Bases moléculaires de pharmacog énétique
Xavier Fonrose, Laboratoire de Pharmacologie – Toxicologie, CHU GRENOBLE
Schéma général de l’action d’un médicament
Concentrationsplasmatiques
Dose RéponseOrganismeSite
d’action
PharmacodynamiePharmacocinétique
La pharmacocinétique : le devenir d’un médicament dans l’organisme
� Le devenir du médicament dans l’organisme est divisé en 4 différentes étapes pharmacocinétiques� Absorption� Distribution� Métabolisation� Excrétion
La pharmacocinétique : le devenir d’un médicament dans l’organisme
Tiré de Clinical Pharmacokinetics Concepts and Applications de Malcolm Rowland, Tozer
La pharmacodynamie : l’action du médicament sur l’organisme
� Les cibles des molécules sont nombreuses
Extrait de The druggable genome. Nat Rev Drug Discov. 2002 Sep;1(9):727-30.
La pharmacodynamie : l’action du médicament sur l’organisme
� Dans le cas d’un récepteur :
� Il faut que le récepteur soit présent et sensible au médicament
(la quantité de récepteur est également importante)
� Il est également nécessaire que la voie de transduction en aval du récepteur soit fonctionnelle.
La pharmacodynamie : l’action du médicament sur l’organisme
� Dans le cas d’un récepteur :
Extrait de The genetic basis of variability in drug responses. Nat Rev Drug Discov. 2002 Jan;1(1):37-44.
La variabilité dans la réponse aux médicaments
� Elle est observée depuis toujours� Au deux niveaux
� Pharmacocinétique� Pharmacodynamique
La variabilité dans la réponse aux médicaments
� Exemple au niveau pharmacocinétique
Extrait de Pharmacogenetics and the future of medicine (Encyclopedia of Genetics, Genomics, Proteomics and Bioinformatics)
La variabilité dans la réponse aux médicaments
� Exemple au niveau pharmacodynamique
Extrait de Pharmacogenetics and the future of medicine (Encyclopedia of Genetics, Genomics, Proteomics and Bioinformatics)
La variabilité dans la réponse aux médicaments
� Quelles sont les causes de la variabilitéobservée ?
� Très nombreuses � Quel est la part de la génétique ?
� Des études chez des jumeaux ont montré que la demi-vie d’élimination d’un médicament était un caractère héritable.
Causes de variabilité dans la réponse aux médicaments
Tiré de Goodman & Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeuticshttp://books.mcgraw-hill.com/medical/goodmanandgilman/11th_edition.php
La variabilité dans la réponse aux médicaments
� La réponse aux médicaments dépend donc de la combinaison de facteurs environnementaux et de facteurs génétiques.
� La part de chacun des facteurs reste difficile à déterminer.
Causes de variabilité dans la réponse aux médicaments
Tiré de Goodman & Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeuticshttp://books.mcgraw-hill.com/medical/goodmanandgilman/11th_edition.php
La Pharmacogénétique
� Elle étudie la base génétique des variations dans la réponse aux médicaments.
� Son objectif : � Adapter les traitements médicamenteux au profil
génétique des patients
� Développer des tests pharmacogénétiques simples et peu coûteux, permettant de prédire de façon fiable la réponse à un traitement donné
La Pharmacogénétique
� Influence sur la pharmacodynamie
Extrait de W. E. Evans, H. L. McLeod, N Engl J Med 348, 538
La Pharmacogénétique
� Influence sur la pharmacocinétique
Extrait de W. E. Evans, H. L. McLeod, N Engl J Med 348, 538
La Pharmacogénétique
� Influence sur la réponse aux médicaments
Extrait de W. E. Evans, H. L. McLeod, N Engl J Med 348, 538
Gènes impliqués dans la réponse aux médicaments
� On regroupe les gènes en fonction du niveau auquel ils interviennent� Au niveau pharmacocinétique� Au niveau pharmacodynamique
Gènes impliqués dans la réponse aux médicaments : Au niveau pharmacocinétique
� Les enzymes du métabolisme
The percentage of phase I and phase II metabolism of drugs that each enzyme contributes is estimated by the relative size of each section of the corresponding chart. Tiré de Science. 1999 Oct 15;286(5439):487-91
Gènes impliqués dans la réponse aux médicaments : Au niveau pharmacocinétique
� Les transporteurs (famille ABC et SLC)
Tiré de Goodman & Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeuticshttp://books.mcgraw-hill.com/medical/goodmanandgilman/11th_edition.php
Nature des variations génétiques
� Variations structurales du génome
Nature des variations génétiques
� Variations structurales du génome
Nature des variations génétiques
� Polymorphismes nucléotidiques simples (SNP)
Conséquences des variations génétiques
Tiré de Goodman & Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics (http://books.mcgraw-hill.com/medical/goodmanandgilman/11th_edition.php)
Exemples de pharmacogénétique
� Tacrolimus et cytochrome P450 3A5
� Warfarine, cytochrome P450 2C9, et VKORC1
Le tacrolimus� Mécanisme d’action
FK506 : tacrolimusPP2B : calcineurine
Extrait de T. E. Harris, J. C. Lawrence, Jr., Sci STKE 2003, re15
� Métabolisme� Large variabilité inter individuelle� Absorption faible, dont le profil est variable� La demi-vie du tacrolimus est longue et variable� Métabolisme majoritairement due aux
cytochromes P450 de la sous famille 3A
Le tacrolimus
O
O
CH3
CH3
CH3
CH2
CH3
OH
CH3
O
OH
OCH3
N
OH
CH3
O
O
O
O
OH
CYP3A5
CYP3A4
Le tacrolimus� Métabolisme
O
O
O
CH3
O
CH3
CH3
CH3
CH2
CH3
OH
CH3
O
OH
OCH3
N
OH
CH3
O
O
O
tacrolimus 13 deméthyl-tacrolimus
Extrait de K. Iwasaki, Drug Metab Pharmacokinet 22, 328
Les cytochromes P450 3A
� La sous famille 3A comprend plusieurs membres (3A4, 3A5, 3A7, 3A43)
� Les cytochromes 3A4 et 3A5 sont présents au niveau de la paroi intestinale et du foie
Le cytochrome P450 3A4
� Le cytochrome P450 3A4 est présent chez tous les individus
� Responsable du métabolisme de plus de 50 % des médicaments
� Large variabilité inter individuelle de son activité
Le cytochrome P450 3A5
� Le cytochrome P450 3A5 n’est présent que chez une fraction variable d’individus
� Les substrats ne sont pas toujours ceux du cytochrome P450 3A4
� Très présent dans les tissus extra-hépatiques
� La variation d’expression du CYP3A5 est due à des variations de séquence de l’ADN des individus
� Plusieurs polymorphismes sont responsables de la non expression du CYP3A5
� Les polymorphismes sont reliés à des mécanismes biologiques explication la non expression
Le cytochrome P450 3A5
DNA
REG
GENE
i) Pre-mRNA
ii) mRNA
iii) Protein
exons
introns
L’expression des gènes
� Schéma général
épissage
L’expression des gènes
� L’épissage des ARNm
Extrait de G. S. Wang, T. A. Cooper, Nat Rev Genet 8, 749
Exon Splicing Enhancers (ESEs)Exon Splicing Suppressors (ESSs)Intronic Splicing Enhancers (ISEs)
Le cytochrome P450 3A5
� L’allèle sauvage, expresseur, est indiqué *1
� Allèle CYP3A5 *7 (rs41303343)décalage phase lecture
� Allèle CYP3A5 *6 (rs10264272)défaut d’épissage
� Allèle CYP3A5 *3 (rs776746)défaut d’épissage
� Allèle CYP3A5 *1
o Non expresseuro Expresseur
Extrait de http://www.cypalleles.ki.se/cyp3a5.htm
Tacrolimus et CYP3A5
� Les différents polymorphismes du CYP3A5 altèrent la pharmacocinétique du tacrolimus� CYP3A5 *1
� CYP3A5 *3
Extrait de E. Thervet et al., Transplantation 76, 1233
Etude rétrospective
� Objectif : � Etudier l’impact du génotypage des allèles *3, *6
et *7 sur la posologie de tacrolimus
� Méthodes � Recueil des données biologiques et cliniques
des patients� Génotypage effectué
� PCR-RFLP � allèle *3 � SSCP et/ ou séquençage � allèles *6 et *7
� Analyse statistique : test de Kruskall-Wallis
Présentation de la population étudiée
0,15 mg/kgPosologie de tacrolimus initiale
67,9 [38,5 – 112,0]Poids (kg, extrêmes)
37,6 (n=53)Sexe F (%)
48,2 [15,4 – 74,4]Age (ans, extrêmes)
N=141Caractéristiques
Schéma d’immunosuppressionThymoglobulines de J0 à J5CorticoïdesAcide MycophénoliqueIntroduction du tacrolimus à J4
Tacrolimus et CYP3A5
Posologie moyenne (mg/Kg) : 0,145 (min : 0,038 – max : 0,471)
Coefficient de variation : 53,6%
Nom
bres
de
patie
nts
Posologie (mg/kg)
0
2
4
6
8
10
12
14
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
Analyse des posologies en fonction du génotypage *3
� Génotypage effectué par PCR-RFLP� Recherche de l’allèle *3 (rs 776746)
TTGTCTTTCA A TATCTCT (patient X)
TTGTCTTTCA G TATCTCT (patient Y) *3
� Si le patient n’est pas porteur de l’allèle *3, il est classé comme étant porteur de l’allèle sauvage *1
� Allèle *3 (rs776746)
Analyse des posologies en fonction du génotypage *3
Résultats du génotypage *3
Nombre (%) 6 (4%) 24 (17%) 111 (79%)
Médiane (mg/Kg) 0,38 0,18 0,11Cœf. de variation (%) 34,2 42,6 38,5
Pos
olog
ie (
mg/
kg)
ExpresseurHomozygote
(*1/*1)
ExpresseurHétérozygote
(*1/*3)
Non Expresseur(* 3/*3)
Analyse sur l’allèle *3
p < 0,05 p < 0,05p < 0,05
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Analyse des posologies en fonction du génotypage *3
� Résultat conforme aux données de la littérature
� La variabilité reste importante dans les 3 différents groupes
� Quelles sont les autres causes de variabilité ?
131
2
3 4
5
6
7
8 9
10
11
12
Allèle *3 (rs776746)Intron 3
Allèle *6 (rs10264272)Exon 7
Allèle *7 (rs41303343)Exon 11
Le cytochrome P450 3A5
� Emplacement des mutations
� Allèle *6 (rs10264272)
Le cytochrome P450 3A5
Extrait de http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP/snp_ref.cgi?rs=10264272
� Allèle *7 (rs41303343)
Le cytochrome P450 3A5
Extrait de http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP/snp_ref.cgi?rs=41303343
Résultats des génotypage *3, *6 et *7
n= 3 (2%)
n= 20 (14%)
n= 2 (1%)
n= 1 (1%)
n= 3 (2%)
n= 1 (1%)
n= 111 (79%)
*1/*1
*1/*3
*1/*6
*1/*7
*3/*6
*3/*7
*3/*3
Nombre (%) 3 (2%) 23 (16%) 115 (82%)Médiane (mg/Kg) 0,39 0,23 0,105Cœf. de variation (%) 19,0 39,0 38,8
Analyse basée sur les allèles *3, *6 et *7
ExpresseurHomozygote
(*1/*1)
ExpresseurHétérozygote
(*1/*3, *1/*7, *1/*6)
Non Expresseur(* 3/*3, *7/*3, *6/*3)
Rappel : Analyse basée seulement sur l’allèle *3
ExpresseurHomozygote
(*1/*1)
ExpresseurHétérozygote
(*1/*3)
Non Expresseur(* 3/*3)
Nombre (%) 6 (4%) 24 (17%) 111 (79%)
Médiane (mg/Kg) 0,38 0,18 0,11Cœf. de variation (%) 34,2 42,6 38,5
Génotypage *1, *3, *6 et *7
Nombre (%) 3 (2%) 23 (16%) 115 (82%)
Médiane (mg/Kg) 0,39 0,23 0,105Cœf. de variation (%) 19,0 39,0 38,8
Pos
olog
ie (
mg/
kg)
ExpresseurHétérozygote
(*1/*3, *1/*7, *1/*6)
Non Expresseur(* 3/*3, *7/*3, *6/*3)
ExpresseurHomozygote
(*1/*1)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5 p < 0,05 p < 0,05p < 0,05
Intérêt du génotypage systématique des allèles *6 et *7
Expresseur Homozygote (*1/*1)
Expresseur Hétérozygote (*1/*3)
Non Expresseur (* 3/*3)
Pos
olog
ie (
mg/
kg)
Observations0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Patients (de 1 à 141)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Intérêt du génotypage systématique des allèles *6 et *7
Expresseur Homozygote (*1/*1)
Expresseur Hétérozygote (*1/*3, *1/*7, *1/*6)
Non Expresseur (* 3/*3, *3/*6, *3/*7)
Ajout des allèles *6 et *7
Patients (de 1 à 141)
Intérêt du génotypage systématique des allèles *6 et *7
� L’ajout des allèles *6 et *7 modifie le génotype de 7 patients sur 30 (23%).
� Il diminue la variabilité, modifie les médianes de certains groupes
Intérêt du génotypage systématique des allèles *6 et *7
� Intérêt du génotypage systématique des allèles *6 et *7
� Permet d’éviter un surdosage lors de l’initiation du traitement
*1/*3 *6 ou *7/*3
Expresseur hétérozygote Non expresseur
Posologie recommandée 0,23 mg/kg
Posologie recommandée0,1 mg/kg
Allèles *6 ou *7
Conclusion
� Nécessité de déterminer le génotype complet� Posologie double chez les expresseurs
hétérozygotes du CYP3A5� 0,23 mg/kg vs 0,11 mg/kg
Perspectives
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Nombre (%) 3 (2%) 23 (16%) 115 (82%)
Médiane (mg/Kg) 0,39 0,23 0,105Cœf. de variation (%) 19,0 39,0 38,8
ExpresseurHétérozygote
(*1/*3, *1/*7, *1/*6)
Non Expresseur(* 3/*3, *7/*3, *6/*3)
ExpresseurHomozygote
(*1/*1)
Patients (de 1 à 141)
Continuer à faire diminuer la variabilité entre les groupes
En recherchant d’autres polymorphismes génétiques
Mais aussi en ne négligeant pas les autres facteurs de variabilité
•Interactions médicamenteuses
•Exposition aux corticoides
•Inducteurs médicamenteux
La warfarine
� Mécanisme d’action
La warfarine
� Il faut établir une dose efficace, qui amène àun niveau d’hypocoagulation ni trop bas (risque thrombotique – INR < 2.0) ni trop haut (risque hémorragique – INR > 4.0)
� La surveillance se fait par l’INR� Pour une même dose donnée à chaque
patient, l’INR est très variable.
La warfarine
� Quelles sont les causes de la variabilité ?� Influence du CYP450 2C9
� Allèle défectif *2 et *3
Cytochrome P450 Genotype and Warfarin Dose
5.1
3.93.4
4.74.0
2.01.5
0
1
2
3
4
5
6
7
*1/*1 *1/*2 *1/*3 *1/*5 *2/*2 *2/*3 *3/*3
N=369
B. Gage et al. B. Gage et al. Thromb HaemostThromb Haemost.. 2004;91:872004;91:87--94.94.
Mea
n W
arfa
rin D
ose,
mg/
dM
ean
War
farin
Dos
e, m
g/d
La warfarine
� Quelles sont les causes de la variabilité ?� Influence de VKORC1
Correlation between VKORC1 Haplotype Groups and VKORC1 mRNA Expression
La warfarine
� Quelles sont les causes de la variabilité ?
CYP2C9 (up to 15%)
VKORC1 (up to 25%)
Other factors (up to 40%)
Age, sex,
weight (10-20%)