ont une meilleure réponse au salbutamol. Lima, Clin Pharm. and Thera. 1999 FEV1 : forced expiratory volume /1s (VEMS)

Etude haplotypique Population de Puerto Ricans Population totale preFEV>80%FEV prédite <80% FEV prédite Choudhry, AJRCCM 2004 Effet positif de l’Arg 16 sur la réponse au médicament, particulièrement les patients avec FEV de départ faible

Polymorphismes: voies de signalisation Adénylate cyclase type 9 (ACY9) Phosphodiestérase 4 (PDE4D) Regulator protein G signaling 5 (RGS5) Gα ATP + ADCY 9 RGS5 AMPc PDE4D AMP

Co-traitement : +CS Enfants Caucasiens Ile 772 Met ADCY9 Met 772 +++ réponse Tantisira, Human Molecular Genetics, 2005

Formotérol+ ICS Population coréenne ADCY9 Met772 : CT ou CC ADRB2 : 16Arg/Arg ADCY9 Ile772 : TT ADRB2 : 16Arg/Gly ou Gly/Gly Kim, Journal of Clinical Pharmacy and Therapeutics 2011

RGS5/PDE4D Réponse à l’albutérol RGS5: rs10917696 C/T PDE4D: rs1544791 A/G Les allèles risques sont C et G. Labuda, Ped. Pul 2013

Réponse CSI Hypervariabilité Réponse au Budesonide (CAMP), Triamcinolone (ACRN) Aggravation suite au traitement Amélioration

Mutation sur GR

Conclusion Variabilité de la réponse: - facteurs génétiques: -récepteur -molécule de la voie de signalisation -multigéniques Difficile à déterminer