FARMAKOGENETIKA,
FARMAKOGENOMIKA
a její
klinické aplikace
Doc. RNDr. Ladislava Bartošová, Ph.D.
Farmakologický ústav, Lékařská fakulta MU Brno
FARMAKOLOGIE – I
1. Co je farmakogenetika a co farmakogenomika a jejich
teoretická východiska
Obsah dnešní přednášky:
4. Možnosti využití farmakogenetiky a farmakogenomiky v
klinické praxi, rizika a omezení
2. Molekulárně biologická podstata genového
polymorfismu a jejich možný dopad na pacienta
FARMAKOLOGIE – I
3. Příklady klinicky významných genových polymorfismů
1. Co je farmakogenetika a co
farmakogenomika a jaká jsou
jejich teoretická východiska
Termín: „Farmakogenetika“
1959 Friedrich Vogel
Termín: „Farmakogenomika“
1997 ??
Nastává exponenciální nárůst
prací s touto tematikou
Něco málo z historie
PubMed: přes 27 tisíc vědeckých publikací, téměř 600 od počátku roku
-LOGIE
-LOGIE
genomika
genetika
Věda o dědičnosti
Podobor mol. biologie
zabývající se lidským genomem
jako celkem
FARMAKO
FARMAKO
Věda zabývající se působením
léčiva na živý organismus
a naopak
TEORETICKÁ VÝCHODISKA
FARMAKOGENETIKA A FARMAKOGENOMIKA
jsou
obory zabývají se otázkami FARMAKOLOGIE
 jak působí lék na pacienta (farmakodynamika)
 jak působí pacient na lék (farmakokinetika)
z úhlu pohledu genetiky, resp. genomiky
Studium jednotlivých genů
zapojených do
farmakologických procesů
Studium celého genomu a
jeho ovlivnění léčivem
FARMAKOGENETIKA FARMAKOGENOMIKA
DEFINICE
FARMAKOGENETIKA
X
FARMAKOGENOMIKA
Oba pojmy jsou někdy zaměňovány….
DEFINICE
Farmakogenetika se zaměřuje na variabilitu pacientů
Farmakogenomika se zaměřuje na variabilitu potenciálních léčiv
FARMAKOGENETIKA studuje rozdílné účinky léčiva u
rozdílných pacientů in vivo, které jsou dány přítomností dědičných
variant genů.
FARMAKOGENOMIKA studuje rozdílné účinky potenciálních
léčiv in vivo i in vitro na genovou expresi jako celek. Hodnotí
expresní profily.
DEFINICE
2. Molekulárně biologická podstata
genového polymorfismu a
následky mutací
JAKÁ JE PODSTATA
VARIABILITY GENŮ?
Je to existence
několika ALELOVÝCH VARIANT každého genu,
které vznikly během evoluce mutací
a dědí se z rodičů na děti
Tyto rozdílné „variantní“ alely kódují rozdílné
„variantní proteiny“
(enzymy, receptory, iontové kanály, strukturní
proteiny, membránové transportéry….)
Jednotlivé variantní alely genů se liší v DNA struktuře
ALELOVÁ VARIANTA S FREKVENCÍ > 1%
VZÁCNÁ ALELOVÁ VARIANTA
ALELOVÁ VARIANTA S FREKVENCÍ < 1%
COMMON GENE POLYMORPHISM
(běžný genový polymorfismus)
Polymorfní (variantní) alela
Mutantní alela
VÝSKYT
alelových variant se liší
mezi
jednotlivcemi
mezi
populacemi
Rozdíly mezi populacemi komplikují
farmakogenetické klinické studie
Relativní alelická frekvence CYP2D6 variantních alel (v %)
Schimizu et al. Drug Metab. Pharmacokinet. 18 (1): 48-70, 2003.
Ingelman-Sundberg. Pharmacogenomics J. 5(1): 6-13, 2005.
Příklad populačních rozdílů
ALELOVÉ VARIANTY
VZNIKAJÍ MUTACÍ
1) BODOVÉ MUTACE
- záměnové (substituce)
- posunové (delece, inzerce) - frameshift
Nejčastější mutací je záměna jediného nukleotidu =
= single nucleotide polymorphism = SNP (přes 90 %)
= jednonukleotidový polymorfismus
V současné době nalezeno asi 2 miliony SNPs-ů
2) TANDEMOVÉ REPETICE
- minisatelity (VNTR)
(10-60 nukleotidů, vznikají inzercí několika kopií)
- mikrosatelity (STR)
(2-6 nukleotidů opakující se až 60x)
Nejběžnější typ: CACACACA… tvoří 30-60%
dinukleotidových repetic
ALELOVÉ VARIANTY
VZNIKAJÍ MUTACÍ
Klinické následky mutace
závisí na její
LOKALIZACI
1.Mutace v oblasti kódující části genu (exonu)
2.Mutace v regulačních oblastech genu
(obecně 5' úseku genu)
3. Mutace v oblasti rozhraní exonu a intronu
4. Mutace v nekódujících oblastech genu
(intronu)
Regulační oblast genu
Exony
Introny
Rozhraní exon/intron
Klinické následky mutace
závisí na její
LOKALIZACI
ZÁMĚNA NUKLEOTIDU (záměnové mutace)
Vede ke změně jediné AK
nesynonymní nebo nonsense
mutace
Nevede ke změně AK
(synonymní (tichá; silent) mutace
DELECE, INZERCE (posunové mutace)
Změna čtecího rámce změna všech AK od místa mutace,
případně předčasný vznik stopkodónu
CO MÁ VĚTŠÍ DOPAD NA
FUNKČNOST
KÓDOVANÉHO PROTEINU
ZÁMĚNA (SUBSTITUCE) NUKLEOTIDU(-Ů)
LOKALIZOVANÁ
 na rozhraní exonu a intronu
 v regulačních oblastech genu
Mají stejný klinický dopad na funkčnost kódovaného
proteinu jako posunové mutace
Synonymní (tiché) mutace Nonsense mutace
Nesynonymní mutace
NÁSLEDKY MUTACÍ
1. Mutace v oblasti kódující části genu (exonu)
změna AK v proteinovém řetězci
 změna aktivity metabolických enzymů, vazebná afinita
k substrátu
 změna transportní aktivity membránových proteinů
 změna ve struktuře receptorů, buněčných strukturách
 změna elektrofyziologie iontového kanálu
 změna v proteinech signálních kaskád
2. Mutace v regulačních oblastech genu
(promotor nebo obecně 5' úseku genu)
změna genové exprese
 nedostatek nebo nadbytek kódovaného proteinu
(enzym, strukturní protein, receptorový nebo
kanálový protein…)
NÁSLEDKY MUTACÍ
3. Mutace v oblasti rozhraní exonu a intronu
chybný sestřih primárního transkriptu
pre-mRNA na mRNA
 zkrácení nebo prodloužení proteinového řetězce
 ztráta nebo omezení funkčnosti kódovaného
proteinu, výjimečně nabytí nové funkce.
NÁSLEDKY MUTACÍ
4. Mutace v nekódujících oblastech genu
Přímý vliv na proteinový řetězec nemají, přesto
mohou mít zprostředkovaný klinický dopad
Až 97% genomu člověka jsou tzv. nekódující oblasti.
Některé úseky jsou velmi konzervativní a mají
regulační funkce. („Ostrovy genetické stability“).
Jsou velmi důležité pro přežití jedince
NÁSLEDKY MUTACÍ
Rozdílná genetická výbava je zodpovědná za
individuální rozdíly ve
farmakokinetice/farmakodynamice:
 Účinnost/neúčinnost podávaného léčiva
 Výskyt závažných nežádoucích účinků
Common Gene polymorphism
SHRNUTÍ
Běžný genový polymorfismus
Řada genů je polymorfních, ovšem NE každý genový
polymorfismus má klinicky viditelný dopad
1. Ovlivňující farmakokinetiku
2. Ovlivňující farmakodynamiku
3. Asociované s rizikem výskytu
patologií
GENOVÉ POLYMORFISMY
Vazba na receptor a
spuštění signální
kaskády
Absorpce léčiva
(per-os)
Distribuce léčiva
Změna prodrug léčiva
na účinnou látku
Vazba léčiva na cílovou
strukturu – drug targets
Změna iontového
hospodářství a
elektrofyziologie buňky
Eliminace léčiva
Enzymová
reakce
Membránové transportní
proteiny
Enzymy
Enzymy; membránové
transportní proteiny;
EnzymyStrukturní
proteiny
Kde se v lékové odpovědi uplatňují
proteiny
Ovlivňující
FARMAKOKINETIKU
ABSORPCE, DISTRIBUCE A EXKRECE LÉČIV
 Aniontové, kationtové a peptidové přenašeče
např. OAT1 až 3, OATP8, OCTN2, PepT1, OATP1B1 (SLCO1B1)
 Proteinové transportéry s multidrug rezistencí
MRP1 až MRP6
 P-glykoproteinové transportéry s multidrug rezistencí
MDR1 (ABCB1 gen), MDR3, SPGP...
Geny kódující transportéry a membránové přenašeče
 Tvorba pozměněných, nefunkčních transportérů
 Nedostatečné množství transportních proteinů
 Změna vazebné afinity přenašečů k substrátům
KLINICKÝ DOPAD:
Geny kódující biotransformační enzymy
METABOLISMUS LÉČIV
Enzymy I. biotransformační fáze
Enzymy cytochromu P 450: CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19, CYP3A4
 MTHFR (metylen tetrahydrofolát reduktáza)
 DPD (dihydropyrimidin dehydrogenáza) (5-FU)
Enzymy II. biotransformační fáze
 TPMT (thiopurin S-methyl transferáza)
 NAT1, NAT2 (N-acetyl transferázy)
 UGT1A1 (uridin-difosfát glukuronosyl transferáza 1A1)
Ovlivňující
FARMAKOKINETIKU
KLINICKÝ DOPAD:
U PROLÉČIVA může snížená aktivita enzymu znamenat
vytvoření nedostatečného množství aktivního metabolitu
a nedostatečnou účinnost léčiva
Zpomalení metabolických dějů →
→ zpomalené odbourávání léčiva →
→ hromadění léčiva v organismu →
→ růst nežádoucích účinků až intoxikace
 Snížení / zvýšení aktivity daného enzymu
 Změna vazebné afinity k substrátům
SNÍŽENÍ AKTIVITY enzymu
Zrychlení metabolických dějů →
→ zrychlené odbourávání léčiva →
→ nedostatečné množství léčiva v organismu →
→ nedostatečná účinnost léčiva
ZVÝŠENÍ AKTIVITY enzymu
KLINICKÝ DOPAD:
 Snížení / zvýšení aktivity daného enzymu
 Změna vazebné afinity k substrátům
Pozor na situaci, kdy enzymová aktivita již
snížená geneticky je dále utlumena přítomností
INHIBITORU může být velmi nebezpečné především
za situace, že neexistuje alternativní cesta
odbourávání léčiva jiným enzymem.
Lékové interakce mohou být klinicky závažnější u
pacientů s variantními alelami v genech kódujících
biotransformační enzymy
GENOVÉ POLYMORFISMY
versus
LÉKOVÉ INTERAKCE
GENOTYPIZACE je stanovení genotypu  homozygot pro
standardní alelu, heterozygot, homozygot pro variantní alelu
FENOTYPIZACE je zařazení pacienta na základě výsledků
měření aktivity enzymu (TDM) mezi ultrarychlé, rychlé, střední,
pomalé metabolizéry dle metabolické aktivity daného enzymu
nebo izoenzymu
OBA PŘÍSTUPY MAJÍ VÝHODY I NEVÝHODY
DVA DŮLEŽITÉ POJMY…
GENOTYPIZACE (Laboratoř lékařské genetiky)
Výhoda:
Genotyp se po celý život člověka nemění, jeho stanovení lze
udělat jednou na celý život
Nevýhoda:
Samotné určení genotypu v daném genu nám nic neřekne o
 interakci s vnějším prostředím (interagující další léčiva nebo složky
potravy)
 kompenzační schopnosti organismu (přítomnost dalších
genových polymorfismů??)
FENOTYPIZACE (TDM monitoring)
Výhoda:
Stanovení fenotypu (aktivity enzymu) v jednom konkrétním
čase je schopno zachytit všechny vlivy současně (genetické i
negenetické), ale v jednom konkrétním čase
Nevýhoda:
Skutečná aktivita enzymu je velice proměnlivá v čase (z hlediska
negenetických faktorů), je nezbytné provádět stanovení
opakovaně.
RMs – rapid metabolisers
IMs – intermediate metabolisers
PMs – poor metabolisers
S S
V
V V
S
S = standardní a.
V = variantní a.
GENY KÓDUJÍCÍ PROTEINY, KTERÉ JSOU CÍLOVÝMI
STRUKTURAMI LÉČIV
 Receptorové proteiny
β1, β2, β3 rcp.…Receptory pro dopamin, serotonin, angiotenzin II,
sulfonylureu, estrogenový , glukokortikoidní, ryanodinový receptor
 Cílové enzymy („drug targets“ pro léčiva)
VKORC-1, ACE, LTC-4 syntáza, cholesterol-7α-hydroxyláza
Ovlivňující
FARMAKODYNAMIKU
LÉČIVO MÁ SNÍŽENOU
ÚČINNOST NEBO JE NEÚČINNÉ
PROTEINOVÉ SLOŽKY SIGNÁLNÍCH KASKÁD
Podjednotky G-proteinu, signální molekuly
GENY KÓDUJÍCÍ PROTEINY S VÝZNAMNOU FUNKCÍ :
 v metabolismu endogenních látek
ALOX5 + LTC4 syntáza. Enzymy katalyzující tvorbu leukotrienů.
Polymorfismy asociovány s výskytem ASTMATU.
AMPD = adenosin monofosfát deamináza. Klíčový enzym
pro katabolismus adeninu a adenosinu. Má význam pro
metabolismus svalů  METABOLICKÁ MYOPATIE.
Cholesterol-7-α-hydroxyláza. Enzym katalyzující přeměnu
cholesterolu na žlučové kyseliny. Jeho hladina nepřímo koreluje s
hladinou cholesterolu v plazmě  HYPERCHOLESTEROLÉMIE.
Asociované s rizikem
výskytu patologií
 v buněčné signalizaci
Receptor pro LDL částice  FAMILIÁRNÍ HYPERCHOLESTEROLÉMIE
CCR5 receptor  REZISTENCE K AIDS
Gen LQT3 (SCNA) pro α-podjednotku INa  BRUGADŮV SYNDROM
Gen LQT1 (KCNQ1) pro α-podjednotku Iks  TĚŽKÝ PRŮBĚH LQTS
 v aktivaci/inaktivaci imunitního systému
produkce cytokinů, proces adheze leukocytů, …
Glykoprotein ICAM1  ZÁNĚTLIVÁ ONEMOCNĚNÍ
HLA systém  PREDISPOZICE např. SLE nebo K CELIAKII
NOD2/CARD15  CROHNOVA CHOROBA
KLINICKÝ DOPAD:
U nositelů variantních alel (zvl. u homozygotů) je
signifikantně vyšší riziko VZNIKU patologického stavu,
případně hrozí ZÁVAŽNĚJŠÍ PRŮBĚH ONEMOCNĚNÍ
3. Příklady klinicky
významných genových
polymorfismů
ZNAČENÍ GENOVÝCH
POLYMORFISMŮ
1. Triviální značení - SNP (substituční mutace)
na úrovni PROTEINOVÉHO řetězce
na úrovni NUKLEOTIDOVÉHO řetězce
Gly389Arg G389R
G20967A 20967G>A
2. FASTA formát (pro účely práce s databází)
rs45625835 = reference sequence
V databázi uvedeny kromě vlastního polymorfismu i okolní sekvence
ENZYMY
CYTOCHROMU P 450
V genu pro CYP2D6 bylo identifikováno více jak 100 polymorfismů,
které vedou od úplné deficience enzymu, přes jeho sníženou
aktivitu až k ultrarychlému metabolismu.
Představuje sice pouze 4 % aktivity všech izoenzymů, ale
biotransformuje téměř 25 % klinicky používaných léčiv. Genové
polymorfismy mají významnější klinický dopad tam, kde
metabolismus nemá alternativní cesty.
CYP2D6
Ultrarychlí metabolizéři (URMs)
Nositelé duplikovaných a multiduplikovaných genů
Rychlí metabolizéři (RMs)
Většinová populace, tj. nositelé standardních alel + heterozygoti pro
alely snižující aktivitu
Pomalí
metabolizéři
(PMs)
Homozygotní
nositelé variantních
alel snižujících
aktivitu enzymu,
příp. vedoucích k
inaktivaci enzymu
Rozdělení populace podle fenotypu v CYP2D6
Standardní (wild) alely:
CYP2D6*1 a CYP2D6*2
Variantní alely:
*3, *4, *5 - kódují inaktivní enzymy
*10 ,*17 - kódují enzymy se sníženou aktivitou
Variantní alela CYP2D6*10 (substituce C188T ~ Pro34Ser)
V Kavkazské populaci - 1-2% , Asiaté až 51%, Afroameričané 6%
Variantní alela CYP2D6*4 (G1934A  chybný sestřih)
V Kavkazské populaci - 12-21%, Asiaté 1%, Afroameričané 2%
Duplikace až multiplikace genu CYP2D6
(může být 2,3,4,5, až 13 kopií genu za sebou ). Jsou příčinou
ultrarychlého metabolismu.
Nejvyšší výskyt v populacích Středního východu a na severu Afriky.
CYP2D6
7% populace patří mezi lidi s nízkou aktivitou,
kolem 1% s vysokou aktivitou enzymu CYP2D6
Klinické důsledky snížené aktivity CYP2D6
• Desetinásobné zvýšení plazmatické koncentrace ATOMOXETINU
u dětí při stejné dávce  vyšší riziko NÚ (terapie hyperaktivity)
• Smrt dítěte léčeného FLUOXETINEM (antidepresivum) přičítána
předávkování v důsledku polymorfismu v genu CYP2D6)
• Nedostatečný analgetický účinku TRAMADOLU (analgetikum) V
menší míře se tvoří metabolit, který má ještě větší analgetický účinek než
samotná látka tramadol.
• Rezistence k analgetickému účinku KODEINU (5-10% kodeinu se
přeměňuje na morfin demetylací enzymem CYP2D6). Při nedostatečné
aktivitě tohoto enzymu – vzniká více glukuronid, který nemá analgetický úč.
CYP2D6
Klinické důsledky zvýšené aktivity CYP2D6
• Vyšší procento metabolizace KODEINU na MORFIN  intoxikace
• Riziko recidivy u pacientek s nádorovým onemocněním prsu
léčených TAMOXIFENEM, který je rychle metabolizován
CYP2D6 genové polymorfismy mohou mít vliv na
závažnost otrav amfetaminy, opioidními analgetiky a
antidepresivy
(Haufroid V, Hantson P. 2015)
Extáze je také substrát enzymu CYP2D6
SNAHA O
INDIVIDUALIZACI TERAPIE

změna doporučeného dávkování
ANTIDEPRESIV (risperidon…) u
pacientů s genovými polymorfismy v
genu pro CYP2D6.
…“Může dojít ke změně doporučeného dávkování až o 80 % pro PM
Pro pacienty s fenotypem URM jsou zatím známá ojedinělá data, která
naznačují nutnost zvýšit dávkování některými antidepresívy 2–3krát“….
DALŠÍ IZOENZYMY CYTOCHROMU P 450
významné z hlediska přítomnosti genových polymorfismů
Podílí na metabolismu např. warfarinu (S-izoforma), fenytoinu,
nesteroidních antiflogistik, losartanu, karbamazepinu, diclofenaku…
Standardní (wild) alela:
CYP2C9*1
Variantní alely:
*2 - redukce afinity enzymu k substrátu. Výskyt: 8-13 % Kavkazanů
*3 - změna substrátové specificity Výskyt: 6-9 % Kavkazanů
CYP2C9
Komplikace mohou být u hypoglykemizujících
ANTIDIABETIK (deriváty sulfonylmočoviny) která jsou
metabolizovaná CYP2C9. Snížený metabolismus 
výrazná hypoglykémie
Pacienti s genovými polymorfismy v CYP2C9
potřebují pro udržení stejného INR 2-3 nižší
dávky WARFARINU. A to 5-6 x.
Situace je komplikována stereoizomerií
warfarinu.
S-warfarin majoritně metabolizován CYP2C9
R-warfarin metabolizován CYP3A4 a CYP1A2
Poměr S:R v plazmě se může měnit.
Průměrná denní dávka warfarinu
u jednotlivých genotypů CYP2C9 pro dosažení cílového INR
4,6
3,7
3,1
2,1 2,2
1,1
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
*1/*1 *1/*2 *1/*3 *2/*2 *2/*3 *3/*3
mg
Nevludová –Hanzelková L. 2008
Podílí se na metabolismu např. omeprazolu (minoritně i CYP3A4)
citalopramu (ze 60 %), diazepamu…rovněž se podílí na konverzi
proléčiva klopidogrelu na jeho aktivní metabolit.
Standardní (wild) alela: CYP2C19*1
Variantní alely:
CYP2C19*2 inaktivní enzym (aberantní splicing)
Výskyt: 15 % Kavkazanů 12-23 % Asiatů
CYP2C19*3 inaktivní enzym (* stop kodónu)
Výskyt: 0,4% Kavkazanů 1% Asiatů
CYP2C19*17 (rs12248560) ultrarychlý metabolismus
Výskyt: až 21 % Kavkazanů, 2,7 % Asiatů
Asi 3% Evropanů má kompletní deficit CYP2C19 (*2 *2)
CYP2C19
Odezva pacienta na léčbu je nejlepší u PMs.
CYP2C19 katalyzuje přeměnu antimalarika PROQUANILU na
vlastní aktivní metabolit  nedostatečně efektivní terapie
malárie u PMs (v asijských populacích až 20 % PMs.)
Léčba omeprazolem + amoxicilinem
!!
Popsány případy neúčinnosti antiagregační
terapie (KLOPIDOGREL, TIKLOPIDIN)
u jedinců s variantními alelami, ale také při
současném užívání s OMEPRAZOLEM 
ZVÝŠENÉ RIZIKO KVS PŘÍHOD z důvodu
neúčinnosti antiagregancií (proléčiva)
V takovém případě je doporučeno nahradit omeprazol
rabeprazolem (nebo lansoprazolem, pantoprazolem ) nebo
klopidogrel prasugrelem (nebo tikagrelorem)
V genu NAT2 popsáno 7 genových polymorfismů charakteru
záměny (substituce).
Nositelé *4 a *12C jsou rychlí metabolizéři
Nositelé ostatních variantních alel pomalí metabolizéři
Klinický důsledek SNÍŽENÉ aktivity NAT2  vzrůstá riziko NÚ
• IZONIAZID  periferní neuropatie
• SULFONAMIDY  hypersenzitivní reakce
• HYDRALAZINY  syndrom podobný jako lupus (SLE)
Klinický důsledek ZVÝŠENÉ aktivity NAT2 
• AMONAFID (proléčivo - inhibitor topoizomerázy II)  rychlí
acetylátoři = efektivnější myelosuprese, ale i vyšší riziko
leukopenie
N-acetyl transferáza 2 (NAT2)
Katalyzuje fluoropyrimidiny, např. 5-FU na neaktivní metabolit.
Význam pro účinnost + toxicitu kombinací protinádorových léčiv
obsahujících 5-FU.
DPD (dihydropyrimidin-dehydrogenáza)-gen DPYD
Standardní (wild) alela: *1
Variantní alely:
*2A - chybné rozpoznání místa sestřihu. Vzniká krátký protein 
inaktivní enzym
*13 - snížená aktivita enzymu.
Výskyt: 1-5,8 % Kavkazanů má polymorfismus ovlivňující funkci enzymu DPD
Katalyzuje konverzi 5,10 methylen-tetrahydrofolátu na 5-methyl-
tetrahydrofolát.
Variantní alely vedou ke snížení aktivity enzymu  zpomalená
metylace homocysteinu na methionin  akumulace
homocysteinu v plazmě  kardiovaskulární riziko
Nejznámější polymorfismy:
C677T A1298C
 Zvýšená prevalence tromboembolických poruch u nositelů
 U homozygotních nositelek variantních alel zvýšené riziko
spontánních abortů
 Zvýšená toxicita cytostatika CMF (cyklofosfamid, MTX, 5-FU)
MTHFR (methylen-tetrahydrofolát-reduktáza)
UGT1A1 (uridin difosfát glukuronosyl transferáza)
Tento enzym detoxifikuje rozdílné endogenní substance včetně
bilirubinu a podílí se na biotransformaci IRINOTECANU* na
netoxické metabolity.
* IRINOTECAN se používá v terapii nádorových onemocnění např. u
kolorektálního karcinomu.
Genový polymorfismus je na úrovni promotoru  snížená exprese
 SNÍŽENÁ AKTIVITA
FAMILIÁRNÍ HYPERBILIRUBINÉMIE (cca 12% populace)
VYSOKÉ RIZIKO TOXICITY (myelotoxicita, průjmy) u
pacientů užívajících IRINOTECAN


TPMT se podílí na metabolismu thiopurinových léčiv (AZATHIOPRIN,
MERKAPTOPURIN (6-MP), THIOGUANINY).
TPMT (thiopurin S-methyl transferáza)
Standardní alela: TPMT*1
Variantní alely jsou SNP
TPMT*2: G238C
TPMT*3B: G460A
TPMT*3C: A719G
TPMT*3A: kombinace
G460A + A719G
VÝSKYT VARIANTNÍCH ALEL
V POPULACÍCH
Kavkazská - TPMT*3A, TPMT*3C,
TPMT*2
Africká - TPMT*3C
Afro-americká - TPMT*3C,
TPMT*2
Asijská - TPMT*3C
léčba akutní lymfoblastické
leukemie, imunosupresivum, léčba
IBD… např. Crohnova choroba.
11 % Evropanů má sníženou
katalytickou aktivitu TPMT
0,3 % Evropanů má kompletní
deficit tohoto enzymu
Přítomnost variantních alel  snížení aktivity enzymu TPMT
MYELOSUPRESE
těžké, život ohrožující toxicity při užívání thiopurinů
zvl. pro KREVNÍ KMENOVÉ BUŇKY
FATÁLNÍ LEUKOPENIE
Genetické testování TPMT je dnes v klinické praxi rutinní
TPMT (thiopurin S-methyl transferáza)
Standardní (wild) alela:
Variantní alely:
Standardní dávka
Heterozygoté: 65 % standardní dávky
Homozygoté: 6-10 % standardní dávky
TRANSPORTÉRY
 ABC transportéry proteinové a P-glykoproteinové povahy
(MDR, MRP, BCRP, P-gp, LRP)
 SLC transportéry (SLC2A1, SLCO,…OAT, OATP, OCT,OCTN)
(aniontové, kationtové a polypeptidové transportéry)
Pro farmakokinetiku léčiv jsou nejvýznamnější genové
polymorfismy v ABC transportérech.
Přítomnost polymorfismů v genech kódujících transportéry ovlivňují efflux
léčiva z buňky (nádorové buňky)
NÍZKÁ HLADINA
cytostatika v nádorové
buňce
VYSOKÁ HLADINA
cytostatika v
nádorové buňce
RELAPS RIZIKO ZÁVAŽNÝCH NÚ
MDR1 (ABCB1)
kóduje ATP-dependentní effluxovou P-glykoproteinovou pumpu.
Chrání buňky proti xenobiotikům. Velkým problémem je zvýšená
exprese v nádorových buňkách  multidrug rezistence
Nejvíce studované polymorfismy v tomto genu:
 1236C>T
 2677G>T/A
 3435C>T
Studovány jsou obvykle společně.
Ovlivňují biologickou dostupnost cytostatik, kinetiku takrolimu,
ondansetronu, popsáno vyšší riziko CML a neefektivita terapie,
náchylnost k UC, vznik kortikorezistence……
VKORC1
= gen kódující C1 podjednotku transmembránového proteinu - „vitamin
K epoxid reduktáza“ -VKOR. V genu jsou známy dva polymorfismy
vyskytující se v těsné vazbě.
C1173T (v intronu)
– G1639A (v promotoru)
 homozygotní nositelé variantních alel AA mají až 10,5 x vyšší
riziko předávkování warfarinem.
Efekt je ještě potencován přítomností variantních alel v
genu pro CYP2C9 nebo lékovými interakcemi.
Účinnost WARFARINU
Iniciální dávka WARFARINU podle CYP2C9 a VKORC1 genotypů,
doporučeno CPIC a upraveno z FDA materiálů
Rozpětí jsou odvozena z mnoha publikovaných klinických studií
Konsorcium pro zavádění farmakogenetických poznatků do klinické praxe
(CPIC - Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium)
doporučuje používat tuto dávkovací tabulku pokud nelze použít
farmakogenetický algoritmus na stránkách
http://www.warfarindosing.org Ten predikuje optimální dávku warfarinu i
s ohledem na další faktory.
ALOX-5 (arachidonát 5 lipoxygenáza) - polymorfní úseky v
promotor. oblasti
ACE (angiotenzin konvertující enzym) - delece/inzerce repetit. s.
v intronu 16
GENETICKY
MODIFIKOVANÉ
CÍLOVÉ STRUKTURY LÉČIV
Polymorfismus v tomto enzymu se vyskytuje u pacientů s
bronchiálním astmatem.
Redukce terapeutické odpovědi na ZILEUTON - inhibitor ALOX-5.
Jedinci se dvěma delečními alelami mají 2x vyšší hladinu ACE v
plazmě → predispozice k hypertenzi, špatná prognóza v případě
srdečního selhání a slabá terapeutická odpověď na ACE inhibitory.
Glukóza - 6 - fosfát dehydrogenáza katalyzuje redukci NADP+ na
NADPH  ochrana buněk před oxidačním stresem, zvl. u
erytrocytů. Pokud chybí hrozí hemolýza erytrocytů.
V genu, který je na chromozomu X bylo identifikováno více než
180 variantních alel (90 % SNPs). Výskyt variatních alel zvl. v
oblastech s výskytem malárie.
U jedinců s mutací (hemizygotní chlapci, homozygotní
dívky) je zvýšené riziko akutní hemolýzy 24-72 hodin
po podání léčiv: acetylsalicylová kys. ASA, nitrofurantoin,
sulfametoxazol, chloramfenikol, ciprofloxacin,….
DEFICIT G6PD „fabismus či favismus“
FAMILIÁRNÍ HYPERCHOLESTEROLÉMIE
 V genu pro LDL receptor bylo popsáno víc než 680 mutací po
celém genu. Vedou ke zkrácení receptorového proteinu nebo
jeho úplnému chybění
 SNP v genu kódujícím cholesterol-7-α-hydroxylázu 
odchylky LDL částic.
FAMILIÁRNÍ HYPERINZULINÉMIE
Nalezeny mutace v ATP-draslíkovém kanále, který je součástí
receptoru pro sulfonylureu (SUR) – delece, substituce,
alternativní sestřih – vznikají nefunkční formy receptoru
ÚČINNOST FARMAKOTERAPIE MŮŽE BÝT
KOMPLIKOVANÁ I V PŘÍPADECH
Přítomnost obou
variantních alel genu
ICAM-1 (CD54) zvyšuje
u svého nositele
pravděpodobnost
vzniku zánětlivých
onemocnění (často
autoimunitní etiologie)
Mutace v genu NOD2 /CARD15 predisponují svého nositele k
nespecifickým střevním zánětům = IBD, zvl. CROHNOVA CHOROBA
Polymorfismy
asociované s rizikem
výskytu patologií
„TROMBOFILNÍ“ GENY
Faktor V
Faktor II (protrombin)
Faktor XIII
Protein C (PROC) = přirozený antikoagulační faktor
(MTHFR)
Studovány z hlediska trombofílií jsou také polymorfismy v dalších
genech: gen pro PAI-1 , receptor PROC, gen pro TNF-α
Jsou to geny, jejichž variantní alely predisponují své nositele k
hluboké žilní trombóze (HŽT), tromboembóliím a jiným
poruchám rovnováhy mezi prokoagulačními a antikoagulačními
faktory.
Podstatou je bodová mutace G1691A → záměna AK Arg506Gln
ve štěpných resp. inaktivačních místech aktivovaného C proteinu
(APCR)
Změna tohoto štěpného místa  snížení degradace faktoru V a
VIII.
Leidenská mutaceFAKTOR V
Výskyt
5% Evropanů. Nevyskytuje se mimo Evropu!
4-8x zvýšené riziko vývoje žilní trombózy u heterozygotů
50-80x vyšší riziko u homozygotů.
V kombinaci s užíváním hormonální antikoncepce riziko ještě
mnohem vyšší.
Mutace je asociována s rekurentními časnými potraty
(Recurrent Pregnancy Loss – RPL)
FAKTOR II- PROTROMBIN
Substituční mutace G20210A. Přítomnost zvyšuje riziko rozvoje ŽT
Výskyt:
2% v Kavkazské populaci
FAKTOR XIII
Polymorfismus V34L nalezen v kódujícím úseku genu pro
podjednotku A faktoru XIII. Variantní alele připisován protektivní
efekt proti HŽT.
Někdy stanovován haplotyp s označením FV R2 haplotype
(H1299R) = kombinace 4 mutací (3 mutace v genu pro FV,
včetně Leidenské + 1 mutace v protrombinu). Bylo zjištěno, že
produkty genů v tomto haplotypu ovlivňují protrombinázový
komplex.
PROTEIN C
Systém proteinu C (PROC) a proteinu S (PROS) je jeden z nejdůležitějších
mechanismů down-regulace procesu krevního srážení. PROC se váže na
komplex trombin-trombomodulin *APC.
APC + PROS → proteolýza Va a VIIa.
Deficit PROC je rizikovým faktorem pro tromboflebitidu,
hlubokou žilní trombózu a plicní tromboembolismus.
V současnosti studovány tři polymorfismy v promotoru genu pro
protein C -1654 C/T, -1641 A/G and -1476 A/T
u nichž byla nalezena korelace s plazmatickou hladinou PROC 
riziko rozvoje HŽT.
Všechny tři polymorfismy se dědí společně v haplotypu.
Některé z haplotypů jsou protektivní, jiné trombofilní
Určitá kombinace alel genů
kódujících HLA molekuly
predisponuje své nositele k výskytu
CELIAKIE (HLA-DQ2, HLA-DQ8, DRB1).
Jedinec může mít rizikový genotyp
a po celý život neonemocnět. Je
však prakticky vyloučeno, aby
jedinec s celiakií neměl rizikový
genotyp
Některé HLA haplotypy asociovány s:
 kožní hypersenzitivitou nebo
 S poškozením jater vyvolaných
někt. léčivy:
Allopurinol, karbamazepin, abacavir
Přítomnost genového polymorfismu pouze
ukazuje na STATISTICKY VYŠŠÍ
PRAVDĚPODOBNOST výskytu daného jevu
(patologie, závažného NÚ, neúčinnosti terapie),
který ovšem nemusí nastat.
Některé genové polymorfismy se sdružují do
bloků – haplotypů, které se dědí společně (en block).
K určení daného haplotypu lze identifikovat jen několik „značek“.
Jako tyto značky mohou sloužit SNP (jednonukleotidové
polymorfismy).
HAPLOTYPOVÉ MAPOVÁNÍ LIDSKÉHO GENOMU
(Projekt HapMap).
Již dnes lze hodnotit pomocí tzv. SNP čipů několik set tisíc SNP
najednou. Problémem je interpretace a využití obrovského
množství takto získaných dat
4. Možnosti využití
farmakogenetiky a
farmakogenomiky v klinické
praxi, rizika a omezení
1. PERSONALIZOVANÁ MEDICÍNA
= multidisciplinární vědní obor, zabývající se optimalizací
léčebných a diagnostických postupů u konkrétního pacienta s
využitím moderních metod.
SPRÁVNÁ DIAGNÓZA
SPRÁVNÁ LÉČBA
PRO SPRÁVNÉHO PACIENTA
VE SPRÁVNÉM ČASE
KLINICKÉ MOŽNOSTI
VYUŽITÍ
FARMAKOGENETIKY
„Personalised medicine, precision medicine“
2. INDIVIDUALIZACE FARMAKOTERAPIE
 farmakoterapie „ušitá na míru“ pro konkrétního pacienta
tak, aby byla NEJEFEKTIVNĚJŠÍ a měla NEJMÉNĚ NÚ
 výběr vhodné kombinace při maximálním snížení rizika
lékových interakcí
 úprava dávkování respektující genový polymorfismus
IDEÁLNÍ LÉČIVO:
 Efektivní léčba nebo prevence nemoci
 Minimální nežádoucí účinky
3. PREDISPOZICE K PATOLOGICKÝM STAVŮM
 Upřesnění diagnózy
 Predikce rozvoje choroby
 Vyhnout se vysoce rizikové farmakoterapii
 Úprava životního stylu
K čemu nám toto zjištění bude ?
Oddálení nástupu choroby
Zmírnění projevů nemoci
Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium
(CPIC)
CÍL : vytvořit volně dostupné, recenzně hodnocené GUIDELINES
PRO DÁVKOVÁNÍ LÉČIV pro ty, kteří mají přístup k preventivnímu
genetickému testování
Pharmacogenetic and Pharmacogenomic Knowledge
Base (PharmGKB)
CÍL: vytvořit dokonalý zdroj informaci o interakcích mezi
genetickou variabilitou a lékovou odpovědí www.pharmgkb.org
„CLINOMICS“ (Aplikovaná klinomika) studuje genomická
data společně se souvisejícími daty klinickými
Genetické predispozice nelze
ani přeceňovat ani
podceňovat !
je výsledkem vzájemných interakcí mezi
VNĚJŠÍMI FAKTORY + GENETICKÝMI FAKTORY
INDIVIDUÁLNÍ RIZIKO
KLINICKÝCH KOMPLIKACÍ
• Epigenetické změny v DNA
(metylace, acetylace)
• Rozdílná inaktivace chr. X
• Posttranslační modifikace
proteinů (alternativní
sestřih)
• Genotyp:
GENETICKÉ FAKTORY
NEGENETICKÉ FAKTORY
geny kódující receptory , iontové kanály,
metabolické enzymy , transportéry….. a další
Faktory vnějšího prostředí
• NUTRIČNÍ FAKTORY, životní styl
(kouření, konzumace alkoholu,
sportovní aktivity) pozitivní
myšlení…
• DRUG-DRUG INTERAKCE
(souběžně podaná léčiva)
Negenetické změny
DNA, RNA, proteinů
Vytvoří podmínky
Jsou spouštěčem patogeneze
Spolupráce personalizované medicíny a
farmaceutického průmyslu – specificky cílená léčiva
 HERCEPTIN: léčba HER2 pozitivních metastatických nůdorů
prsu
 GLEEVEC: léčba pacientů s Filadelfským chromozomem –
pozitivní chronická myeloidní leukémie
 ERLOTINIB: léčba nemalobuněčného karcinomu plic
Nejefektivnější v případě, že nádory jsou pozitivní na receptory
pro epidermální růstový faktor
 ILOPERIDON: Léčba schizofrenie. Společnost identifikovala
genetický marker, který predikuje dobrou odpověď na léčivo
 MARAVIROC: léčba HIV.
CCR5 je chemokinový receptor, především na membráně buněk
imunitního systému. Mj. zprostředkovává vstup HIV-1 virů do buněk
Th lymofocytů.
V genu identifikována delece 32bp dlouhá
(∆32 alela)  chybný receptorový protein 
nedostatek receptorů
Homozygotní nositelé této alely
jsou přirozeně rezistentní vůči
infekci kmenem HIV-1
Využití znalostí genových polymorfismů ve
farmakoterapii při hledání nových léčiv
MARAVIROC
(antiretrovirotikum)
Před zahájením léčby nutno
provést TEST TROPISMU!
M-tropní kmeny HIV-1 (virus R5)
vstupují přes CCR5 receptory
T-tropní kmeny HIV-1 (virus X4)
vstupují přes CXCR4 receptory
MARAVIROC (Celsentri) je indikován k léčbě
pacientů infikovaných
jen prokazatelným CCR5-tropním HIV-1 kmenem
Děkuji vám za pozornost
FARMAKOLOGIE – I