Pharmacogénétique

Intro pharmacogénétique

Quelles sont les attentes d’un patient quand il prend un médicament? Efficacité Tolérabilité

Variabilité dans l'efficacité des médicaments Inhibiteurs de l’ECA 10-30% Bêta bloquants 15-35% Anti-dépresseurs tricycl. 20-50% Statines 10-60% ACE-inhibitors: Angiotensine Conversion Enzymes inhibitors, drugs used to reduce blood pressure with anti-hypertensive, anti-inflammatory properties (captopril=Lopiril®, enalapril=Reniten®, lisinopril = Zestril®….) Beta blockers: class of drugs used for various indications, but particularly for the management of hypertension and cardiac arythmias (propranolol=Inderal®, metoprolol=Beloc®, atenolol=Tenormine®, …) SSRI: Selective Serotonin Reuptake Inhibitors are a class of antidepressants for treating depression, anxiety disorders and some personality disorders (fluoxetine=Fluctine®, paroxetine=Deroxat®, …) Tricyclic antidepressants: old class of anti-depressant drugs (amitriptyline=Saroten® , imipramine=Tofranil®, …) Statins:class of hypolipidemic agents, decreases cholesterol levels (pravastatine=Selipran®, simvastatine=Zocor®, …) Spear et al. Trends in Molecular Medicine, 7:201 (2001).

Un médicament ne peut pas convenir à tout le monde. Les patients sont tous différents et uniques Un médicament ne peut pas convenir à tout le monde. Les médicaments ne sont pas différenciés Environ 30% des patients ne bénéficient pas du traitement médicamenteux adéquat

Variabilité de la réponse pharmacologique (efficacité, toxicité) Insuffisances hépatique, rénale, cardiaque, respiratoire... Neutropénie Age Réanimation, Etat de choc Réponse au médicament Sexe Génétique Etat nutritionel Adhésion au traitement Maladies du tractus GI ou métaboliques Interactions médicamenteuses

Pharmacogénétique La pharmacogénétique est le segment de la génétique qui se penche sur l’étude des gènes impliqués dans le métabolisme des médicaments. La pharmacogénétique: établir un lien entre le polymorphisme de la structure génique et la variabilité de la réponse à l’effet d’un médicament Variabilité interindividuelle de la réponse à un médicament Table 1. The Early history of pharmacogenetics. Inter-individual differences in drug response have been familiar to scientists since 1932.

PHARMACOGENETIQUE Des différences génétiques dans la capacité des individus à métaboliser un médicament peuvent expliquer les variabilités interindividuelles au sein d’une population La pharmacogénétique, permet de prescrire des traitements sur mesure en fonction des profils génétiques des patients, réduisant ainsi les risques de toxicité et d’effets secondaires dus aux médicaments, traitements personnalisés.

PHARMACOGENETIQUE Objectifs Améliorer la maîtrise de la variabilité interindividuelle Individualiser le traitement médicamenteux : choix de la molécule mais aussi posologie et rythme d’administration

CONSEQUENCES NEGATIVES DE LA VARIABILITE INTERINDIVIDUELLE Absence de réponse au traitement Polymorphisme génétique => modification de la cible => notion de non répondeur Apparition d’effets indésirables Polymorphisme génétique => « Sensibilité anormale »

Calcul de l’index de métabolisation MR = Ratio Médicament / Métabolite Ultra rapides

LE POLYMORPHISME GENETIQUE Y Distribution fréquences variables selon les populations Métaboliseurs intermédiaires Métaboliseurs ultra rapide Métaboliseurs lents

LE POLYMORPHISME GENETIQUE Distribution de fréquence d’allure trimodale, 3 phénotypes. Métaboliseurs: ultrarapides (UM) : MR < 0,2 intermédiaires (EM) : 0,2 < MR < 12,6 lents (PM) : MR > 12,6

CYP2D6 Métaboliseurs lents

Polymorphismes génétiques : bases moléculaires Pas de gène actif: lents 1 gène actif Rapides ou intermédiaires 2 gènes actifs rapides Plus de 2 gènes actifs ultrarapides Gène défectueux (délétion, mutation inactivatrice) Gène actif ( )n Amplification du gène actif

LE POLYMORPHISME GENETIQUE DU METABOLISME D’OXYDATION Conséquences cliniques Métaboliseurs lents accumulation de la molécule, pas d’effet thérapeutique des prodrogues exemple : absence d’effet analgésique de la codéine codéine  morphine  CYP 2D6 Métaboliseurs ultra rapides : plus sujets aux effets indésirables

VARIABILITE CONSECUTIVE AUX FACTEURS GENETIQUES: Pour de nombreux médicaments, l ’expression des enzymes impliquées dans la biotransformation est contrôlée de manière polygénique (plusieurs gènes). Pour certains médicaments, l ’expression des enzymes impliquées dans la biotransformation est contrôlée de manière monogénique (un seul gène).

VARIABILITE CONSECUTIVE AUX FACTEURS GENETIQUES: Le contrôle monogénique également appelé polymorphisme génétique est responsable dans la population d ’au moins 2 génotypes différents: gène normal: génotype 1 gène muté: génotypes 2….X il peut exister de multiples mutations différentes au niveau de ce gène donnant de nombreux génotypes

VARIABILITE CONSECUTIVE AUX FACTEURS GENETIQUES: L ’expression visuelle du génotype est le phénotype Le phénotype se manifeste par la vitesse de métabolisation du CYP concerné et éventuellement par des différences de concentrations plasmatiques et urinaires.

Techniques utilisées en pharmacogénétique

Phénotype: Génotype: - activité réelle - quantifiable - mise en oeuvre plus difficile - variations (pathologies) - pas permanent Génotype: - facile - permanent - pas quantifiable - pas activité réelle

MOYENS D’INVESTIGATION: PHENOTYPAGE 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

MOYENS D’INVESTIGATION: PHENOTYPAGE Inconvénients : -Présente un (faible) risque (administration d ’une molécule exogène) -Résultat influençable par une variabilité d’origine non génétique

MOYENS D’INVESTIGATION: GENOTYPAGE Recherche de mutations, délétion, duplication Sur prélèvement sanguin (simple), techniques de génétique moléculaire (PCR, RFLP PCR, hybridation oligonucléotides, DNA chip) Inconvénient : ne renseigne pas sur les conséquences fonctionnelles Corrélation approximative avec le phénotype (« vérité statistique »)

GENOTYPAGE : outils Méthodes fondées sur la PCR : RFLP, PCR allèle-spécifique, séquençage * Méthodes non spécifiques: SSCP, DGGE D-HPLC : ==> détection de nouveaux polymorphismes * « Carte génétique » : puces à ADN

Le test génétique nécessite : l’historique familial du patient ainsi que son consentement écrit pour l’investigation génétique un simple frottis buccal, prélèvement facile et indolore Pas pris en charge par les assurances Une fois pour la vie Bâtonnets stériles pour frottis

Le patient reçoit : le passeport génétique personnalisé résumant les résultats utiles pour l’optimisation thérapeutique.

Le patient reçoit : le rapport final personnalisé qui comprend : Un descriptif des variants génétiques analysés Les résultats obtenus Un résumé Une interprétation approfondie + tables CYPs Des explications scientifiques exhaustives

Les cytochromes

Variabilité dans le métabolisme des médicaments: rôle du cytochrome P450 La métabolisation est une voie d’élimination importante pour les médicaments lipophiles Biotransformation principalement au niveau du foie mais aussi muqueuse intestinale et poumon L’oxydation est une étape importante de la biotransformation Le cytochrome P450 (CYP) est la principale enzyme intervenant dans ces réactions.

LES CYTOCHROMES P450 Fonctions Hémoprotéines enzymatiques impliquées dans le métabolisme oxydatif (mono-oxygénases), localisées majoritairement au niveau hépatique, mais aussi au niveau intestinal

LES CYTOCHROMES P450 Biosynthèse des acides biliaires Biosynthèse et métabolisme hormonal (stéroïdes, corticostéroïdes, vitamine D) CYTOCHROMES P450 Synthèse du thromboxane Oxydation (xénobiotiques, médicaments, catabolisme des stéroïdes) Métabolisme des acides gras Métabolite mutagène excrétion Cancer

LES CYTOCHROMES P450 Mécanisme d’action Le cytochrome p450 (CYP) est très impliqué dans la dégradation des molécules exogènes, en particulier des médicaments. Plus le cytochrome p450 est actif, et plus les médicaments sont rapidement détruits.

Le cytochrome P450 Le terme cytochrome P450 recouvre un grand nombre d’iso-enzymes qui se subdivisent en différentes familles et sous famille en fonction de leurs ressemblance dans la séquence d’aa Plus de 30 iso-enzymes CYP chez l’homme

Le cytochrome P450 Les familles sont désignées par un chiffre: CYP 3 Les sous familles sont désignées par une lettre: CYP 3 A Les iso-enzymes sont désignées de nouveau par un chiffre CYP 3 A 4

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

Le cytochrome P450 Les iso-enzymes les plus importantes dans la biotransformation des médicaments à usage humain: CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP3A4

Le cytochrome P450 Grande variabilité dans l ’activité enzymatique du CYP pouvant entraîner des modifications des paramètres pharmacocinétiques et éventuellement de la réponse thérapeutique. 2 causes importantes de cette variabilité: facteurs génétiques et interactions avec des médicaments ou d ’autres substances

J. Kirchheiner et al. Nat Rev Drug Discov, 4 (2005) 639-647 Ce histogramme vous montre que la prédiction de la dose selon le génotype s’applique a plusieurs gènes, impliqués dans le métabolisme de toute sorte de classe médicamenteuse. Pour chaque médicament sur l’axe des X, plus l’histogramme est foncé, plus le métaboliseur est rapide, ce qui vaut dire que la dose administrée est supérieur par rapport à celle administrée à une métaboliseur intermédiaire ou lent. J. Kirchheiner et al. Nat Rev Drug Discov, 4 (2005) 639-647

Exemples de substrats des CYP-450

CYP2D6

Réactions médiées par le Cytochrome P450 O-déalkylation The O-dealkylation of codeine

Antidépresseurs et CYP2D6: impact sur le succès thérapeutique et sur les coûts associés aux maladies mentales sévères Patient No (%) Hospitalisation Total cost Group of patients days per years per years UM 3 26 12’000 U$ EM 72 17 8’300 U$ IM 13 11 6’000 U$ PM 12 24 12’000 U$ Ultra rapide lent Chou et al., J Clin Psychopharmacol, 20 (2000) 246-251

CYP2C19

CYP2C9

Conclusion Le mot pharmacogénétique dérive de l’union de pharmacon et génétique. Le pharmacon dérive du grec et signifie poison qui s’est métamorphosé en médicament

But de la pharmacogénétique Prescrire la bonne dose du bon médicament dans la bonne indication pour le bon patient au bon moment Il y a de plus en plus d’études pharmacoéconomiques qui montrent que l’analyse de marqueurs génétiques spécifiques pour prédire l’efficacité et la toxicité des médicaments peuvent améliorer le rapport coût-efficacité de la prise en charge des patients. thiporurine méthyltrasnférase: prévention de la myélosupression sous azathioprine HLAB 5701: prévention de l’hypersensibilité à l’abacavir ACE gène: pour le traitement à base de statines Il faut considérer la valeur prédictive du test PGx: pourcentage des patients correctement « classés » suite au résultat du test.  efficacité  effets indésirables  coûts

Quelques cas pratiques Le mot pharmacogénétique dérive de l’union de pharmacon et génétique. Le pharmacon dérive du grec et signifie poison qui s’est métamorphosé en médicament

LE POLYMORPHISME GENETIQUE DU METABOLISME D’OXYDATION Y Cas clinique (1) Femme 59 ans imipramine dépression démarrage du traitement : posologie : 75 mg/j puis augmentation 150 mg/j après 7 semaines : résultat clinique non satisfaisant, suspicion de toxicité dosage : imipramine (métabolisée par le CYP2C19) : 125 ng/ml, normal désipramine, métabolite actif (substrat du CYP2D6) 1730 ng/ml, seuil de toxicité 1000 ng/ml risque létal

LE POLYMORPHISME GENETIQUE DU METABOLISME D’OXYDATION Y arrêt du traitement 4 semaines reprise 25 mg/j amélioration thérapeutique sans signe de toxicité dosage imipramine 25 ng/ml, désipramine 135 ng/ml imipramine + désipramine = 160 ng/ml fourchette 180-350 ng/ml Phénotype PM  3 mois de traitement inadéquat  exposition à un risque toxique grave Posologie adaptée : 3 à 6 fois plus faible que la posologie standard

LE POLYMORPHISME GENETIQUE DU METABOLISME D’OXYDATION Y Cas clinique (2) Femme 41 ans nortriptyline dépression 3 - 5 fois la posologie standard  mais pas d’amélioration clinique dépression résistante ? dosage métabolite hydroxylé (inactif) : concentration très élevée phénotypage UM génotypage duplication CYP 2D6 changement de traitement antidépresseur, administration d’une molécule qui suit une autre voie métabolique