Pharmacogénétique des transporteurs

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1 Pharmacogénétique des transporteurs

2 Paramètres physiologiques (âge, sexe, état nutritionnel ) Adhésion au traitement Facteurs pathologiques (IR, IH, maladies du TGI, maladies métaboliques..) Variabilité de la réponse pharmacologique Efficacité / Toxicité Interactions médicamenteuses Environnement Facteurs génétiques

3 Qu est-ce que la Pharmacogénétique?

4 Définition C est : un lien entre les polymorphismes de certains gènes et la variabilité de la réponse à l effet d un médicament. un élément important de la variabilité interindividuelle de la réponse à un médicament.

5 Quels gènes? Potentiellement, tous les gènes codant pour les protéines impliquées dans la PK et PD des médicaments : Enzymes de biotransformation, transporteurs, récepteurs Administration orale Désintégration Médicament (comprimé / gélule) Tissus Forme liée Effet pharmacologique Particules Dissolution Forme libre Absorption Métabolisme Médicament en solution Muqueuse gastro-intestinale Foie Distribution Forme libre métabolites Forme liée PLASMA Site d action Élimination Urine bile Administration IV

6 Enzymes du métabolisme et transporteurs Allorge et al., 2004

7 Mécanismes génétiques Mutations ponctuelles, délétions, duplications, insertions Variation d expression et / ou d activité des protéines formées

8 Bases moléculaires ex des enzymes du métabo ( ) n Pas de gène actif 1 gène actif 2 gènes actifs Plus de 2 gènes actifs lents Rapides ou intermédiaires rapides ultrarapides Gène défectueux (délétion, mutation inactivatrice) ( ) n Gène actif Amplification du gène actif

9 . Métaboliseurs rapides Nombre d individus Métaboliseurs ultra-rapides ( ) n 12.6 Métaboliseurs lents Log Debrisoquine / 4OH debrisoquine : RM Bertilsson and Dahl 1996, Clin Pharmacokinet

10 Objectifs de la pharmacogénétique Améliorer la maîtrise de la variabilité interindividuelle sur la réponse aux traitements Efficacité Effets indésirables Individualiser le traitement médicamenteux : Choix de la molécule Posologie Rythme d administration Intérêt +++ pour les molécules à : Marge thérapeutique étroite Effets indésirables graves

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12 Les transporteurs : Généralités

13 Diversité des transporteurs Transporteurs d influx Transporteurs d efflux Lumen ph=4-7 Vitamines, glucose, Petits glucides, AA, Petits peptides, nucléosides, Acides biliaires Composés endogènes ou exogènes variés Défense de l organisme CNT PepT1 OATP P-gp BCRP MRP2 ph=7.2 OCT MRP3 MRP1 Blood

14 Transporteurs d efflux : Transporteurs ABC

15 Transporteurs d efflux Ho et Kim 2005

16 Transporteurs d influx SLC : Solute Carrier Ho et Kim 2005

17 Distribution tissulaire et rôle des transporteurs Kerb 2006

18 Conséquences fonctionnelles de la variabilité génétique des transporteurs Variabilité d activité et/ou expression des transporteurs Variabilité au niveau de : - l absorption - la distribution - l excrétion des médicaments Variabilité PK Variabilité de la réponse pharmacologique Variabilité PD

19 P-glycoprotéine (P-gp) / ABCB1

20 La P-glycoprotéine (P-gp) Un transporteur membranaire d EFFLUX Translocation de substrats [intracellulaire extracellulaire] Substrats - endogènes - exogènes (xénobiotiques) Protection de l organisme Marzolini et al., 2004

21 Diversité de substrats +++ Anticancéreux Actinomycine D Daunorubicine Doxorubicine Etoposide Teniposide Imatinib Mitomycine C Paclitaxel Irinotecan Topotecan Vinblastine Vincristine Antihypertenseurs Celiprolol Losartan Nicardipine Reserpine Talinolol Antimycotiques Itraconazole Ketoconazole Antiépileptiques Phenobarbital Phenytoine Glucocorticoides Aldosterone Cortisol Dexamethasone Opioides Methadone Morphine Pentazocine Antibiotiques Clarithromycine Erythromycine Levofloxacine Rifampicine Sparfloxacine Tetracycline Antidepresseurs Amitriptyline Fluoxetine Paroxetine Sertraline St John s wort Antiémétiques Domperidone Ondansetron Antiviraux Amprenavir Indinavir Nelfinavir Ritonavir Saquinavir Anti-arythmiques Amiodarone Digoxine Propafenone Quinidine Verapamil Antihistaminiques Fexofenadine Terfenadine Immunosuppresseurs Cyclosporine A Sirolimus Tacrolimus Valspodar Autres Bromocriptine Colchicine Dipyridamole Emetine Ivermectine Loperamide Mefloquine Progesterone Acide rétinoique Rhodamine 123 Spironolactone Choudhuri 2006

22 Localisations Entérocytes Cellules tubulaires rénales Canalicules biliaires Barrières hémato-encéphalique, -placentaire, -testiculaire Cellules sanguines : lymphocytes Marzolini et al., 2004

23 Polymorphismes de la P-gp 2677G>T A893S 3435C>T I1145I Kerb 2006

24 Influence du polymorphisme 3435C>T du gène ABCB1 sur l expression de la P-gp Expression intestinale de la P-gp p=0.056 (n=21) Expression de la P-gp intestinale diminuée chez les individus 3435TT Hoffmeyer et al., 2000

25 Polymorphismes du gène ABCB1et concentrations plasmatiques de médicaments p=0.006 Expression intestinale diminuée (T/T) Absorption augmentée Génotype pour le polymorphisme 3435C>T de l exon 26 Hoffmeyer et al., 2000

26 Variabilité d activité et absorption des médicaments Digoxine per os activité P-gp CC > TT activité de la P-gp Intestinale CC > TT biodisponibilité orale de la digoxine TT > CC Greiner et al., 1999

27 Polymorphismes des transporteurs et antirétroviraux

28 Antirétroviraux et transporteurs Transporteur Localisation Molécule antirétrovirale OAT1 Rein AZT OAT4 Rein, placenta AZT P-gp MRP1 MRP2, MRP4 MRP5 Foie, rein, intestin, BHE, placenta, lymphocytes Foie, rein, intestin, BHE, placenta Intestin, rein Foie, rein, coeur Inhibiteurs de protéase Inhibiteurs de protéase Inhibiteurs de protéase, ténofovir Analogues nucléosidiques

29 Antirétroviraux = thérapeutiques intra-lymphocytaires Antirétroviraux cibles intra-lymphocytaires conc intracellulaires +++ Antiprotéases Cible : protéase du VIH Corrélation activité antivirale / concentrations intracellulaires Danger : résistance virale

30 Modulation des concentrations intracellulaires par la P-gp Efflux par P-gp Lymphocyte Concentrations intracellulaires P-gp Noyau Cytoplasme

31 P-gp et inhibiteurs de protéase 100 CEM 75 CEM VBL NFV SQV RTV IDV Inhibiteurs de protéase Jones et al., 2001 Concentrations intracellulaires (µmol/l)

32 Polymorphismes du gène ABCB1 et réponse pharmacologique aux ARV Etude du polymorphisme 3435C>T de l exon 26 Remontée des CD4 : TT > CT > CC Antiretroviral treatment duration (months) Fellay et al., 2002

33 Polymorphismes du gène ABCB1 et réponse pharmacologique aux ARV Patients sous indinavir / AZT / 3TC Andersen et al., 2006

34 MRP2 Localisations : foie, intestin, rein Transport de : Conjugués anioniques / détoxification +++ Anticancéreux Bilirubine Mutations de MRP2 syndrome de Dubin-Johnson = Hyperbilirubinémie conjuguée bénigne

35 MRP2

36 Polymorphismes de MRP2 / MRP4 et ténofovir Association de certains polymorphismes des gènes ABCC2 et ABCC4 avec le risque de tubulopathie proximale induite par le ténofovir Méca a priori : Concentration du ténofovir dans les cellules rénales

37 Rodriguez-Novoa et al., 2009

38 Polymorphismes des transporteurs et traitements anticancéreux

39 Association entre polymorphismes MDR1 et survie dans les cancers Ekhart et al., 2009

40 Exemple d association entre polymorphismes MDR1 et survie dans les LMA CT et TT CC CC CT TT Illmer et al., 2002

41 Association entre MDR1 G2677T/A et réponse au traitement du cancer de l ovaire Homozygotes sauvages et hétérozygotes mutés Homozygotes mutés Réponse au paclitaxel meilleure chez les homozygotes mutés sur l exon 21 Green et al., 2006

42 Polymorphismes des transporteurs et statines

43 SLCO1B1/OATP1B1 variants and statin-inducedmyopathy * SEARCH : Study of the Effectiveness Of Additional Reductions in Cholesterol and Homocysteine

44 Statins Hypercholesterolemia major treatment Coronary artery disease prevention 1 st cause of death in the US (1/5)

45 Statins 3-Hydroxy-3-MethylGlutaryl CoA reductase Inhibitors Inhibition of the rate-limiting step in cholesterol synthesis Occurs within HEPATOCYTES

46 Statins incidence of heartattacksand strokesby about 1/5 th for each reduction of 0.4 g/l (1 mmol/l) LDL-C (LDL threshold> 2.2 g/l if no cardiovascularriskfactor ; > 1.3 g/l si 3 riskfactors) Major adverse effect: myopathy From mild myalgia to severe rhabdomyolysis 10-15% of patients experience muscle aches at some point during treatment; risk of decreased adherence 1 case / patients / yearfor standard doses with higher doses and/or association with an inhibitor of statin metabolism(ex : cyclo) Incidence of severe rhabdomyolysis: 1.6 cases / patients / year Romaine et al., 2009 ; Link et al., 2008

47 Statins Wide interindividual variability in response Lipid lowering/ Adverse reactions Major site of action : within hepatocyte Potentialroleof hepaticinflux and efflux transporters? Statines are substratesof OATP1B1, encoded by the SLCO1B1 gene (basolateral mb of hepatocytes) Romaine et al., 2010

48 1) Genomewide study / association study ( markers) in patients taking 80 mg of simvastatin daily 85 subjects with myopathy 90 controls 2) Replication studywith patients taking 40 mg of simvastatin daily

49 Results Genomewide study: strong association myopathy rs (slco1b1 gene) Nearly complete linkage disequilibrium betweenthe synonymous rs and the non synonymous rs T>C (c.521t>c; p.val174ala) Allèle C variant CT TT CC Fréquence (%) 15% 25.50% 72.25% 2.25% OR pour myopathie 4.5 par copie d'allèle C 4.5 [ ] 16.9 [ ] pour CC versus TT

50 Results > 60% myopathy cases could be attributed to the C variant Replication study: Association rs T>C / myopathy confirmedin the trial of 40 mg simvastatin daily involving patients Association between rs T>C and the cholesterol lowering effectsof simvastatin

51 Mecanism? c.521t>c polymorphismin SLCO1B1 gene Decreased activity of OATP1B1 Decreased influx of statin into hepatocytes Increaseof statinplasma concentration Myopathy

52 SLCO1B1: SNP and haplotypes 14 non-synonymous SNPs ; 3 at frequency > 0.02 in Caucasians Of these, only 2 associated with altered transport function c.521t>c; p.val174ala(retrouvé dans GWAS) c.388a>g; p.asn130asp(rs ) Occur alone or in combination 3 haplotypes Romaine et al., 2010

53 Allele frequencies Romaine et al., 2010

54 In vitro PK studies Romaine et al., 2010

55 In vivo PK studies The impact of 521T>C is statin-specific Dependingon the statin, a single or twocopies of the variant allele are required to observe a significant plasma AUC increase No effect on fluvastatin or simvastatin lactone Romaine et al., 2010 Niemiet al. 2010

56 Pharmacodynamic studies The presence of one or two variant alleles(*5 or *15) could lead to : attenuated lipid-lowering response to affected statins ( hepatic concentrations) (1) increased reported of adverse reactions ( plasma AUC) (2) (1) Controversial results / role of the dose? -statin dependence? 521T>C does not lead to complete loss of function Larger doses of statins may obscur SLCO1B1 genotype effect (2) Stronger evidence (NEJM) but only a single statin was used. What about this association for other statins..?

57 Conséquences en pratique clinique Niemiet al., CPT, 2010

58 SLCO1B1polymorphisms and Irinotecan Irinotecan = CPT11 = topoisomerase I inhibitor Treatment of metastatic colorectal cancer +++ Homozygosity for UGT1A1*28 genotype is a risk factor for severe neutropenia Cause : glucuronidation du SN38 - exposition of patients to the cytotoxic SN38 However, other genetic variants may be involved. OATP1B1is responsible for SN38 influx from plasma into hepatocytes and thus participate to the elimination of CPT11 and its metabolites into bile CPT11 CES1/2 UGT1A1 SN38 Active metabolite SLCO1B1 substrate SN38-G Innocenti et al., 2009

59 SLCO1B1polymorphisms and Irinotecan A few data. Confirmatory studies required. Innocenti et al., J Clin Oncol, 2009 Retrospective study, 85 cancer patients treated with CPT11 42 variants in 12 genes of the CPT11 pathway SLCO1B1*5 (521T>C) AUC of CPT11, but no influence on neutropenia SLCO1B1*1b (388A>G) seems to be protective of neutropenia (nadir = lowest rate of blood neutrophil count)

60 SLCO1B1polymorphisms and Irinotecan Takane et al., case report 66-year-old Japanese male ; pharyngeal carcinoma Irinotecan (days 1, 8 and 15) docetaxel (day 1 ; 28 days cycle) After 1st cycle : grade 4 diarrhea + febrile grade 4 neutropenia Biology : Accumulation of plasma SN Genotyping : UGT1A1*6/*28 and SCLCO1B1*15/*15 Synergistic or additive effect of low metabolic and transport of SN38 leading to its toxic accumulation Sakaguchi et al., 2011 case report 11-year-old female with severe and prolonged neutropenia after irinotecan-based chemotherapy Genotyping : UGT1A1*1/*28 and SLCO1B1*1a/*15

61 Other drugs Oral antidiabetic drugs 521CC genotype associated with an about % increased AUC of repaglinide In Chinese, 521C allele associated with increased plasma conc of nateglinide, but not in Caucasians No association between SLCO1B1 genotype and the PK of rosiglitazone, pioglitazone or their metabolites Hepatic uptake of metformin : OCT Lopinavir/ritonavir 99 HIV patients treated by HAART containing Lopi/rito Significant trend for increasing concentrations of lopinavir (but not ritonavir) from 521TT to TC to CC SLCO1B1 genotypes Kalliokoski et al., 2010 Kohlrausch et al., 2010

62 Conclusions Perspectives +++ de l utilisation de la PG des transporteurs pour expliquer / prédire : Interactions médicamenteuses Effets indésirables Efficacité A l heure actuelle Beaucoup de données (facilité du séquençage) Mais difficultés à établir Lien génétique / activité protéique (et mécanismes ) Lien génétique / pertinence clinique Haut niveau de preuve pour le SNP 521T>C de SLCO1B1 : intérêt +++ de la mise à disposition pour les cliniciens