14.02.2014

Pharmacogénétique des

immunosuppresseurs

Caroline SAMERService de Pharmacologie et Toxicologie cliniques HUG

Centre Suisse de Toxicologie Humaine Appliquée

Pharmacogenomics and Pharmacogenetics

Definitions

PHARMACOGENOMICS

Pharmacogenomics (PGx) is defined as:

The investigation of variations of DNA and RNA characteristics as related to drug

response.

PHARMACOGENETICS

Pharmacogenetics (PGt) is a subset of pharmacogenomics and is defined as:

The influence of variations in DNA sequence on drug response.

Variabilité dans la réponse médicamenteuse

McLeod HL and Evans WE, Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2001. 41:101–21

vs «Médecine personnalisée »«One fits all»

Individualisation thérapeutique

Environnement

• Diète

• Café, boissons

• Co-médications

• Tabac

• Pollution

Génétique

• Enzymes

• Transporteurs

• Recepteurs

• Cibles

Individuel

• Age

• Sexe

• Poids

• Co-morbidités

• Fonction d’organes

Variabilité interindividuelle

Polymorphismes génétiques

Pharmacocinétique Pharmacodynamie

Absorption

Distribution

Métabolisme

Elimination

Récepteurs

Canaux ioniques

Enzymes

Cibles

Enzymes du métabolisme médicamenteux

Phase 1

Fonctionnalisation

Phase 2

Conjugaison

Amidases Conjugaison avec acides aminés

Cytochromes P450 Glutathion-S-transférases

Deshydrogénases Méthyl-transférases

Epoxyde-hydrolases N-acétyltransférases

Estérases Sulfotransférases

Flavine monooxygénases UDP-glucuronosyl-transférases

Monoamine oxydases

Réductases

Catéchol-O-méthyl-transférase

Enzymes du métabolisme médicamenteux

Phase 1

Fonctionnalisation

Phase 2

Conjugaison

Amidases Conjugaison avec acides aminés

Cytochromes P450 Glutathion-S-transférases

Deshydrogénases Méthyl-transférases

Epoxyde-hydrolases N-acétyltransférases

Estérases Sulfotransférases

Flavine monooxygénases UDP-glucuronosyl-transférases

Monoamine oxydases

Réductases

Catéchol-O-méthyl-transférase

Bio-transformations enzymatiques

Molécule active vers métabolite inactif

tacrolimus O-déméthyl- tacrolimusCYP3A

Molécule active vers métabolite actif

clobazam CYP2C19 N-déméthyl-clobazam

Molécule inactive vers métabolite actif

cyclophosphamide CYP2C19, 2B6 4-OH-cyclophosphamide

Molécule active vers métabolite réactif

paracétamol NAPQICYP2E1

Détoxification

Bio-activation

Mutation de type SNP

- > Substitution d’un acide aminé

= Altération d’un nucléotide dans la séquence ADN (délétion, substitution, insertion)

Conséquences fonctionnelles des variantes alléliques sur les enzymes du métabolisme

Allorge D, Ann Biol Clin, 2004

Génotype

Phénotype

Délétion gèneGène dupliqué ou amplifié

Enzyme absente

Métabolisme déficitaire

PM

Métabolisme normal

EMMétabolisme

réduit IM

Enzyme instable

Enzyme surexprimée

Métabolisme augmenté

UM

Enzyme normale

Gène normal ou mutation

Polymorphisme génétique -> Fréquente variante allélique > 1%

Immunosuppresseurs

• Inhibiteurs calcineurine

• Stéroïdes

• Mycophénolate mofétil

• Cyclophosphamide

• Azathioprine

Tacrolimus

CYP3A5

SNP intron 3 -> insertion exon 3B -> stop codon-> enzyme non fonctionnelle-> « non expresseurs »

13 exons

Splicing normal (« wild type »)20% Caucasiens50% Afro-américains

Activité du CYP3A fonction du génotype CYP3A5

Relling M

CYP3A5 et dose de tacrolimus

Dose double de tacrolimus requise chez les expresseurs du

CYP3A5 (*1) par rapport aux non expresseurs (*3/*3)

Gervasini G et al. Transpl Int. 2012 ;25:471-80.

Etude rétrospectiven= 103 transplantés rénaux

Résultats reproduits chez les transplantés rénaux, hépatiques, pulmonaires

et cardiaques

Thervet E et al. Clin Pharmacol Ther. 2010;87(6):721-6.

Optimisation de la dose initiale de tacrolimus avec un test pharmacogénétique

Etude RC prospective multicentriquen=280 greffés rénaux

-Dose fixe: 0.2mg/kg/jvs-Dose adaptée: CYP3A5*1: 0.3mg/kg/jCYP3A5*3/*3: 0.15mg/kg/j

Quteineh L et al. Basic Clin Pharmacol Toxicol. 2008; 103(6):546-52.

n= 136 greffés rénaux sous tacrolimus

temps jusqu’au 1er rejet aigu

CYP3A5*1/*1

CYP3A5*1/*3

CYP3A5*3/*3

Rejet aigu et CYP3A5

Néphrotoxicité chronique irréversible sous tacrolimus

Kuypers DR et al. Ther Drug Monit. 2010;32(4):394-404.

n = 304 de novo renal graft recipients with CNIT

HR 2.38

Fibrose interstitielle rénale 1 an post transplantation

Miura Y et al. Transplantation. 2011;91(1):78-85.n= 118 living kidney recipients

OR 2.63

Equation de dosage du tacrolimusutilisant des variants génétiques et

facteurs cliniques

Dose totale journalière = [CL/F x C0 tacrolimus cible x 24h] /1000

Passey et al. Br J Clin Pharmacol. 2011;72(6):948-57.

Dosing equation for tacrolimus using genetic variants and clinical factors

Dose totale journalière = [CL/F x C0 tacrolimus cible x 24h]/1000

Passey et al. Pharmacogenomics 2012, 12 (10):1141-1147.795 kidney transplant recipients

Influence CYP3A5 (greffe et intestin natif) sur les C/D de tacrolimus

29-35 j

Uesugi M et al. Pharmacogenet Genomics. 2006 ;16(2):119-27.

1-7 j

n= 204 receveurs/donneurs transplantation hépatique

Design d’études pharmacogénétiques

GWAS 105-106 SNPs

Risk: insufficiant study power, false positives

Association studies

Hypothesis driven Hypothesis generating

Candidate gene approach

Risk: negative if wrong hypothesis

GWAS dose ajustée de tacrolimus

Birdwell KA et al. Pharmacogenet Genomics. 2012;22(1):32-42.

446 transplantés rénaux (dosages plasmatiques tacrolimus jusqu’au

steady state)

Outcome 1aire: Dose de tacrolimus requise définie par le ratio C0/dose

Identification de 10 variantes dont 4 variantes du CYP3A

Association C0/dose tacrolimus avec CYP3A5*3 (P=7.15×10)

CYP3A5*3 explique 39% de la variabilité des doses

CYP3A5*3

CYP3A4/5 et dose tacrolimus

Elens L et al. Pharmacogenomics. 2011;12:1383-96.

réduction ½ dose

4.1 x

1.6 x

CYP3A4*22 et CYP3A5*3 expliquent 60% de la variabilité des doses ajustées de tacrolimus

99 transplantés rénaux stables recevant Tac (n = 49) ou CsA (n = 50)

CYP3A4*22

Tacrolimus

P-glycoprotéine (P-gp)

Transporteur d’efflux transmembranaire ATP-dépendant

Exprimé au niveau de: intestins, foie, reins, barrière hémato-encéphalique

Protection and détoxification (↓ concentrations a/n cible)

Gène ABCB1 hautement polymorphique

Evans et al., NEJM 2003

Polymorphismes génétiques ABCB1Fonctionnels: 3435 C/T et 2677 G/T

Caucasiens: Fréquent

- Homozygotes mutés TT 30%

- Hétérozygotes CT 50%

Africains: Rare

ABCB1 et dose tacrolimus

Anglicheau D et al. J Am Soc Nephrol. 2003;14(7):1889-96.

Etude rétrospective chez 81 transplantés rénaux

Doses de tacrolimus 40% plus basses qu’en l’absence de mutation

Analyse haplotypes confirmant le rôle de ces 2 SNPs

Haplotype ABCB1 et toxicité du tacrolimus

Gervasini G et al. Transpl Int. 2012 ;25:471-80.

Etude rétrospective chez 103 transplantés rénaux

ABCB1 donneur-receveur et atteinte rénaleFibrose interstitielleAtrophie tubulaire

Naesens M et al. J Am Soc Nephrol. 2009;20(11):2468-80. 252 adult renal allograft recipientsÉtude prospective sur 3 ans

Naesens M et al. J Am Soc Nephrol. 2009;20(11):2468-80.

ABCB1 donneur-receveur et GFR (MDRD)

Naesens M et al. J Am Soc Nephrol. 2009;20(11):2468-80.

ABCB1 donneur-receveur et survie greffe

Stéroïdes

Miura M et al, Steroids 2008, 73: 1052-9.

n= 95 transplantés rénaux japonais(prednisolone + tacro + MMF)

ABCB1, CYP3A5 et PK prednisolone

Chez CYP3A5*3/*3 (non expressers)

J 28

ABCB13435CT

Cmax 129ng/mL vs 180ng/mL (P=0.0392)

Chiou YH et al, Pediatr Nephrol 2012, 27: 1511-17.

ABCB1, CYP3A5 et résistance prednisolone

Etude cas-contrôle chez 74 enfants avec syndrome néphrotique idiopathique 58 sensibles aux stéroïdes (SS) et 16 résistants aux stéroïdes (SR) définie par persistance protéinurie à 4 semaines de ttt

ABCB1 C1236T Résistance aux stéroïdes -> OR 2.65 (95 % CI 1.01-6.94; p = 0.042)

CYP3A5

ABCB1

ABCB1 et délai réponse à la prednisone

Wasilewska A et al, Pediatr Nephrol 2007, 22: 44-51.

108 enfants avec syndrome néphrotique sous stéroïdes

Mutations ABCB1 -> délai réponse OR 6.79 1236 T/TOR 13.7 2677 T/T OR 9.92 3435 T/T

Asano T, Pharmacogenetics 2003, 13: 675- 682.

ABCB1 et ostéonécrose tête fémorale

30 cas ONF vs 106 contrôles greffés rénaux ayant reçu des stéroïdes

Asano T, Pharmacogenetics 2003, 13: 675- 682.

ABCB1 et ostéonécrose tête fémorale

Métabolisme mycophénolate mofétil

http://www.pharmgkb.org

Mutations UGT1A9

• Augmentation activité :

Mutations région promoteur (T-275A et C-2152T) - fréquence 15%

• Réduction activité :

UGT1A9*3 - fréquence <5% Caucasiens

UGT1A9 et AUC0-12 MPA

20%

49%

Clin Pharmacol Ther. 2009; 86:319-27

N= 338 transplantés rénaux (MMF/tacro, MMF/ciclo) Étude prospective multicentrique

UGT1A9*3promoteur

UGT1A9 et AUC0-12 MPA

54%

Clin Pharmacol Ther. 2009; 86:319-27

UGT1A9 et rejet aigu à 1 an (biopsie) sous MMF/tacrolimus

Clin Pharmacol Ther. 2009; 86:319-27

UGT1A9 et effets

indésirablesGIs

Transplant Proc. 2009;41(6):2313-6.

n= 133 transplantés rénaux (caucasiens)

Ann Transplant. 2011;16(4):69-73

UGT1A9*3 et filtration glomérulaire à 1 an post-greffe rénale

N= 103 greffés rénaux sous MMF

UGT1A9*3

WT

Ann Transplant. 2011;16(4):69-73

UGT1A9*3 et protéinurie

UGT1A9*3

N= 103 greffés rénaux sous MMF

Cyclophosphamide

CYP 2B6, CYP 2C19

GSTs

Métabolisme du CPA

neurotoxique

urotoxique

Helsby et al, BJCP 2010, 70: 844-53

pro-médicament

4-hydroxylé

N-déchloroéthylation

alkylant à l’ADN

CYP2C19

Allèles Mutations ADN

Effets sur la transcription

Activité de l’enzyme

Fréquence

*1 aucune normale

*2 99C>T; 681G>A;990C>T; 991A>G

Défaut d’épissage aucune 12–15 % Caucasiens 15 % Africains29–35 % Asiatiques61 % Océanie

*3 636G>A;991A>G; 1251A>G

Codon stop aucune < 0.5 % Caucasiens5–9 % Asiatiques

*17 −806C>T augmentée 16–21 % Caucasiens16 % Africains3–6 % Asiatiques

35 variantes décrites

CYP2B6, CYP2C19 et réponse rénale

Takada K et al. Arthritis Rheum 2004, 50(7):2202-10

n= 62 patients avec néphrite lupique proliférative

Takada K et al. Arthritis Rheum 2004, 50(7):2202-10

RR 0.10 (95% CI 0.02-0.52)

CYP2C19 et toxicité ovarienne du cyclophosphamide

Ngamjanyaporn P et al, Rheumatol Int 2011, 31: 1215-8.

Etude cas-contrôle71 patientes thaïlandaises avec lupus érythémateux systémique36 cas de toxicité ovarienne (aménorrhée soutenue > 12 mois ou absence de

règles > 4 mois)

GSTs et toxicité du cyclophosphamide

Métabolites cytotoxiques du CPA détoxifiés par les glutathion S-transférases (GSTs) = enzyme de phase II

n = 102 Chinois Han (SLE) sous haute dose de CPA (pulse)

Zhong S et al, Br J Clin Pharmacol 2006, 62: 457-72.

Azathioprine (AZA)

pro-médicament

convertie en 6-mercaptopurine (6-MP) par GSTs

formation de nucléotides actifs thiopurines par l’hypoxanthinephosphoribosyl transférase (HPRT)

S-méthylation par la thiopurine méthyltransférase (TPMT) réduit la formation de nucléotides actifs

Métabolisme TPMT

Polymorphismes TPMT

• 11% population a une activité diminuée de la TPMT

• 0.3% avec une déficience vraie en TPMT

• 28 variantes alléliques identifiées (principalement associées à une activité diminuée in vitro)

– TPMT*3A : la plus courante (5% Caucasiens): deux SNPS: A154T (exon 7) etY240C (exon 10).

– TPMT*3C (exon 10) : Asie (2%)

– TPMT*3B (exon 7): rare

– TPMT*8 : Afrique (2%)

Corrélations clairement établies entre polymorphisme TPMT et toxicité hématologique dans LLA, RA, maladies inflammatoires intestinales

déficience TPMT -> Diminution de la dose 6-MP >50%

TPMT et 6-MP

Evans et al. J Clin Oncol 2001,19: 2293-2301

Activité TPMT et myélosupression des thiopurines

• Méta-analyse

• 67 études (majorité rétrospective)

• Patients avec 2 variantes alléliques TPMT (deficient) ont un risque augmenté de toxicité -> 86% des patients déficients développent une myélosuppression

• OR 4.19 (95% CI: 3.20-5.48) pour développer leucopénie chez patients avec activité intermédiaire TPMT ou 1 variant TPMT vs wild-type

Pharmacogenomics. 2010 Feb;11(2):177-88.

TPMT et toxicité hématologique

Am J Transplant. 2004;4(11):1810-7

Etude rétrospectiven = 36 transplantés rénaux (dont 5 avec TPMT non fonctionnelle)

Guidelines adaptation dose

http://www.pharmgkb.org/drug/PA448515?previousQuery=azathioprin

CPIC: Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium

CPIC dosing guideline azathioprine et TPMT

http://www.pharmgkb.org/drug/PA448515?previousQuery=azathioprin

Dutch Pharmacogenetic WorkingGroup guideline

Clin Pharmacol Ther. 2011;89(5):662-73.

Méthodes diagnostiques

Génotypage

Phénotypage

Samer C et al, Mol Diagn Ther 2013, 17:165–184

AmpliChip CYP450 arrayAffymetrix Roche

CYP2D6 (20 allèles + duplications)

+ CYP2C19

GénotypageRoutine HUGCYP2D6 (*3, *4, *5, *6, xN)

CYP2C9 (*2, *3)

CYP2C19 (*2, *3, *17)

ABCB1 (3435 C/T et 2677 G/T)

RechercheCYP3A5 (*3)

IKC ZurichTPMT, UGT1A1 (TA6/7), UGT1A6 (T181A), MTHFR (C677T), DPYD, NAT2

Activité CYP450 (phénotype)

Inhibiteurs CYP450

Métaboliseurs lents

Inducteurs CYP450

Métaboliseurs ultrarapides

Phénotypage CYP450/P-gp

GVA micrococktail (1 capsule)

Dextrométhorphane 2.5mg CYP2D6

Midazolam 75 ug CYP3A4

Oméprazole 2mg CYP2C19

Flurbiprofène 5mg CYP2C9

Caféine 50 mg CYP1A2

Bupropion 25 mg CYP2B6

Fexofénadine 25mg ABCB1 (AUC 2, 3, 6h)

Une prise de sang à 2h

Une récolte urinaire sur 8h

Phénotypage CYP450/P-gp

GVA cocktail DBS

Dextrométhorphane 10mg CYP2D6

Midazolam 1mg CYP3A4

Oméprazole 5mg CYP2C19

Flurbiprofène 25mg CYP2C9

Caféine 50 mg CYP1A2

Bupropion 25 mg CYP2B6

Fexofénadine 25mg ABCB1 (AUC 2, 3, 6h)

Une prise capillaire à 2h

Papier buvard

En résumé…

• Associations établies entre certains polymorphismes et efficacité/toxicité de certains immunosuppresseurs • Pas de guidelines clairement établis / recommandation fabricants (sauf AZA - TPMT)

• Géno/phénotypages permettent à l’heure actuelle d’expliquer de manière rétrospectivela variabilité dans la réponse individuelle aux traitements (toxicité/inefficacité)

Samer C et al. Personalized Med 2011,8(3): 227-242.

Immunosuppresseurs Polymorphismes

Tacrolimus, Ciclosporine CYP3A, ABCB1

Stéroïdes ABCB1, CYP3A?

Cyclophosphamide CYP2B6, CYP2C19, GSTP1

Azathioprine TPMT, ITPA

MMF UGT 1A9/2B7, ABCC2, IMPDH (cible)

Rituximab FcγR (cible)

• Approche multigéniques type GWAS

• Analyses épigénétiques

• Etudes prospectives dans populations phénotypiques bien définies et ajustement aux facteurs non génétiques

• Coût-efficacité à établir

Perspectives futures