PHYSIOGENOMIQUE

1. PHYSIOGENOMIQUE Mathot F. ISoSL Novembre 2008

2. GENETIQUE = LIEN ENTRE BIOLOGIE ET COMPORTEMENTS.

6. DEFINITIONS • PHARMACOGENETIQUE (Volgel 1957) : Lien entre gènes (ethnies ou population) et réponses aux médicaments. • PHARMACOGENOMIQUE : lien entre génome (personne ou groupe) et réponse aux médicaments. • EPIGENETIQUE : Influence de l’environnement sur nos gènes. • PROTEOMIQUE : Etude des protéines (structures et fonctions). + complexe que génomique : génome = constant et protéome varie de cellules à cellules. • METABOLOMIQUE : Etude systémique des empreintes chimiques que les processus cellulaires laissent derrière eux. Métabolome = collection de tous les métabolites (par ex d’une cellule).

7. EPIGENETIQUE : Exemple

8. PHARMACOGENETIQUE • La pharmacogénétique permet d’établir un lien entre le polymorphisme de la structure génique (le génotype) et la variabilité de la réponse à l’effet d’un médicament (le phénotype) • Objectifs => Améliorer la maîtrise de la variabilité interindividuelle Individualiser le traitement médicamenteux : choix de la molécule mais aussi posologie et rythme d’administration

9. PHARMACOGENOMIQUE : =Etude des variations interindividuelles à l’intérieur de génomes complets dans le but de trouver de nouvelles cibles thérapeutiques ou d’identifier des différences entre l’expression des gènes et la réponse aux différents médicaments. Grand intérêt pour la genèse de nouveaux médicaments. (plus de 100 médicaments produits par génie génétique sont déjà utilisés).

10. EMEA : HARMONISATION AVEC FDA. La pharmacogénomique désigne tous les éléments de modifications de l’expression des gènes qui altèrent la réponse aux médicaments.

11. CODE GENETIQUE. Code universel inscrit dans le matériel génétique avec toutes les informations nécessaires à la fabrication des protéines. Chaque triplet de nucléotides ou codon est spécifique pour un acide aminé. Le fondement de l‘hérédité repose sur la relation entre la séquence des nucléotides et la séquence des acides aminés. Un codon (triplet) code pour un acide aminé. Un cistron code un polypeptide. Un exon code une chaîne polypeptidique indispensable à la synthèse d’une protéine. Un intron est une séquence non codante située entre 2 fragments codants pour un polypeptide (exon) d’un gène.

13. CODE GENETIQUE / CODON. En génétique, les codons sont des triplets de nucléotides (A-Tou U, C-G) Il existe 4³ = 64 combinaisons possibles de ces 4 lettres en triplets. Il y a 3 codons « stop ». Aux 61 autres codons correspondent les 20 acides aminés. Ainsi, en moyenne, une mutation sur 3 affectant une séquence d’ADN codante n’nentraîne aucune modification de la protéine traduite. Le code génétique permet la synthèse des protéines. L’ADN est transcrit en ARN messager (ARNm). Celui-ci est traduit par les ribosomes qui assemblent les Acides aminés sur des ARN-transfert (ARNt). L’ARNt contient un « anti-codon », complémentaire d’un codon et porte l’acide aminé correspondant au codon. Pendant la traduction, le ribosome lit l’ARNm codon par codon, met en relation un codon de l’ARNm avec l’anti-codon d’un ARNt et ajoute l’acide aminé porté par celui-ci à la protéine en cours de synthèse.

15. CCODE GENETIQUE.

18. POLYMORPHISME -On estime que la génétique intervient pour 20 à 95% dans la variabilité des effets des médicaments. -Ces différences sont dues à des variations dans les séquences des gènes codant soit: des enzymes métabolisants, des transporteurs des récepteurs. -Le polymorphisme a surtout lieu sur des nucléotides particuliers (SNP) : on a identifié 1.400.000 SNP dont 60.000 se situent dans une région codante d ’un gène. Aujourd’hui, près de 3.000.000 SNP ont été identifié et la statistique projette 10.000.000 SNP environ. -Influence polygénique sur les caractéristiques pharmacocinétiques et pharmacodynamiques.

19. SNP : Polymorphisme d’un nucléotide. Un SNP peut mener à une substitution d’un acide aminé dans la séquence d’une protéine altérant celle-ci. Par ex : le remplacement valine par glutamate en position 6 de la chaîne hémoglobine  globule rouge plus rigide  en forme de faux  anémie falciforme. Chaque individu possède une collection unique de SNP qui explique les variations notamment dans la réponse aux médicaments. Chaque cellule contient 46 chromosomes et environ 30.000 gènes pour 6 milliards de bases. La bio-statistique avance un SNP pour 1000 bases. 7 millions de SNP différents entre 2 individus non proches.

25. Hirokane, 1999, Halopéridol TDM (n:231) : la Css (conc. Plasma. Au steady state) ajustée varie de 11 fois. De Leon 2004, T1/2 Halopéridol de 14,5 hr à 36,7 hr mais après administration chronique, il rapporte des T1/2 de 21 jours. Castberg, 2005, TDM routine Risperdal Consta après 14 jours : 25mgr : 38 nmol/L, 37,5mgr : 67 nm, 50mgr : 99nm et 75mg : 148. C/D (conc plasma/dose/24hr) médiane est de 22,2 nmol/L/mgr/24hr pour le groupe IM (n:30) et de 18,6 pour le groupe oral (n:278). Kramer 2000, Quetiapine, même dose, Css varie de 40 fois.  Hasselstrom 2004, TDM Quetiapine (n:62) C/D varie de 238 fois. Olesen 1999, TDM Olanzapine (n:56) C/D varie de 26 fois. Gex 2003, TDM Olanzapine (n:250) : si : femme, âgée, non fumeuse et + fluvoxamine alors Css Olanzapine 4,6 fois plus élevée que si homme, jeune, fumeur et + carbamazépine.

26. La demi-vie plasmatique est différente de la demi-vie dynamique. (Kapur 2002). -Olanzapine: demi-vie : plasma : 24,2 hrs : striatum : 75,2 hrs (50% occupation D2) -Rispéridone : plasma : 10,3 hrs : striatum : 66 hrs

27. Posologie et Psychiatrie. • Dose-effet (plasma) • Concentration-effet (site récepteur). • La dose reste fixe tandis que la conc. varie en fonction de : durée-sujet-métabolite actif-isomère et la sensibilité des cibles varie aussi selon le sujet, la période, la pathologie, la comédication, l’environnement, alcool, tabac. • Combien de fois?

29. Conséquences de la variabilité génétique

30. 50% des médicaments exercent leurs effets au niveau d’un récepteur membranaire. • 30% interagissent avec une enzyme. • 5% agissent sur un canal ionique. • Transporteurs ?, Pompes P-gp ? • On estime que 1% des bases du génome humain peut varier et qu’au moins 28% (50% ?) des enzymes humaines sont polymorphes.

32. RECEPTEURS : Exemples de Polymorphismes et ADRs. Examples of drug targets with identified genetic polymorphisms associated ADRs LQT, Long QT. TdP, torsades de pointes.

34. Le remplacement de l ’arginine 1644 par une histidine au niveau S4 du domaine IV inactive le canal sodique.

37. FIG. 2. Selected transport mechanisms along the BBB. A general depiction of the polarized expression of transporters for drugs and essential nutrients on a BBB endothelial cell. The arrows indicate the direction of transport. For a more descriptive representation of the major drug transport systems in the BBB [organic cation and anion transporters, nucleoside transporters (N2, es, and ei), and efflux systems (P-gp and MRP)], please refer to Figs. 4, 5, 6, and 7. Adapted from Betz et al., 1980; van Asperen et al., 1997.

38. ACIDES AMINES Le cerveau est le seul organe où le transport des acides aminés est limité et même aux concentrations plasmatiques normales, il y a compétition pour le passage des membranes (BBB). Tyr et Tryp sont en compétition avec val, leu, isoleu et phenylala. Schizophrenie : Les 4 A.A. sont augmentés; les conc. plasma. en tyr sont inchangées mais compétition pour le transport vers le cerveau avec moins de tyrosine disponible càd de dopamine. Une diminution de Tyr est aussi signalée dans l’autisme et chez des bipolaires. On remarque une diminution de Tryp chez les non répondeurs aux AP atypiques; cette résistance pourrait être liée à un déficit de synthèse de 5HT dans le SNC.

40. FIG. 5. Organic anion transport systems in the BBB and CP. The proposed topology for rat OAT1 is shown. P, phosphorylation sites. In addition to the transport of a variety of organic anions across the brain barriers, the active uptake of digoxin across the BBB and the secretion of estrogen conjugates and opioid peptides across the CP have been reported. Only the OAT systems that have been experimentally localized to a specific side of the BBB endothelium and CP epithelium are shown. Arrows indicate the direction of transport. Adapted from Sekine et al., 2000.

41. FIG. 7. P-gp and MRP efflux systems in the BBB and CP. The predicted membrane topology models for MRP1 and P-gp are provided. MRP2, -3, and -6 have structures similar to MRP1 and are characterized by an extra N-terminal extension (i.e., five transmembrane segments connected to a P-gp-like core by a cytoplasmic linker). Both MRP4 and -5 lack this additional transmembrane domain but contain the cytoplasmic linker in addition to the P-gp-like core. ABD, ATP-binding domain. Only the efflux systems that have been experimentally localized to a specific side of the BBB endothelium and CP epithelium are presented. Arrows indicate the direction of transport. Adapted from Ueda et al., 1997; Borst et al., 1999.

42. Le gène MDR-1 (multidrug resistance) • Code pour une protéine appelée « P-glycoprotein » (PGP) • PGP exprimée dans divers types cellulaires : produit l ’extrusion de diverses molécules de l ’intérieur de la cellule vers l ’extérieur • PGP impliquée au départ dans le développement de la résistance de tumeurs à divers médicaments cytostatiques (par  de la concentration intracellulaire de ceux-ci) • PGP exprimée notamment au niveau de l ’intestin et de la BHE : divers médicaments non-cytostatiques (p.e. digoxine, ciclosporine, vérapamil, terfénadine, inhibiteurs de la protéase du HIV) sont des substrats • gène MDR-1 très polymorphique :1 polymorphisme (C3435T) corrélé avec Cmax de la digoxine • PGP induite par la rifampicine : nouveau mécanisme d ’interaction médicamenteuse

47. Figure 3. Functional Consequences of Genetic Polymorphisms in the Human P-Glycoprotein Transporter Gene ABCB1 (or MDR1). The schematic diagram of the human P-glycoprotein was adapted from Kim et al.,18 with each circle representing an amino acid and each color a different exon encoding the corresponding amino acids. Two single-nucleotide polymorphisms in the human ABCB1 gene have been associated with altered drug disposition (Panels A, B, C, and E) or altered drug effects (Panel D). The synonymous single-nucleotide polymorphism (a single-nucleotide polymorphism that does not alter the amino acid encoded) in exon 26 (the 3435C" border=0 src="/math/rarr.gif"T single-nucleotide polymorphism) has been associated with higher oral bioavailability of digoxin in patients homozygous for the T nucleotide (Panel A [Cmax denotes maximal concentration])19 but lower plasma concentrations after oral doses of fexofenadine (Panel B)18 and nelfinavir (Panel C).20 This single-nucleotide polymorphism has also been linked to better CD4 cell recovery in HIV-infected patients who are treated with nelfinavir and other antiretroviral agents (Panel D).20 The single-nucleotide polymorphism at nucleotide 2677 (G" border=0 src="/math/rarr.gif"T) has been associated with lower plasma fexofenadine concentrations in patients homozygous for the T nucleotide at position 2677 (Panel E).18 The panels have been adapted from Kim et al.,18 Hoffmeyer et al.,19 and Fellay et al.20

48. Génotype TT et passage placentaire. Le génotype maternel régule (foie) le métabolisme des médic. jusqu’au placenta mais les caractéristiques génétiques du placenta sont déterminées par le fœtus. Difficultés de prédiction de l’exposition médic. du fœtus du fait de la juxtaposition de 2 génotypes. Ex. : génotypes P-gp CC, CT ou TT : un double TT (mère et fœtus) amène une exposition accrue pour le fœtus car moins de P-gp. Le génotypage de la mère et du fœtus (amniocentèse) pourrait aider le choix d’un médicament afin de minimiser les ADR potentiels. Ex : Sertraline : P-gp inhibiteur, augmente la conc. et la 1/2vie de rispéridone et 9OH-risp. et la sertraline est un substrat CYP 2D6, 3A4, 2C9, 2C19.  Importance des CYP et des P-gp  importance d’une TDM chez la femme enceinte sous sertraline