Farmakogenetik - Anadolu Üniversitesi Eczacılık Fakültesi
advertisement
Dr. Candan HIZEL, PhD Anadolu Üniversitesi Eczacılık Fakültesi, C2H-Vichy Genomics, Fransa, Kanada Yeni Genetik Moleküler Öngörüsel ve Önleyici Tıp Danışmanlığı Direktörü Bir zamanlar kaderimizin yıldızlarda yazılı olduğuna inanıyorduk, Fakat, artık biliyoruz ki kaderimiz büyük bir ölçüde genlerimizde yazılıdır ! J.D. Watson, Times Magazine, march 20 1989 ne düşünüyoruz...... genetik yapımıza göre hastalıklardan kurtulmak ve hatta önlemek için ne gibi önlemler alabileceğimizi önceden bilebilmek genetik yapımıza göre hekim reçetesindeki ilaçlara karşı Advers İlaç Reaksiyonları (AİR) geliştirip geliştirmeyeceğimizi önceden bilebilmek genetik yapımıza göre yalnızca size göre planlanmış ilaç rejimi tasarlanması nedeniyle tedavide başarı şansının arttığını önceden bilebilmek ÖZET Çarşamba 12:00 - 14:00 A. ÖNGÖRÜSEL ve BİREYE ÖZGÜ TEDAVİYE GİRİŞ Öngörüsel ve Bireye Özgü Tedavi Nedir? İnsan Genom Projesi (İGP) –Postgenomik Çağın başlangıcı Yeni Genetik: : Olgular ve kurgu Farmakogenetik : Tarihsel yönü Niçin farmakogetik/genomiğe ihtiyacımız var? Famakogenetik & Farmakogenomi Farmakogenetik, Biyomarkırlar ve Öngörüsel ve Bireye Özgü Tedavinin amacı Farmakogenetik eczane uygulaması nasıl etkileyecek? B. GENETİK ve GENOMİĞE GENEL BİR BAKIŞ Biz Kimimiz ve Nasılız? – Genom Yapısı – Gen “İletişim Birimi” – Genotip, Alel, Haplotip Niçin hepimiz birbirimizden farklıyız? Mutasyonlar, Polimorfizmler ve Tek Nüklelotid Polimorfizmleri (TNPs) Epigenetik, Epistaz Mikro RNA (miRNA) Gen ve hastalıklar: Monogenenik & Poligenik ve çok faktörlü HapMap Projresi nedir? C. İlaç Metabolizması /farmakogenetik Terapötik pencere İlaç biyotransformasyonu Faz I-III İlaç metabolizması enzimleri – Faz I – Sitokrom P450 (CYPs): CYP1A1, CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP3A4; Dihidroprimidine Dehidrogenaz (DPD) – Faz II – kojugezon, Glucuronation, Sulfanasyon, Asetilasyon : Glutation transferaz (GTSM1), Glucutonosyl transferases (UGT1A1), Sulfhptransferases (SULT1A1), N-asetiltrnasferaz (NAT1 & NAT2), Thiopurine methyl transferase (TPMT) – Faz III: Taşıyıcı moleküller Farmakodinami: Taşıyıcı moleküller, reseptörler, iyon kanalları Sitokrom P450 (CYP 450) sisteminde endüksiyon ve inhibisyon Factors Affecting Drug metabolism:Genetic and Non-Genetic – Genetıc factors – Polymorhism : CYP1A2, CYP2C9/ 19, CYP2D6, UGT1A1, SULT 1A2, TPMT Metabolizma farklılıkları Fenotipleme, Genotipleme; Fenotip-Genotip ilişkisi ÖZET(devam) Çarşamba 12:00 - 14:00 A. MOLEKÜLER TANI TESTLERİ ve OMİK TEKNOLOJİLERİ (PCR, dizileme, Proteomiks, vb) B. FARMAKOGENETİK TESTLERİ VE UYGULAMALARI - KLİNİK ÇALIŞMALAR Kanser farmakogenetiği A) Kemoterapötiklerin yanıtlarını n ve toksisitesinin belirlenmesinde kullanılan testler - Tamoksifen ve meme Kanseri (CYP2D6, CYP2C19 - İrinotekan ve kolon kanseri (UDP glukuronoziltransferaz) - Lösemi ve tiopürinler (tiopurin S-metil transferaz -TPMT) - 5-fluorourasil (5-FU), Dihidroprimidine Dehidrogenaz (DPD) B) Moleküler terapötiklere yanıtı belirleyen testler - imatinib-ABL gen mutasyonları - rituksimab-FCGR3A gen mutasyonları, - gefitinib-EGFR gen mutasyonları vb. Psikiyatri ve nörolojide farmakogenetik - Antipsikotikler - Antidepresörler ( SSRIs) Kardio vascülerr/ Hipertensiyon /Astım farmakogenetiği (Varfarin, Statinler Losartan , Metaprolol, vb) Analjesik/ Antienflamatuvar ( Kodein, Tramadol, Celocoxib) Antidiyabetik ( Glimepiride, Glipizide Gliburid) Antiviral ve farmakogenetik (HIV, HCV) Antitüberküloz lar ve farmakogenetik İmmün farmakogenetiği Madde bağımlılığı ve farmakogenetik (Amfitamine, kokaine, v) Vaka çalışmaları ÖZET(devam) Çarşamba 12:00 – 14:00 ADVERSE İLAÇ REAKSİYONLARI (AİRs) İLAÇ- İLAÇ ETKİLEŞİMLERİ ÇEVRE ETMENLERİ İLAÇ ETKİLEŞİMLERİ Beslenme- İlaç etkileşimleri Sigara, çay, kahve - İlaç etkileşimleri FARMAKOGENETİK TEST SONUÇLARI NASIL YORUMLANIR ? Bireye özgü raporlama EĞİTİM ve FARMAKOGENETİK NELER ÖĞRENDİK : Tartışma Bu sununumda Neler Yapacagız? doğru ilacın, doğru dozda, doğru hastaya uygulanması için niçin genler önemlidir? İlaç – Gen Etkileşimi Optimal Doz Ne Dikkate Alınacaktır? Advers İlaç Reaksiyonları (AİR) Farmakogenetik/genomik Öngörüsel ve bireye özgü ilaç tedavisi Nelere İhtiyacımız Var? Genler Mutasyonlar, Polimorfizmler /Aleller Gen-gen, gen–çevre etkileşimi Genotip-fenotip korelasyonu Öngörüsel farmakogenetik testleri Biyoinformatik Farmakogenetik test sonuçları ve bu sonuçların değerlendirilmesi- Bireye Özgü Raporlama Genetik bilgi değişik düzeylerde aktarılır: DNA Genler Kromozomlar Genom Birey Aile Toplum Aynı DNA, Farklı yollar.... Lady Gaga %99.9 aynı, DNA, %0.01 birbirimizden farklıyız Aynı DNA, Farklı yollar… Genlerimiz Çevremiz Hastalıklar AİR Jacques Monod 1910-1976 James WATSON 1928Francis Crick 1916- 2004 Jacques Ruffié Jean Dausset 1916-2009 1916-2009 MODERN TIP Üç ana alanda ayırt edilebilir: 1) Tedavi edici tıp: Hasta olan birey’in tedavisi amacıyla en yaygın olarak uygulananıdır. 2) Önleyici tıp: Koruyucu tıp ÌÖ II. yy. da Antik Yunan ve Roma çağlarından beri kullanılmakta olup ve özellikle o çağlarda bulaşıcı hastalıkları önlemek amaçlıdır. 18. yy. sonlarına doğru aşının keşfedilmesi önleciyi tedbirler arttırmış ve 20 yy. başlarında antibiyotik çağı tedavi edici ve koruyucu tıpta çok önemli değişimlere sebeb oluşmuştur 3) Öngörüsel ve bireye özgü tedavi : Koruyucu tıp ÌÖ II. yy. da Antik Yunan ve Roma çağlarından beri kullanılmakta olup ve özellikle o çağlarda bulaşıcı hastalıkları önlemek amaçlıdır. 18. yy. sonlarına doğru aşının keşfedilmesi önleyici tedbirler arttırmış ve 20 yy. başlarında antibiyotik çağı tedavi edici ve koruyucu tıpta çok önemli değişimlere sebep oluşmuştur. Bireye özgü tıp “hastalık merkezli” tedavi kavramından “insan merkezli ” tedavi kavramına geçiş sağlar Tedavi Edici Tıp Hastallık Önleyici Tıp Hastalıkların Gelişmesi ve Adverse İlaç Reaksiyonları ____________________________________________________________________________ Öngörüsel ve Bireye Özgü Tedavi Hastalığa Yatkınlık ve İLAÇ YANITLARI GENLERİMİZ ÇEVRE KOŞULLARI Hastalıkların Gelişmesi Advers İlaç Reaksiyonları Göreceli Riskler: Biyolojik ve psikolojik Kardiyoloji Onkoloji Hematoloji Nöroloji/Psikiyatri Genetik Post-Genomik Çağ Başlangıcı Amaç: insan genomunu oluşturan 3 milyar bazın diziliminin belirlenmesi Başlangıç: 1990 yılında Amerikan Enerji Ajansı (DOE) ve Ulusal Sağlık Enstitüsünün (NIH) desteğiyle Bitiş: 2003 yılında Sonuç: insan genomunda yaklaşık 30 bin gen var; nükleotit dizilerinin % 99.9’u tüm insanlarda aynı; genomun yaklaşık % 2’si proteinleri kodluyor İnsan genom Projesi Amaç: İnsan DNA oluşturan 3 milyar nükleotid dizisi belirleme insan DNA'sında yaklaşık 30.000 civarında genin tespit İnsan DNA'sının tüm genleri tanımlamak Gen işlevlerinin yorumlanması (işlevselgenomik) Model organizmaların gen dizilemesi (maya, yuvarlak solucan, meyve sineği, fare Biyoinformatik aracılığıyla veri tabanlarında tüm bu bilgileri saklamak Genomik Tıp çag: – İlaç etkinliği ya da toksisite öngörüsel tahmin geliştirmek – Hastalık tanısını geliştirimek – Hastalığa genetik yatkınlıklarda daha erken tespit Bilim adamlarının eğitimi Bu proje sonucunda otaya çıkan yeni genetik bulguların ve bunların uygulanmalarınıa bağlı etik , hukuksal ve sosyal konular İnsan genom dizisi taslağı bize neler söyler? İnsan genomu 3 milyar kimyasal nükleotid baz (A, C, T, ve G) içerir Sayıları değişmekle birlikte ortalama bir gen 3000 bazdan oluşur, distrofin olarak bilinen en büyük insan geni 2,4 milyon baz içerir. Genlerin toplam sayısı önceki tahminlerden çok daha düşük olup yaklaşık 30.000 kadar olduğu Hemen hemen tüm nükleotid bazları % 99.9 tüm insanlarda tam olarak aynıdır TNPs genetik farklılıkların %90’dan sorumludur 5,000,000 TPNs 50,000 - 150,000 fonksiyonel TNPs Bu güne kadar veri tabanlarına yaklaşık 2,600,000 ‘den fazla TNPs kaydedilmemştir ve bunların yaklaşık 100 000 kodlayan bölgede bulunur. İnsan Genomunun %2 den daha azı protein kodlar ve protein kodlamayan dizi tekrarları genomun büyük bir bölümünü oluşturur Tekrar dizileri (yaklaşık % 40-50 retro tranposisyonundan oluşmuş tekrar dizileri ve proteinleri kodlamazlar («Çöp DNA») Yaklaşık 30 000 kadar tekrar eden C-G baz çiftleri DNA üzerinde gen bakımından zengin bölgelerde bulunup genlerle «Çöp DNA» arasında baryer oluşturur. CpG adaları gene aktivitesininin düzenlenmesinde yardımcı olur. En fazla geni 1. kromozom (2968) ve en az geni Y kromozomu (231) içermektedir. Tanımlanmış genlerin yaklaşık %50 sinin işlevi bilinmektedir. mRNA transkriptlerinin kırpılmalarından ve kimyasal modifikasyonlardan dolayı, insanlarda sinek ve solucanlara göre üç misli daha fazla protein çeşitliliği bulunuyor İnsan genomunun yaklaşık 20.000 ila 30.000 gen içermektedir 100,000 farklı proteinler: olası ilaç hedefleri İGP’de 3 önemli strateji Tıp için genetik: Tek gen hastalıkların belirlenmesi amacıyla veya prenatal-diagnostik amaçla kullanılan genetik- klasik veya “eski genetik” Sağlık için genetik: Önleyici, öngörüsel, bireye özgü tedavi esasına dayanan “yeni genetik” (farmakogenetik, ekogenetik, immünogenetik, nutrigenetik, psikogenetik vb gibi) Toplum için genetik: Genetiğin en zararsız ve en faydalı şekilde kullanımı için önemli ve gerekli hekimlerin, eczacıların, hemşirelerin ve toplumun genetik konusunda bilgilendirilimesi amaçlı İnsan Genom Projesinin Yararları Tıp ve Eczacılıkda hastalıkların tanısı hastalığa yatkınlık durumlarında daha erken tespit rasyonel ilaç tasarımı gen tedavisi ve ilaçlar için kontrol sistemleri Framakogenomik “bireye özgü ilaç” Organ nakli DNA Tanımlama (Adli Tıp) İnsan Genomu Projesinin Etik, Yasal ve Sosyal Etkileri genetik bilginin adaletli kullanımı gizlilik psikolojik etkiler ve dışlanma «stigmatizasyon» genetik testler eğitim ve kalite kontrolü Hedef İNSAN Genetik Bağlamlı Hastalıklar İGP ile Hız kazanan Konular Genetiksel kusurların tanımlanması Hedef İNSAN Hastalık tanısı Farmakogenomik zaman Önleyici tıp - Tedavide gelişmeler Gene tedavisi İlaç tedavisi Değişen Sağlık - Araştırma ve Geliştirme için Değişen Hedefler Eskiden…. Şimdi…. Hastalığın Hastalığın semptomları Hastalıkda tekdüzelik Hastada tekdüzelik Evrensel tedavi Hastalık mekanizması Hastalıktda faklılık Değişkenlik Bireye Özgü Tedavi Öngörücü / Önleyici tedbirler bilişim, moleküler tıp, özellikle genetik alanındaki son dercede hızlı gelişmelere bağlı olarak modern tıb ve eczacılıkda son birkaç yıl içinde çok önemli ilerlemeler kaydedilmiştir ... Günümüzde İlaç Reçetelenmesi Deneme-Yanılma Dikkat! ETKİ YOK Toksisite Çok Az Çok Fazla Doz ¯ Doz ETKİ YOK Doz Toksisite ¯ Doz Fenotip ...... günümüzde halâ hekimler ilaç dozajını “deneme-yanılma” yöntemiyle belirlemekte ve bu yöntem birçok hastada önemli ilaç reaksiyonlarına yol açmaktadır ...... oysa amaç GENOMİK BİLGİ bilinçli ilaç kullanımı akılcı ilaç kullanımı ...... örneğin yanlış ve yetersiz ilaç tedavisi 1 milyar USD/yıl Nature biotechnology, Kasım 1997, Cilt 15, s. 1249 yanlış ilaç tedavisi nedeniyle hastaneye yatış 2 milyon kişi/yıl ICHG, Viyena, Mayıs 2001 AİR gibi önlenebilecek nedenlerden dolayı ölüm 100 binin üstünde kişi U.S. Institute of Medicine, 1999 ...... ek olarak antipsikotik veya antidepresan tedavi yavaş metabolizör olan psikiyatrik hastalarda hızlı metabolizör olan hastalara göre 4 000-6 000 USD daha fazlaya mal olmakta Chou et al, J Clin Psychopharmacol, 2000 Bilimsel gerçek İlaç Metabolizması ve Bireyler arasında İlaç yanıtında farklılık Aynı hastalık tanısı olan oluşan bireyler 1 2 Yanıt vermeyenler ve toksik yanıt veren bireyler !!! Alternatif bir ilaç veya Alternatif doz ile tedavi Yanıt verip toksisite göstermeyen bireyler Konvensiyonel ilaç Veya konvensiyonel doz ile tedavi İlaç Etkisinde farklılık Aynı Semptomlar Aynı Bulgular Aynı Hastalık(?) Aynı İlaç…. Genetik farklılık Farklı Etki ? Muhtemel Sebep: Uygunsuzluk… İlaç-İlaç Etkileşimi… Şansızlık… veya…. Yanıtsız/AİR Gösteren Tedavi Örnekleri Hastalık insan (%) İlaç Kanser (meme, akciğer, beyin) Diyabet Astım Duodenal Ülser Hipertansiyon Farklı Sülfonilüre Beta-2 agonisti Proton pompası Tiyazit Beta-blokör ACE inhibitör Statin SRRIlar Trisiklikler Hiperlipidemi Depresyon Migren Serotonin Yanıtsız/AİR gösteren 70 – 100 25 – 50 40 – 75 20 – 90 50 – 75 20 – 30 10 – 30 30 – 75 20 – 40 25 – 50 25 – 50 ilacın yanıtı ve yan etkisi ile ilişkili faktörler GENETİK DIŞI FAKTÖRLER %50 - Hasta uyumu - Tanı - İlaç etkileşimleri - Doz - Çevre Şartları ve Yaşam biçimi - Yaş - Cinsiyet - Etnik farklılık - Beslenme durumu - Böbrek ve karaciğer işlevleri - Eşlik eden diğer hastalıklar GENETİĞE BAĞLI FAKTÖRLER %50 -İlaç Metabolizması Enzim (İME) polimorfizmleri - ilaç transportörleri, ilaç hedef molekülleri (reseptörler) polimorfizmleri Aile Alışkanlıklar Alışkanlıklar Birey Toplum POLİMORFİZM Genlerin % 93 TNP çevre-gen etkileşimi gen-gen etkileşimi gen-ilaç etkileşimi Aynı DNA ancak hepimiz farklıyız AGAT GATC AGAT GATC Popülasyonda subset (ikinci alel, lokus veya fenotipi) olduğu zaman genetik polimorfizm mevcuttur (> 1%) Popülasyonda alelik değişkenler sabitse genler Tek nükleotit mutasyonu (A,C,T,G) Bazıları fenotipik farklılıklarla ilişkili SNP lokasyonları, 5 milyondan fazla, hergün artıyor FARMAKOgenomik/genetik İşlevsel genetik - proteomik - DNAchips; biopus EKOgenetik İMMÜNOgenetik NÜTRİgenomik/genetik PSİKOgenetik - psikiyatrik genetik - Davranış genetiği ___________________________________________________________________________ ESAS : FARMAKOGENTİK Farmakoloji ve klinik genetiğin evliliği biyeye özgü tedavinin esasını oluşturur - Sitokrom P-450 - TPMT - MDR Aleller Farmakogenetik / Farmakogenomik Farmakogenetik: kişilerdeki genetik farklılığın ilaçlara karşı farklı yanıtları üzerinde çalışır, yani bir ilaca doğru yanıt verenler ile doğru yanıt vermeyen kişilerin belirlenmesinde yardımcı olur. olumsuz ilaç yanıtlarının sonucundan yola çıkarak, bu olumsuz cevaplarin genetik sepeblerini araştırır. Farmakogenomik: terapötik amaçlar için kullanılabilecek yeni molekül hedeflerin bulunmasında yardımcı olur ilk önce bir toplumdaki genetik farlılıkları araştırmaktan başlar, ve bu genetik farklılıkların, ilaçlara karşı farklı yanıtların sebeplerini açıklamaya çalışır. Pharmacogenomics TNPs - genetik varyasyonlardaki markırlar. İlişkiler - Fenotip-genotip. Fenotip: Hastalık drurumu Farmakokinetik farklılıklar İlaçlara (R x) cevap Genotip: Bir DNA dizisinde tanımlanmış belirli bir varyasyon Farkındalık Hedef - genetik farklılığın İlaç (R x) cevabında etkisi. - Klink olarak önemli “drugable” hedef İlaç adayları Farmakogenetik: kişilerdeki genetik farklılığın ilaçlara olan farklı yanıtları Farmakogenetik Doz konsantrasyon Farmakokinetik İlaç Metabolizması Enzimleri :vücud ilaca ne yapıyor Etki Framakodinami reseptör: İlaç vücuda ne yapıyor Farmakogenetik-Farmakogenomik İki Devrim Genomik devrim Tedavide devrim Farmakogenetik - Farmakogenomik Klinik Hedefler Advers ilaç reaksiyonları engellemek İlaç etkinliğini attırmak İlaca duyarlı hastalar seçmek Farmakogenetik-Farmakogenomik Bilimsel Hedefler Genotip-fenotip ilişkisini açıklayabilmek Bu ilişkideki mekanizmayı tespit edebilmek Bu ilişkiyi hastalıkların tedavisi ve önlenmesinde kullanabilecek şekilde açıklayabilmek Yanıtsız İlaç Advers İlaç Reaksiyonları (AİR) !!! Bireye Özgü Tedavi Toplum için yarar • İlaç tedavisi için daha az maliyet Hasta yönünden yarar • İlaca daha etkin yanıt • Toplumun daha rasyonel tedavisi • Daha az AİR’ları • Daha az maliyet Bilimsel Gerçek PHARMAKOGENETİK/GENOMİK Advers İlaç Reaksiyonlarının Öngörülmesinde ve Önlenmesinde Çok önemli bir rol oynar : Drug Safety 2009;32,265-70 farmakogenetik/genomik’e niçin ihtiyacımız var? hastaların yalnızca % 50’si reçete edilen ilaçlara beklenen yanıtı vermekte hastalığa yatkınlık genlerini tanımlamak ve polimorfizmlere bağlı olarak meydana gelebilecek ilaç yanıt değişkenliğini belirlemek ilaç adaylarının% 70-80’i klinik çalışmalarda başarısız onaylı ve faydalı olabilecek ilaçlar AİR nedeniyle piyasadan kaldırılmış Tedvide Farmakogenomi ve Farmakogenetiğin (PGx )katkısı Pre-terapötik • • İlaç keşfi İlaç geliştirme Post-terapötik • • AİRs İlaç ve doz seçimi İlaç Kullanımı = Hedef PGx EMİLİM DOLAŞIM Metaboliszma Dokular Bağlayıcı Proteinler Diğer ATILIM klinik ihtiyaç için PGx İlaç dirençliliği AİRs Poli-farmasi Hastalıklar İlaç bağımlılığı Klinik kullanımda PGX Kriterleri İyi fenotip-genotip korelasyonu Varyant genotip sonuçlarının test edilebilirliği ve önlenebilirliği varyantları toplumda görülme Sıklığı Eczacılar için Farmakogenetik / Farmakogenomik Eczacıların bilgiyi almalarını, beceri geliştirmeleri gereken üç alan Hastalıkların genetik temeli Farmakokinetik : İlaç metabolize eden enzimler Farmakodinami: İlaç hedef molekülleri Farmakogenetik testler ve yorumları Etik uygulamalar, sosyal ve ekonomik etkiler MONOGENİK – 3500 11% monogenik 30 000 gen 26 000 gen poligenik hastalıklar POLİGENİK ve ÇOK FAKTÖRLÜ MONOGENİK «Bu tip hastalıklar bir genin DNA dizisindeki değişiklikler veya mutasyonlar sonucu oluşurlar. Böylece bu genin kodladığı proteinin fonksiyonu bozulur ve bir hastalık ortaya çıkar. 6000'den fazla bilinen tek gen hastalığı vardır ve bu hastalıkların sıklığı 200 doğumda 1'dir. Kistik fibrozis, orak hücreli anemi, Marfan sendromu, Huntington hastalığı ve kalıtsal hemokromatozis bazı tek gen hastalıklarıdır. Tek gen hastalıkları otozomal dominant, otozomal resesif ve X'e bağlı kalıtım olmak üzere belirlenebilen kalıtım kalıpları gösterirler.» POLİGENİK/ÇOK FAKTÖRLÜ «Bu tip hastalıklar çevresel faktörler ve birçok gendeki bozuklukların birlikte etkisiyle oluşurlar. Örneğin, meme kanserine yatkınlık sağlayan genler değişik kromozomların üzerinde bulunmaktadır. Bu karmaşık yapıları nedeniyle bu tip hastalıkların analizi tek gen ve kromozomal hastalıklara göre çok daha zordur. Kalp hastalıkları, yüksek tansiyon, Alzheimer hastalığı, artrit, diabet, kanser ve obezite bu grubun önemli hastalıklarıdır. Ayrıca boy, göz rengi ve deri rengi gibi kalıtılabilir özellikler de çok etkenli kalıtım kalıbı gösterirler» Kromozomal Hastalıklar: Kromozomlar her hücrenin çekirdeğinde birbirinden ayrı olarak yerleşmiş, DNA ve proteinden oluşan yapılardır. Kromozomlar genetik materyalin taşıyıcıları oldukları için, bu yapılarda ortaya çıkan kayıplar, fazlalıklar, kırıklar ve yaniden birleşmeler hastalıkla sonuçlanabilir. Bazı önemli kromozomal düzensizlikler mikroskopik inceleme ile belirlenebilir. Down sendromu veya trizomi 21, bir insanda üç kopya kromozom 21 olduğu zaman oluşan önemli bir hastalıktır. Mitokondrial Hastalıklar: Nispeten seyrek görülen bu tip genetik hastalıklar, mitokondrinin kromozomal olmayan DNA'sındaki mutasyonlar (değişiklikler) sonucu ortaya çıkarlar. Mitokondria, bitki ve hayvan hücrelerinin sitoplazmasında bulunan ve hücresel solunumda rol alan küçük yuvarlak veya çubuksu organellerdir. Her mitokondria 5 ila 10 dairesel DNA parçaları içerebilir. Bazı nörolojik hastalıklar, kas ve göz hastalıkları da bu gruba girerler PENETRANS Genotipteki bir niteliğin fenotipte ifade bulması. Bir genotip her zaman aynı fenotipi yaratmayabilir. Bu ikisi arasındaki ilişki penetransdır. MONOGENİK – 3500 11% monogenik 30 000 gen 26 000 gen poligenik hastalıklar POLİGENİK ve ÇOK FAKTÖRLÜ Genetik faktörler population (mutation.; other) Hastalık geliştirme riski 1. monogenik: 2. "riskli" genler: (BRCA1, BRAC2,….) 3 "modifier . risk" genleri PENETRANS veya Metabolik genler Genetik testler ÇEVRE-GEN etkileşimi İLAÇ-GEN etkilesimi Phase I CYP2D6 CYP2C8 1% CYP2C19 4% CYP2C9 14% ALDH 4% 18% CYP2E1 4% RİSK FAKTÖRLERİ!!! CYP2B6 1% CYP1B1 1% CYP2A6 1% CYP1A1/2 4% others 5% epoxide hydrolase 1% esterases 5% NQO1 1% DPD 1% 32% GENOTİP UGT 28% Phase II CYP3A4/5/7 ADH 5% others 16% NAT1 8% TPMT 1% NAT2 8% COMT 2% HMT 1% STs 18% GSTA 6% GSTP 6% GSTM GSTT 5% 1% Hastalıklara Yatkınlık!!! Adverse İlaç Reaksiyonları!!! GENOM GENETİK BİLGİNİN OLUŞMASI YUKARIDAN-AŞAĞA Hücre < Çekirdek Hücre < Kromozomlar Kromozomlar < Genler Genler DNA DNA James D. Watson Rosalind Franklin Watson ve Francis Crick – 1940’lar DNA var olduğu kabulü – 1953 DNA çift sarmal yapısı – 1962 Nobelödülü Francis Crick Raymond Gosling Genetik bilgi değişik düzeylerde aktarılır: DNA Genler Kromozomlar Genom Birey Aile Toplum YAŞAM- Her biri 23 bölümlük 2 ciltten oluşan kitap DNA A, T, G, C Kodon Gen Kromosom Genom TÜRKÇE, İNGİLİZCE, FRANSIZCA, vb Abcdefg….xyz Kelime Cümle Bölüm Kitap NÜKLEİK ASİDLER Organizmaların yapı taşı genetik madde DNA: deoksiribonükleik asid RNA: ribonükleic asid (ör., bazı virüsler) Kimyasal bağlarla bağlanmış nükleotidler » Nitrojen bazları » Pentoz- 5-karbon şeker (riboz or deoksiriboz) » Fosfat grupları Bazların sıralanışı genetik bilginin oluşmasını sağlar 5’p p5’ 3’OH DNA çift sarmal iki ipliklerii birbirine antiparalel ve tamamlayıcıdır 3’ 5’ 3’ OH3’ 5’ DNA: The Genetik Blueprint nükleotit olarak adlandırılan basit birimlerden oluşan iki uzun polimerden oluşur ipliğinin omurgası balmaşıklı şeker ve fosfat artıklarından oluşur 4 molekül (nitrojen baz) adenin – A guanin - G timin – T sitozi – C (2 purine ve 2 pirimidin) A-T ve G-C çifti Çift sarmal DNA sağ dönüşümlü heliks olup heliksin her bir dönüşünde 10 baz çifti bulunur Bir insan hücresindeki bir DNA sarmalının katlanmamış uzunluğu 1.74 m kadardır BAZ Purin: » Adenin » Guanin A G DNA DNA RNA RNA Pirimidin » Sitosine » Timine » Urasil C T U DNA DNA RNA RNA Hidrojen Bağları H H H C C Timin H H O H C C N C N H C N Adenin N C O C C N C H N N H H N H C Sitozin H H C N C N C N O N C H C C C H C H N O N H N Guanin TERMİNOLOJİ Gen: kalıtsal birim; bir proteini kodlayan DNA parçası Allel: homolog kromozomlarda aynı pozisyonlarda bulunan ve aynı özelliği kontrol eden iki gen Lokus: bir gen ya da bir alelinin lokalize olduğu DNA parçası Homozigot: bir karakter için aynı gene sahip olan, (genlerden biri anneden, diğeri babadan) Heterozigot: bir karakter için iki farklı gene sahip olan Dominant: Heterozigot durumda etkisi görülen Recessif: ikinci alel de aynı olduğunda kontrol ettiği özellik ortaya çıkan genler için kullanılan terim Genotipi: bir organizmanın alelik kompozisyonu Fenotip: Dış görünüş Linkage: measure of proximity of 2 or more polymorphisms on a single chromosome – Polymorphisms in close proximity tend to be co-inherited – Regions of linked polymorphisms are known as haplotypes Chromosomes DNA is packaged into chromosomes – 46 or 23 pairs: 44 autosomal and 2 sex Set of chromosomes and all the genes within comprise the genome Birey Alel: Birisi anadan ve diğeri babadan gelmek üzere bir karakter üzerinde aynı veya farklı yönde etkili olan iki veya daha fazla genden her biridir. Genotip: Genotip bireyin taşıdığı alel kombinasyonları wt/wt - Homozigot wt/m - heterozigoy m/m - mutant homozigot Bir gen – 2 alel gen alel anne Fenotip: belli allerin oluşturduğu görünüm alel baba ________________________________________________________________________________ Alel: wt - Yabanıl; yaygın olan fonksiyonel alel Alel: m - mutant alel Genom Bir organizmadaki tüm genetik bilgi (n). tüm genler Gen kodlamayan diğer dizilerin tümü genomu oluşturur GEN Gene – kalıtımın temel birimi, iletişim birimi – Proteinleri şifreleyen DNA dizleri – Genler toplam insan genomun yaklaşık% 2 oranında temsil ve geri kalan % 98 kromozomun bütünlüğünü hakkında bilgi içerir flank flank 5’ upstream promoter 3’ Structural gene downstream GEN ve YAPISI flank 5 ’ upstream flank promotör «Structural» yapısal genler 3’ downstream Gen Yapısı ve Ekspresyon Ekzon Promotör I DNA Introns Transcription RNA primer III II I III II (Geçici) Splicing mRNA (Olgun) I II Ekzon III Translation Protein Sentral Dogma Genetik Mutasyon Mutasyonlar, genetik materyalin normal kombinasyonunu değiştirmeyen, genetik yapıda meydana gelen bütün değişiklikler » Kromozom yapısının değişmesini, » Kromozom sayısının değişmesini, » Genlerdeki değişiklikleri kapsar. Eşey (üreme) hücrelerin de (germ hattı) ve somatik hücrelerde oluştuğu için nesilden nesile aktarıldığı gibi sonradan kazanılan ve somatik hücrelerde yaşam boyu oluşan değişimlerdir. » Sadece cinsiyet hücrelerindeki kalıtsaldır » somatik mutasyonlar birçok medikal problemlerden sorumludur (Kancers, CAD, vb.) mutasyonlar toplumda görülme frekansları nadir (alel frekansı: <0.0001) Aynı DNA ancak hepimiz farklıyız AGAT GATC AGAT GATC Tek nükleotit mutasyonu (A,C,T,Gg Bazıları fenotipik farklılıklarla ilişkili Popülasyonda subset (ikinci alel, lokus veya fenotipi) olduğu zaman genetik polimorfizm mevcuttur (> 1%) Fonksiyonel Polimorfizm: alelik varyasyonların bir populasyonda sabit olarak bulunması ve polimorfik allelerden en az birinin wildtype (baskın) gene göre polimorfik etkide bulundugu genin şifrelediği proteinin aktivitesini değiştirmesi gerekir. SNP lokasyonları, 5 milyondan fazla, hergün artıyor 0.1= Yaklaşık 3 milyon tek nükleotid polimorfizm 99.9% Aynı TNP proteinlerin işlevini ve miktarını değiştirir Genlerin %93 den fazlasını TNP’ler oluşturur TNP’lerinde İki çeşit nucleotide baz değişimi : Tranzisyon: - Pürin bazları arsındaki değişim (A, G) - Pirimidin bazları arasındaki değişim (C, T), C=>T (G=>A) bütün TNP’lerin 2/3 Transversiyon: - purin ve pirimidin arasındaki değişim C=>A (G=>T), C=>G (G=>C), ve T=>A (A=>T) TNP dağılımı tek düze değildir Genom üzerinde - 1/3 kodlanan bölge 2/3 Kodlanmayan bölge Kromozom üzerinde ( fewer SNPs in sex chromosomes). – Over a single chromosome (SNPs often concentrated around a specific location). Polimorfizmlerinin Sonuçları Farklı bir amino asit veya stop kodon oluşumu Protein işlevi ya da miktarında değişik mRNA stabilitisinda değişiklik Değişiklik yaratmaz TNP Konumlarına (lokasyon)göre TNPs belli bir gen bölgesinin içinde - Protein yapısı değişebilir TNPs belli bir gen bölgesinin dışında («regulatory» kontrol bölgesinde) - Genlerin ne zaman çalışıp çalışmayacağını göstererek oluşacak proteinin miktarı belirlenir TNPs belli bir gen bölgesinde uzakta - Hastalık oluşturabilecek genler için marker TNP dağılımı tek düze değildir Genom - üzerinde 1/3 kodlanan bölge 2/3 Kodlanmayan bölge Kromozom - Seks Kromozom üzerinde çok az TNP Tek - düzeyinde bir kromozom üzerinde TNP’ler genellikle belli bir bölgede yoğunlaşır SNPs may occur at any position in the gene Genomdaki Farklılıklar Normal Polimorfizm + DNA/gen tanscription mRNA/transkript translation protein(enzim) Metabolik yol - DNA/gen transkripsiyon mRNA/transkript translasyon protein(enzim)* ? * Aktivite farklılığı(+/-) Genomdaki Farklılıklar Normal + Gen Delasyonu 0 DNA/gen transkripsiyon transcription mRNA/transkript translasyon translation protein(enzim) Metabolik yol Metabolik yol TNP Klinik Anlamı -Adverse İlaç Reaksiyonları (AİRs) -Hastalıklara Yatkınlık Genler İlaçların Etkilerinde Rol oynar GENLER Molekül Emilim Dağılım Metabolizma Atılım Konsantrasyonl Molekül GENLER ADVERS REAKSİYONLAR Hücre Trankripsiyon Faktörü FAYDA GENLER Reseptör GENLER Mutasyonlar Biyolojik Veri Düzeyleri DNA RNA Polipeptit Protein yapısı Protein işlevi Protein interaksiyon yolları Hücre dinamiği Dokular arası etkileşim Organizma (fenotip) Populasyon dinamiği GENETİK POLİMORFİZM Farmakokinetik Farmakodinami •Taşıcıyı moleküller •İlaç metabolize eden enzimler •Reseptörler •Enzimler •İmmüne molekülleri İdiosinkratik İlaç Reaksiyonları Genetic polymorphisms, pharmacokinetics and pharmacodynamics of drugs Yamayoshi Y et al. Int J Clin Oncol 2005 İlaç Etkisinde farklılık Aynı Semptomlar Aynı Bulgular Aynı Hastalık(?) Aynı İlaç…. Genetik farklılık Farklı Etki ? Muhtemel Sebep: Uygunsuzluk… İlaç-İlaç Etkileşimi… Şansızlık… veya…. Detoksifikasyon sisteminin aktivitesi genetiksel olarak belirlenir ve bu sistem POLİMORFİKTİR Biotranformasyon sisteminde, ilaçlari metabolize eden enzimleri kodlayan genlerin her birey için o bireye özgü bir parmak izi vardir. HERKESE UYAN TEK-BEDEN YAKLAŞIM BİREYSEL YAKLAŞIM BIOTRANSFORMASYON FAZ I BESİNLER, İLAÇLAR (DETOXIFICATION) orta dercede oksigene olmuş toksik ürünler FAZ II CONJUGE NON-TOKSİK ÜRÜNLER oksidatif stres toksisite mutasyon ÇEVRE ETMENLERİ ve HASTALIKLAR (Kanser, kronic broşit, endometriosis, vb) ADVERS İLAÇ REAKSİYONLARI After Pr Nebert Phase I and Phase II Metabolic Reactions Absorption Metabolism Phase I Excretion Phase II Metabolite with modified activity Conjugate Inactive metabolite Conjugate Drug Lipophilic Hydrophilic DETOKSİFİKASYON SİSTEMİ (BİOTRANSFORMASYON) VE İLAÇ METABOLİZMASINDAKİ ENZİMLER FAZ I: FONKSİYONEL GRUPLARIN TRANSFERİ (Karaciğerde) dehidrojenasyon/hidrojenasyon oksidasyon hidroliz monooksijenazyon - sitokromP-450 FA II: FONKSİYONEL GRUPLARIN OLUŞUMU (karaciğer ve diğer organlar) Glukuronasyon sulfasyon aktivasyon: Pro-karsinojenler genotoksik elektrofilik ara ürünler konjugasyon reaksiyonları asetilasyon - arilamine N-asetiltransferaz(NAT2, NAT1) GSH-konjugasyon - glutathione S-transferaz ailesi (GSTM1, T1) metilasyon FAZ III: XENOBİOTİKlERİN ATILIMI (Karaciğer) ATP- bağımlı transport: P-gilikoproteinler (MRP - multidrug resistance related protein) CYP2D6 FAZ I CYP2C19 4% CYP2C9 14% CYP2C8 1% ALDH 4% 18% CYP2E1 4% CYP2B6 1% CYP1B1 1% CYP2A6 1% CYP1A1/2 4% others 5% epoxide hydrolase 1% esterases 5% FAZ II NQO1 1% DPD 1% CYP3A4/5/7 32% ADH 5% UGT 28% others 16% NAT1 8% TPMT 1% NAT2 8% COMT 2% HMT 1% STs 18% GSTA 6% GSTP 6% GSTT 1% GSTM 5% MAR 100 The ADME of Pharmacology 891_Becker_03 A = Absorption D = Distribution M =Metabolism E = Excretion MAR 101 ADME and Host Modification 891_Becker_03 Pharmacologic Factor Absorption Host Variability Factors Drug transporters (inflow and efflux), CYP 3A4 MAR 102 ADME and Host Modification 891_Becker_03 Pharmacologic Factor Absorption Distribution Host Variability Factors Drug transporters (inflow and efflux), CYP 3A4 Drug transporters MAR 103 ADME and Host Modification 891_Becker_03 Pharmacologic Factor Absorption Host Variability Factors Drug transporters (inflow and efflux), CYP 3A4 Distribution Drug transporters Metabolism Expression metabolizing and conjugative enzymes MAR 104 ADME and Host Modification 891_Becker_03 Pharmacologic Factor Absorption Host Variability Factors Drug transporters (inflow and efflux), CYP 3A4 Distribution Drug transporters Metabolism Expression metabolizing and conjugative enzymes Excretion Efflux pumps . Ksenobiyotik metabolizması 2 fazlı bir işlemdir. Faz I Tepkimeleri: 1-Oksidasyonlar a-Karışık fonksiyonlu oksidazlar ( CYP450) Aromatik hidroksilasyon Epoksidasyon Alifatik hidroksilasyon Oksidatif dealkilasyon b-N ve S oksidasyon Deaminasyon Desülfirasyon Deklorinasyon 2-Kopma tepkimeleri 3-Hidroliz tepkimeleri 4-İndirgenme tepkimeleri Birinci fazda oksidasyonredüksiyon ve hidroliz tepkimeleri ile moleküle OH, COOH, NH2 ve SH gibi polar gruplar eklenir. İkinci faz tepkimeleri ise sentetik tepkimelerdir. Molekülün inaktivasyonu ve atılımı ile ilgilidir. Bu tepkimeler konjugasyon tepkimeleri olarak adlandırılır. Sitokrom P450 Ailesi Katalize ettikleri reaksiyonlardan bazıları (20‘dan fazlası bilinmektedir ) Aromatic hydroxylation Aromatic epoxidation Aliphatic hydroxylation Alkene epoxidation N-dealkylation O-dealkylation S-dealkylation N-oxidation N-hydroxylation S-oxidation Aldehyde oxidation Androgen aromatization Halothane oxidation Halothane reduction Arginine oxidation Cholesterol side-chain cleavage Dehydrogenation Dehalogenation Azoreduction Deamination Desulphuration Amide hydrolysis Ester hydrolysis Peroxidation Denitration SİTOKROM P450 (CYPs) Genetik varyantlar ilaç düzeyleri ile ilişkilidir Sitokrom P 450 3A4 = 58% Sitokrom P 450 2D6 = 20%: Sitokrom P 450 2C9/19 = 18%; Sitokrom P 450 1A2 = 2%; Sitokrom P 450 2E1 = 2% MEMELİ CYP 450 AİLE ve ALT AİLELERİ Cytochrome P450 Nomenclature 2C9*1*2 Family Sub-family Enzyme/gene Alleles Faz II Tepkimeleri: Konjugasyon Konjugasyon tepkimeleri – Glukuronidasyon – Sulfasyon – Asetilasyon – Metilasyon – Glutatyon konjugasyonu – Amino asid konjugasyonu UDP-Glukuronil Transferaz Karaciğer, böbrek, bağırsak, deri, beyin, dalak ve nazal mukozada yerleşiktir. Alkollerle, fenollerle, karboksilik asitlerle aromatik ve alifatik aminler ve serbest sülfidril gruplarıyla konjugatlar oluşturur. Genel olarak, yüksek nükleofilik heteroatomlarla reaksiyona girer (O,N, or S). Metilasyon Ksenobiyotik metabolizmasında minör bir yoldur. Metiltransferazlar tarafından katalizlenirler (Örn. Nmetiltransferaz, fenol-O-metiltransferaz). Kofaktörü S-adenozilmetiyonindir (SAM). Nükleofilik heteroatomlarla (O, N, S vb. ) tepkimeye girer. Asetilasyon Aromatik aminlerin metabolizmasında major bir yoldur. Aromatik aminler amidlere asetile olurlar. Enzim: N-asetiltransferaz (NAT) Kofaktör: Asetil Ko A KoA – S – COCH3 Glutatyon Konjugasyonu Enzim: Glutatyon-S-transferaz (GST) Kofaktör: Glutatyon Glutatyon, glisin, sistein ve glutamik asitten oluşan bir tripeptittir. GSH ile elektrofilik ara bileşikleri konjuge eder. – – – – Elektrofilik karbon atomları (epoksitlerdeki karbon gibi) Elektrofilik heteroatomlar Aril halidler Polarize çift bağlar. Endüstriyel kimyasallar ve ilaçların bazıları glutatyon ile direkt konjuge olabildiği halde bir çok durumda elektrofilik merkezler CYP450 sistemi ya da diğer oksidazlar tarafından katalizlenen enzimatik tepkimeler sonucu oluşur. Örneğin, benzo (a) pren CYP4501A1 tarafından karsinojenik ve mutajenik epoksitlere dönüştürülür. Parasetamol ise benzer bir enzimatik yolla güçlü elektrofilik moleküle N-asetil benzokinon’a oksidatif olarak çevrilir. GST lerin çeşitli formları vardır, çoğu çok geniş, birbiri ile çakışan substrat özelliğine sahiptir. GST ler primer yapılarına göre farklı sınıflar içinde gruplandırılır. Şimdiye kadar memelilerde Alfa ( ,GSTA) Mu ( µ,GSTM) , Pj ( ,GSTP), teta ( , GSTT) olmak üzere 4 sınıf GST tanımlanmıştır. İNSAN GST’LERİNİN ADLANDIRILMASI GST enzimlerindeki polimorfizm ilk kez 1985 te Serdegord ve ekibi tarafından transstilben oksit (TSO) e karşı GST aktivitesi tayini ile gösterilmiştir. GSTM1’in GSTM1 a , GSTM1b ve GSTM1 O olmak üzere üç allelik formu vardır. GSTM1 O delesyona uğramış ( null) alleli göstermektedir. GSTM1a ve GSTM1b 173. pozisyondaki amino asit yönünden farklıdır ve şimdiye dek denenen tüm substratlara karşı benzer aktiviteye sahiptir. GSTM1, benzoapren gibi bilinen bazı karsinojenlerin oksidatif ürünlerini içeren çeşitli epoksitlerin detoksifikasyonunda aktiftir. Benzopren sigara dumanında da bulunan bir yan ürün poliaromatik hidrokarbon (PAH) dır. İnsan hücre veya vücut sıvılarıyla yapılan invitro çalışmalarda; çalışmaların çoğu GSTM1 yönünden eksik bireylerin epoksit karsinojenlerin genotoksik etkilerine daha duyarlı olabileceğine işaret eder. CYP Enzim Aktivitesini ve düzeyini eEtkiliyen Etmenler Nutrition 1A1;1A2; 1B1, 2A6, 2B6, 2C8,9,19; 2D6, 3A4,5 Smoking 1A1;1A2, 2E1 Alcohol 2E1 1A1,1A2; 2A6; 2B6; 2C; Drugs 2D6; 3A3, 3A4,5 1A1,1A2; 2A6; 1B; 2E1; Environment 3A3, 3A4,5 Genetic 1A; 2A6; 2C9,19; 2D6; Polymorphism 2E1 Kırmız İlaç metabolizmasında önemli olan enzimler S. Rendic Drug Metab Rev 34: 83-448, 2002 Factors affecting Drug Metabolism »Environmental Determinants Induction Inhibition »Disease Factors »Age and Sex »Genetic Variation Environmental Determinants Activity of most drug metabolizing enzymes can be modulated by exposure to certain exogenous compounds Drugs Dietary micronutrient (food additives, nutritional or preservative) Environmental factors (pesticides, industrial chemicals) Can be in the form of induction or inhibition Contributes to interindividual variability in the metabolism of many drugs Induction of Drug Metabolism Enzyme induction is the process by which exposure to certain substrates (e.g., drugs, environmental pollutants) results in accelerated biotransformation with a corresponding reduction in unmetabolized drug. (some substance stimulates the synthesis of the enzyme and the metabolic capacity is increased -drug gets metabolized faster) Induction of Drug Metabolism Many currently used drugs are well known to induce their own metabolism or the metabolism of other drugs. Some examples are the anticonvulsant medications phenobarbital and carbamazepine, and even St. John’s Wort. Cigarette smoking can cause increased elimination of theophylline and other compounds. Consequences of Induction »Increased rate of metabolism »Decrease in drug plasma concentration »Enhanced oral first pass metabolism »Reduced bioavailability »If metabolite is active or reactive, increased drug effects or toxicity Therapeutic Implications of Induction Most drugs can exhibit decreased efficacy due to rapid metabolism – but drugs with active metabolites can display increased drug effect and/or toxicity due to enzyme induction Dosing rates may need to be increased to maintain effective plasma concentrations Inhibition of Drug Metabolism Drug metabolism is an enzymatic process can be subjected to inhibition. Drugs and other substances can inhibit the metabolism of other drugs. Some types of inhibition Competition between substrates for enzyme active site Concentration of substrates Affinity for binding site (drug with hi affinity for an enzyme will slow the metabolism of any low affinity drug) Irreversible inactivation of enzyme Complex with heme iron of CYP450 (cimetidine, ketoconazole) Destruction of heme group (secobarbital) Depletion of cofactors such as NADH2 for phase II enzymes Consequences of Inhibition »Increase in the plasma concentration of parent drug »Reduction in metabolite concentration »Exaggerated and prolonged pharmacological effects »Increased liklihood of drug-induced toxicity Therapeutic Implications of Inhibition May occur rapidly with no warning Particularly effects drug prescribing for patients on multidrug regimens Knowledge of the CYP450 metabolic pathway provides basis for predicting and understanding inhibition Esp drug drug interaction http://www.hospitalist.net/highligh.htm CYP1A2 Affected Drugs, Inducers, and Inhibitors Affected Drugs Tricyclicantidepress ants Propranolol F-Warfarin Theophylline Inducers Inhibitors Omeprazole Quinolone (Prilosec) antibiotics, esp. Phenobarbital ciprofloxacin Phenytoin Grapefruit juice Rifampin Smoking Char-broiled meats Note: CYP1A2 is the only isoform known to be affected by tobacco smoking. Example: smoking induces formation of CYP1A2 enzymes causing smokers to require higher doses of theophylline than non-smokers. Disease Factors Liver Disease – Cirrhosis, Alcoholic liver disease, jaundice, carcinoma Major location of drug metabolizing enzymes Dysfunction can lead to impaired drug metabolismdecreased enzyme activity First pass metabolism effected – may inc 2-4 x bioavailiability Results in exaggerated pharmacological responses and adverse effects Cardiac failure causes decreased blood flow to the liver Hormonal diseases, infections and inflammation can change drug metabolizing capacity Age Newborns and infants – metabolize drugs relatively efficiently but at a rate generally slower than adults Full maturity appears in second decade of life Slow decline in function associated with aging Sex Responsiveness to certain drugs is different for men and women Pregnancy – induction of certain drug metabolizing enzymes occurs in second and third trimester Hormonal changes during development have a profound effect on drug metabolism Genetic Variation http://www.private-rx.co.uk/invivo/pharmacogenetics.shtml wide variability in the response to drugs between individuals consequences of such variation may be therapeutic failure or an adverse drug reaction genetic diversity is the rule rather than the exception with all proteins, including drug metabolizing enzymes allelic variants with different catalytic activities from that of the wild-type form have been identified inheritance leads to subpopulations (genetic polymorphisms) with different drug metabolizing abilities lack of activity reduction in catalytic ability enhanced activity frequency of the polymorphism often varies according to the ethnic ancestry of the individual CYP Isoenzyme Systems Substrate CYP Isoenzyme Systems Induction Substrate CYP Isoenzyme Systems Induction X Inhibition Substrate 3A4 Isoenzyme Substrates Benzos, statins Oral contraceptives Macrolides HIV protease inhibitors 3A4 Isoenzyme Induction Steroids Phenobarb Herbals Rifamycins Phenytoin 3A4 Isoenzyme Induction Inhibitors Macrolides Azoles Ca+ blockers Ritonavir CSA X Induction of Drug Metabolism Günümüzde kullanılan birçok ilac hem kendi metabolizmasını ve diğer ilaçların metabolizmasını arttırır (antikonvulsant phenobarbital, Karbamazepine, St. John’s Wort vb.) Sigara teofilin içeren bileşiklerin eliminasyonuartırır. İndüksiyon sonuçları » Metabolizma hızını artırır » İlaç plazma konsentrayonubu düşürür » İlk geçiş «First- pass» metabolismasını artırır » Biyoyararlanımı «bioavailability» azaltırır » Eğer metabolit aktif veya reaktifse ilacın etkisini veya toksisitesini artırır İndüksiyon Terapötik Etkileri Çoğu ilaç hızlı metabolizması nedeniyle azalmış etkinlik sergileyebilmektedir (ancak aktif metabolitleri olan ilaçların artan ilaç etkisi ve / veya enzim indüksiyonu nedeniyle toksisite görüntüleyebilir) etkili plazma konsantrasyonlarını korumak için doz artırılması gerekebilir inhibition Enzim aktif bölge için substratlar arasındaki kompetetif yarışma Susbstrat Konsentrasyonu Bağlanma yeri için Afinite (Bir enzim için yüksek afiniteli ilaçlar aynı enzim için düşük afinetisi olan ilaçlarınn metabolizmasıını artırır.) Enziminin geri dönüşümsüz inaktivasyonu CYP450 heme demir grubuyla kopleks oluşturma (cimetidine, ketoconazole heme gurubun yıkımı (secobarbital) Faz II enzimleri için NADH2 gibi kofaktörlerin tükenmesi Consequences of Inhibition » Increase in the plasma concentration of parent drug » Reduction in metabolite concentration » Exaggerated and prolonged pharmacological effects » Increased liklihood of drug-induced toxicity İnhibisyonun Terapötik Etkileri Çok hızlı oluşurlar Özellikle polifarmaci durumunda olan bireyler için tehlikeli olabilir CYP450 metabolizmasının önemlidir Ör. İlaç-ilaç etkileşimi http://www.hospitalist.net/highligh.htm pharmacology of antidepressants and mood stabilizers Drug-Drug Interactions The pharmacologic action of a drug may be altered by the coadministration of a second drug by: – increasing or decreasing a known effect – creating an adverse effect – creating in a new effect not seen with either drug alone Interaction may be pharmacodynamic, pharmacokinetic, or idiosyncratic Polymorphism of Drug Oxidation CYP2D6 Debrisoquin/Sparteine CYP2C19 Mephenytoin CYP2C9 S-warfarin Alastair J.J. Wood CYP2D6 CYD6: Klinik Önemi Son derece polimorfik bir karaciğer enzimidir ve yaygın olarak reçete edilen birçok ilacın metabolizması ve eliminasyonu ile alakalıdır. CYP2D6’deki polimorfizmler toplumda çok yaygın bulunduğu için ilaçların tedavi edici etkilerini değiştirebilirle İlaçların metabolize edilmesini sağlayan enzimlerdeki genetik varyasyonların saptanması, bazı ilaçların standart dozlarında ilaç reaksiyonlarının meydana gelebileceği kişilerin önceden tanımlanmasında faydalıdır. CYP2D6 için kötü metabolizör kişiler, normal bireylerden farklı bir farmakokinetik (ilaç seviyeleri) sergileyebilirler. Bunun bir sonucu olarak da bu bireyler biyotransformasyon için CYP2D6 aktivitesi gerektiren medikasyonlarda standart dışı dozlara ihtiyaç duyabilirler. CYP2D6 düşük kapasiteli, yüksek afiniteli bir enzim olarak kabul edilir. Bu nedenle; tercihen daha düşük konsantrasyonlardaki ilaçları metabolize eder. Bir ilacın konsantrasyonu arttığında metabolizması yüksek kapasiteli, düşük afiniteli enzimler olan CYP3A4 ve CYP1A2’ye yayılır. Böylece; birkaç farklı metabolik yola sahip fakat ana yol olarak CYP2D6’ya bağlı bir ilaç kötü CYP2D6 aktivitesine sahip bir hastaya verilirse, yüksek kapasiteli ve düşük afiniteli olan CYP3A4 veya CYP1A2 gibi diğer P-450 enzimleri ilacı metabolize edecektir. Ancak, bu işlem daha yavaş ve daha az etkili olacağı için ilaç seviyeleri artacaktır. Sonuçta da ilaç reaksiyonlarının gözlenme riskini arttıracaktır. CYD6: Yavaş metabolize ediciler : • • • • Mutasyona uğramış en az 70 alelik varyant sorumlu; en sık görülenleri : CYP2D6*3, CYP2D6*4, CYP2D6*10 Bu mutant alellerde bir veya birkaç baz çifti atlanmıştır veya delysyon Türkiye’de % 3.4, Avrupa /Amerika % 7- 9, Mısır % 2, Çinliler % 0.7, CYD6: Ultra Hızlı metabolize ediciler : - Bu durum gen dublikasyonu veya amplifikasyonudur, - Alellerin normal (wild) CYP2D6*1 tipinin yanında onun bir veya daha fazla kopyası bulunur, - Bunlarda ilaçların etkinliği azalır, - Kinidin bu enzimi inhibe eder, hızlı metabolize ediciler yavaş metabolizörler gibi davranırlar. • Türkiye % 9 • Avrupa toplumları : % 2- 3 • Etiopya % 29 • Suudi Arabistan % % 21 2D6 4 değişik aktivite düzeyi (Fenotip) tanımlanmıştır – – – – Ultra hızlı metabolizör (UM) Hızlı metabolizör (YM) Ortahızlı metabolizör (OM) Yavaş metabolizör (YM) Bu enzimi kodlayan gen bölgesi polimorfik yapıdadır ve etnik gruplar arasında farklılık göstermektedir. 2D6 YM’ler beyazlarda % 3-10 kadardır. Doğu toplumlarında YM oranı % 2 kadardır. UHM doğu toplumlarında yüksek orandadır. CYP2D6 Substrates debrisoquine/sparteine amphetamine dexfenfluramine quanoxan ondansetron Antiarrhythmics Antipsychotics encainide flecainide S-mexillitene lidocaine perphenazine thioridazine haloperidol risperidone (9OH) minaprine venlafaxine fluvoxamine Beta Blockers Antidepressants propafenone S-metoprolol propranolol (4OH) timolol alprenolol bufuralol carvedilol fluoxetine amitriptylline desipramine clomipramine imipramine Alastair J.J. Wood Analgesics dextromethorphan codeine tramadol - CYP2D6 enzimindeki genetik polimorfizmi otozomal resesif olarak geçer - Yavaş metabolize edici fenotipinden mutasyona uğramış en az 80 alelik varyantın sorumlu olduğu gösterilmiştir - CYP2D6*3, CYP2D6*4, CYP2D6*6, alleleri için homozigot olanlarda enzim inaktiftir - CYP2D6*10 ve CYP2D6*41 için homozigot olanlarda enzim aktivitesi azalmıştır - CYP2D6*5 varyantında ise gen mevcut değildir CYP2D6 : Düşük enzim aktiviteli varyantlar CYP2D6*3A (2549A>del); CYP2D6*4A (100C>T; 974C>A; 984A>G; 997C>G; 1661G>C; 1846G>A-splicing defect; 4180G>C); CYP2D6*6A (1707T>del); CYP2D6*7 (2935A>C); CYP2D6*8 (1661G>C; 1758G>T-stop codon; 2850C>T; 4180G>C); CYP2D6°10 (100C>T); CYP2D6*11 (883G>Csplicing defect; 1661G>C; 2850C>T; 4180G>C); CYP2D6*15 (138insT) Alastair J.J. Wood CYP 2D6 Polymorphism Lit: J. van der Weide et al. Ann. Clin. Biochem 36 (1999) 722 CYP2D6 Kromosome 22q13.1 CYP2D6 polimorfizmi (debrizokin tipi polimorfizm): CYP2D6 çoğunluğu KVS hastalıkları ve psikiyatride kullanılan pek çok ilacı metabolize eder •Antihipertansiflerden...debrizokin •Antiaritmiklerden......meksiletin, propafenon •β-blokerlerden.............metoprolol, propranolol, timolol •Antidepresanlar.......amitriptilin, fluoksetin, fluvoksamin, imipramin, maprotilin, klomipramin, trazodon •Opioid analjezikler...dekstrometorfan, kodein, tramadol CYP2D6 Polimorphizm 100 den fazla polimorphizm Polimorphizmlere bağlı olarak – Ultra-hızlı metabolizatör (UMs) – Hızlı (normal) metabolizatör (HMs) – Orta-hızlı metabolizatörs (Oms) – Yavaş metabolizatörs (YMs) CYP2D6 enzimindeki genetik polimorfizmi otozomal resesif olarak geçer • Yavaş metabolize edici fenotipinden mutasyona uğramış en az 80 alelik varyantın sorumlu olduğu gösterilmiştir CYP2D6*3, CYP2D6*4, CYP2D6*6, alleleri için homozigot olanlarda enzim inaktiftir CYP2D6*10 ve CYP2D6*41 için homozigot olanlarda Enzim aktivitesi azalmıştır CYP2D6*5 varyantında ise gen mevcut değildir D. CYP2D6 ACTIVITY OH CYP2D6 N N C NH C NH NH2 NH2 4-HYDROXYDEBRISOQUINE DEBRISOQUINE N CH3 N CH3 CYP2D6 H H OH OCH3 DEXTROMETHORPHAN DEXTRORPHAN CYP2D6 Allele Frequencies CYP2D6 Enzyme Activity Caucasian *1 *3 *4 Normal None None 84.2 0 10.6 57.5 0 10 52.4 0 0 *5 *9 *10 *17 None Decreased Decreased Decreased 2.6 0 2.6 0 5 0 12.5 15 0 0 47.6 0 Ghanaian Chinese Droll; Pharmacogenetics 8: 325-333, 1998 Alastair J.J. Wood Genetik Polimorfizm ve İlaç toksisitesi Phenformin lactik asidosis den dolayı piyasadan çekilmistir CYP2D6 YM ‘lerde Lactik asidosis Alastair J.J. Wood CYP2D6 - Effects of Gene Duplication Dalen et al., 1998. Alastair J.J. Wood CYP2D6 - Gene Duplication* Saudi Arabians 10.4% Ethiopians 16.0% Spaniards 3.5% Zimbabweans 2.0% Germans 1.8% Chinese 1.3% * Includes individuals with more than one extra CYP2D6 gene Alastair J.J. Wood McLellan et al., 1997 6-glucuronidation codeine-6-glucuronide H3CO M-6-G O-demethylation O CYP2D6 morphine normorphine NCH3 HO N-demethylation CODEINE M-3-G norcodeine norcodeine6-glucuronide CYP2C9 CYP2C9 polimorfizmi • CYP2C9 geninin 6 varyant aleli tanımlanmıştır, • Tolbutamid ve varfarin’in hidroksillenmesinin polimorfizmidir. – Tolbutamid : Ağır kardiyotoksisite ve hipoglisemi – Varfarin : Hemorajiler • Bu enzim ayrıca fenitoin, glipizid, lozartan, diklofenak ve birçok NSAİD metabolizmasından sorumlu. Sitokrom P450 2C9 Kafkas ve siyahların %1’inde yoktur Metabolize ettikleri: – Çoğu NSAID (COX-2’ler dahil) – S-warfarin (aktif formu) – Fenitoin İnhibitörleri: – Flukonazol Arizona Center for Education and Research on Therapeutics and The Food and Drug Administration Center for Drug Evaluation and Research CYP2C9 2C9 *3 2C9 *2 Chinese 2.1% 0% Japanese 2.2% 0% Korean 1.1% 0% African-American 0.8% 2.9% Caucasian 8.5% 10.7% CYP2D6 is extensively studied, the gene for CYP2D6 is highly polymorphic It’s expression leads to 3 phenotypes (phenotype is the expression of genetic make-up) Extensive metabolizers (EMs) have functional enzyme activity Intermediate metabolizers (IMs) have diminished enzyme activity Poor metabolizers (PMs) have little or no activity 5-10% of Caucasians and 1-2% of Asians exhibit the PM phenotype Debrisoquine, formerly used in the treatment of hypertension, is metabolized by CYP2D6 to 4-hydroxydebrisoquine Remarkable interindividual variation in pharmacological effect of the drug Urine of volunteers given debrisoquine was examined for presence of 4-hydroxydebrisoquine – One subject had a very low conversion of parent drug to metabolite – was very sensitive to the antihypertensive effects of debrisoquine CYP2C19 Sitokrom P450 2C19 Asyalıların % 20–30’unda, Kafkasların % 3–5% ‘inde yoktur Metabolize ettikleri: – Diazepam – Fenitoin – Omeprazol İnhibitörleri: – Omeprazol – Izoniazid – Ketokonazol Arizona Center for Education and Research on Therapeutics and The Food and Drug Administration Center for Drug Evaluation and Research Genetic Polymorphism CYP2C19 Index drug: Mephenytoin (R and S) S-hydroxylation of mephenytoin deficient in PM’s Alastair J.J. Wood Frequency of CYP2C19 Poor Metabolizers Phenotype Africans African-Americans Caucasians Chinese Japanese Koreans Amerindians Alastair J.J. Wood 4.1 1.4 2.8 13.6 20.3 13.7 Genotype 3.8 3.3 2.1 13.8 17.0 16.8 5.7 CYP2C19 Substrates S-mephenytoin hexobarbital R-mephobarbital phenytoin diazepam citalopram omperazole lansoprazole pantoprazole Alastair J.J. Wood R-warfarin (8-OH) propranolol (in part) imipramine clomipramine amitryptylline proguanil teniposide nilutamide indomethacin moclobemide CYP2C19 PMs EMs Time after Omeprazole (hour) Alastair J.J. Wood Sohn, JPET 262: 1195-1202; 1992 CYP2C19 Activity and Fasting Gastrin Concentrations Alastair J.J. Wood CYP2C19 Genotype + Intragastric pH Placebo Omeprazole Furuta et al., Clin Pharmacol Ther 65: 552-561, 1999. Alastair J.J. Wood H. pylori Cure Rate Based on CYP2C19 Genotype Total cure rate = 52% (n=62) (n=9) 100 90 Percent cure rate 80 70 (n=25) 60 50 40 30 (n=28) 20 10 0 wt/m1 wt/m2 wt/wt m1/m2 m1/m1 Omeprazole 20 mg/day for 6-8 weeks Amoxicillin 2000 mg/day for 2 weeks Alastair J.J. Wood T. Furuta et al., Ann. Int. Med., 129: 1027-1030, 1998 MAR 185 Effect of 2C19 Polymorphisms on 891_Becker_03 Omeprazole Exposure AUC (mg.h/l) Clearance (l/h) PM (*2*2) IM (*1*2) EM (*1*1) 5.3 +/- 2.2 1.1 +/- 0.6 0.6 +/- 0.3 8.9 46.7 92.7 Brockmoller, Clin. Pharmacol. Ther., 1997 CYP2C19 polymorphism wt/wt 2.7 1.2 Median 24-hour intragastric pH before wt/mut treatment (day 0) and after 8 days of 20 mg omeprazole administered orally once daily in the 3 genotypic mut/mut groups of patients with and without H. pylori infection Sagar et al., GASTROENTEROLOGY 2000;119:670-676 3.6 5.3 5.7 6.2 Drugs Metabolized at Least Partially by CYP 2C19 Carisoprodol (S)-Mephenytoin ChloroguanyI Mephobarbital Citalopram Moclobemide Clomipramine Omeprazole Desmethyldiazepam Pantoprazole Diazepam Phenytoin (minor pathway) Hexobarbital Proguanyl Imipramine Propranolol Lansoprazole (R)-Warfarin Frequency of CYP2C19 Poor Metabolizers Phenotype Africans African-Americans Caucasians Chinese Japanese Koreans Amerindians 4.1 1.4 2.8 13.6 20.3 13.7 Genotype 3.8 3.3 2.1 13.8 17.0 16.8 5.7 CYP2C responsible for metabolism of given drug and daily recommended doses in different parts of the world (after AstraZeneca) Japan CYP2C poor metabolizers 20% USA 5% EC 5% ____________________________________________________ Omeprazole Propranolol Diazepam 20 mg 30-120 mg 4-20 mg 40 mg 80-240 mg 4-40 mg 20-40 mg 160-130 mg 6-30 mg http://medicine.iupui.edu/flockhart/table.htm 2C19 2C9 2D6 3A4,5,7 Proton Pump Inhibitors: lansoprazole omeprazole pantoprazole E-3810 NSAIDs: diclofenac ibuprofen meloxicam S-naproxen=>Nor piroxicam suprofen Beta Blockers: carvedilol S-metoprolol propafenone timolol Macrolide antibiotics: clarithromycin erythromycin (not 3A5) NOT azithromycin telithromycin Antidepressants: amitriptyline clomipramine desipramine imipramine paroxetine Anti-arrhythmics: quinidine=>3-OH (not 3A5) Anti-epileptics: diazepam=>Nor phenytoin(O) S-mephenytoin phenobarbitone amitriptyline carisoprodol citalopram clomipramine cyclophosphamide hexobarbital imipramine N-DeME indomethacin R-mephobarbital moclobemide nelfinavir nilutamide primidone progesterone proguanil propranolol teniposide R-warfarin=>8-OH Oral Hypoglycemic Agents: tolbutamide glipizide Angiotensin II Blockers: losartan irbesartan Sulfonylureas: glyburide/ glibenclamide glipizide glimepiride tolbutamide amitriptyline celecoxib fluoxetine fluvastatin glyburide nateglinide phenytoin=>4-OH rosiglitazone tamoxifen torsemide S-warfarin Antipsychotics: haloperidol perphenazine risperidone=>9OH thioridazine alprenolol amphetamine aripiprazole atomoxetine bufuralol chlorpheniramine chlorpromazine codeine (=>O-desMe) debrisoquine dexfenfluramine dextromethorphan duloxetine encainide flecainide fluoxetine fluvoxamine lidocaine metoclopramide methoxyamphetamine mexilletine minaprine nebivolol nortriptyline ondansetron perhexiline phenacetin phenformin propranolol sparteine tamoxifen Benzodiazepines: alprazolam diazepam=>3OH midazolam triazolam Immune Modulators: cyclosporine tacrolimus (FK506) HIV Antivirals: indinavir nelfinavir ritonavir saquinavir Prokinetic: cisapride Antihistamines: astemizole chlorpheniramine terfenidine Calcium Channel Blockers: amlodipine Major human polymorphic cytochrome P450 enzymes Enzyme Major variant alleles Mutation CYP2A6 CYP2A6*2 CYP2A6*3 CYP2A6*4 CYP2A6*5 CYP2C9 CYP2C9*2 L160H 2A6/2A7 gene deletion G479L R144C CYP2C9*3 CYP2C19 CYP2C19*2 CYP2C19*3 CYP2D6 CYP2D6*2xn CYP2D6*4 CYP2D6*5 CYP2D6*10 CYP2D6*17 CYP2E1 CYP2E1*2 CYP2E1*3 CYP2E1*4 CYP3A4 CYP3A4*2 CYP3A4*3 http:/www.imm.ki.se/cypalleles Consequence Allele freq Caucas Orientals inactive enzyme not known no enzyme defect enzyme reduced affinity for P450 reductase I359L altered substr spec aber splice site inactive enzyme stop codon inactive enzyme gene dupl increased activity defective splic inactive enzyme gene deletion no enzyme P34S, S486T unstable enzyme T107I, R296C, red affinity for S486T substrates R76H less enzyme expressed V389I no effects V179I no effects S222P higher Km for subst M445T unknown 1-3 0 1 0 8-13 0 0 15 1 0 7-9 13 0 1-5 12-21 4-6 1-2 0 2-3 23-32 6-10 0-2 1 6 50 (in Blacks) 0 <1 <1 3 0 1 0 nd 0 <1 Biotransforma Major P450 Enzymes in Humans tion of Xenobiotics... CYP2C19 Genetic polymorphism Substrates Inducers Inhibitors Poor metabolizers have defective CYP2C9 Phenytoin Piroxicam Tolbutamide Warfarin Rifampin Sulfafenazole 192 CYP2C9 2C9 *3 2C9 *2 Chinese 2.1% 0% Japanese 2.2% 0% Korean 1.1% 0% African-American 0.8% 2.9% Caucasian 8.5% 10.7% Alastair J.J. Wood CYP2C9 Substrates tolbutamide phenytoin S-warfarin tamoxifen diclofenac ibuprofen piroxicam Alastair J.J. Wood suprofen S-naproxen sulfamethoxazole torsemide losartan busipirone CYP2C9 and Glipizide Alastair J.J. Wood Kidd et al., Pharmacogenetics, 9: 71-80, 1999. Warfarin Racemic mixture of (R) and (S) isomers (S)warfarin 7-hydroxywarfarin by CYP2C9 (R)warfarin 8-hydroxywarfarin by CYP2C19 (S) 7-10 X potency of (R) as anticoagulant Alastair J.J. Wood CYP2C9 - Allelic Variants CYP2C9 *1 WT Impaired hydroxylation in in vitro expression system CYP2C9 *2 CYP2C9 *3 Alastair J.J. Wood Single AA substitution CYP2C9 Reduced (S)-Warfarin Clearance in Heterozygotes Takahashi, CPT, 1998 Alastair J.J. Wood Sitokrom P450 3A Metabolizmasından sorumlu olduğu ilaçlar (substratları): çoğu kalsiyum kanal blokeri çoğu benzodiazepin çoğu HIV proteaz inhibitörü çoğu HMG-CoA-reductaz inhibitörü siklosporin çoğu non-sedatif antihistaminik Sisaprid GI kanal ve karaciğerde bulunur Arizona Center for Education and Research on Therapeutics and The Food and Drug Administration Center for Drug Evaluation and Research Alastair J.J. Wood CYP3A Inhibitörleri Ketoconazol Itraconazol Fluconazol Simetidin Klaritromisin Eritromisin Troleandomisin Greyfurt Suyu Arizona Center for Education and Research on Therapeutics and The Food and Drug Administration Center for Drug Evaluation and Research Alastair J.J. Wood Alastair J.J. Wood CYP3A İndükleyiciler Karbamazepin Rifampin Rifabutin Ritonavir St. John’s wort Arizona Center for Education and Research on Therapeutics and The Food and Drug Administration Center for Drug Evaluation and Research Alastair J.J. Wood CYP3A ailesi Üç izoformdan oluşmaktadır: Bunlar 3A4, 3A5 ve 3A7'dir. Alastair J.J. Wood
