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venerdì 12 dicembre 2014

COME FUNZIONA LA STAR ALLELE NOMENCLATURE

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Le variazioni nei geni del citocromo P450 (CYP) risultano in quattro fenotipi classici che sono: metabolizzatore ultrarapido, estensivo, intermedio e lento.

pillola con DNAUn paziente con metabolizzazione ultrarapida sarà un soggetto con copie doppie o multiple di un allele con funzionalità normale o aumentata, mentre i pazienti con metabolizzazione intermedia o lenta saranno soggetti che recano uno o più alleli fra quelli che riducono la funzionalità della proteina (tipicamente si tratta di varianti inattivanti o di delezioni del gene). Il termine metabolizzatore estensivo si riserva invece a coloro che portano due copie dell’allele normalmente funzionante. In questo caso il soggetto sarà portatore dell’allele wild-type, detto anche allele consensus che, nel sistema della star allele nomenclature, corrisponde all’allele *1. I numeri *2, *3, *4 e così via rappresentano invece alleli con funzionalità alterata che, in quanto tali, portano a profili di metabolizzazione aumentata o ridotta.

La star allele nomenclature dà la possibilità di indentificare con un'unica sigla non solo una singola variante genetica, ma anche gruppi di varianti. In particolare:

A) per alleli funzionali che possono essere in concomitanza ad altri alleli clinicamente irrilevanti, si usa distinguere l’allele originale e il gruppo di alleli associati con due differenti sigle contraddistinte dall’aggiunta di una lettera dopo il numero.

Ad esempio: la sigla CYP2B6*4A rappresenta l’allele farmacogeneticamente rilevante K262R, mentre la sigla CYP2B6*4B rappresenta la combinazione fra l’allele K262R e uno o più dei polimorfismi neutri che facilmente si possono riscontrare in associazione ad esso: -2320T>C; -1778A>G; -1186C>G; -750T>C; 18053A>G. In entrambi i casi l’effetto farmacogenomico sortito è sempre quello di K262R.

B) similmente, per l’associazione fra più alleli funzionali che tendono a segregare insieme, si utilizza la sigla che identifica l’allele con l’effetto più spiccato, nominando poi le diverse combinazioni di alleli aggiungendo una lettera al numero.

Ad esempio: la sigla CYP2C19*2 identifica la mutazione di splicing 681G>A, che agisce riducendo la funzionalità della proteina. Insieme a questa variante possono ritrovarsi anche altre varianti, che mostrano sempre un effetto funzionale, ma di entità inferiore a quello di 681G>A. Ecco così che vengono adottate le seguenti sigle per identificare le associazioni più frequenti:

CYP2C19*2A: 99C>T; 681G>A; 990C>T; 991A>G

CYP2C192*B: 99C>T; 276G>C; 681G>A; 990C>T; 991A>G

CYP2C19*C: 99C>T; 481G>C; 681G>A; 990C>T; 991A>G

In ogni caso, l’effetto farmacogenetico finale sarà quello determinato da 681G>A.

Va comunque notato che i primi alleli descritti nel database delle mutazioni dei geni CYP non seguivano queste regole, ma, per semplicità, sono stati lasciati nel database senza cambiarne la sigla.

STAR ALLELE NOMENCLATURE: LA NOMENCLATURA DEGLI ALLELI IN FARMACOGENOMICA

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pills with DNAIn farmacogenomica le varianti genetiche di rilevanza clinica vengono spesso identificate secondo una nomenclatura speciale, nella quale si fa uso dei cosiddetti star alleles. Gli alleli cioè, invece che venir identificati con la loro posizione nella sequenza del trascritto o del gene secondo le linee guida dello HGVS, vengono numerati con cifre progressive e lettere. Ad esempio: CYP3A5*2 identifica la variante genetica g.27289C>A (p.T398N). La star allele nomenclature consente così di identificare in modo rapido e semplice un determinato allele, laddove la nomenclatura HGVS potrebbe essere poco comprensibile (e più soggetta a errori di trascrizione) da parte di personale non esperto.

La star allele nomenclature ha preso origine dal sistema di identificazione degli alleli nei geni della famiglia del citocromo P450 (CYP) e da allora si è espansa a tutti i geni studiati in farmacogenomica (al di fuori della farmacogenomica la star allele nomenclature non viene mai usata). La lista degli alleli dei geni della famiglia del citocromo P450 e del gene POR è disponibile al sito http://www.cypalleles.ki.se.

La star allele nomeclature tuttavia presenta alcuni diffetti. Prima di tutto essa non indica il tipo di mutazione, cioè se si tratti, ad esempio, di una variante missenso, nonsenso, di splicing o di una grande delezione/duplicazione dell’intero gene. Secondariamente, nonostante la possibilità di identificare anche gruppi di alleli con un unico simbolo (per sapere come funziona la star allele nomeclature potete leggere qui), la star allele nomenclature non presenta un grado di flessibilità sufficiente ad esprimere la complessità e la gran mole dei dati genetici prodotti negli studi di exome/genome sequencing. La star allele nomenclature sembra cioè non andare troppo d’accordo con le analisi di high-throughput sequencing. Cionondimeno la star allele nomenclature resta la più usata nella maggioranza delle pubblicazioni di farmacogenomica nonché nella documentazione ufficiale prodotta dagli organi di regolamentazione e supervisione del mercato dei farmaci.

giovedì 11 dicembre 2014

KIT COMMERCIALI PER ANALISI DI FARMACOGENOMICA

kit commerciali per analisi di farmacogenetica
Per l’esecuzione rapida e collaudata di analisi di farmacogenomica sono disponibili sul mercato alcuni kit diagnostici. Uno di questi è il DMET™ Plus Solution kit di Affimetrix, che copre 1.936 varianti in 231 geni.

Un altro kit è il VeraCode ADME Core Panel di Illumina, che analizza le varianti di 34 geni fra quelli elencati nella lista del gruppo di lavoro PharmaADME, composto da esperti dell’accademia e dell’industria che hanno unito gli sforzi per identificare i marcatori farmacogenomici attualmente più importanti.

Un altro kit basato sulla lista del gruppo di lavoro PharmaADME è lo iPLEX® ADME PGx Pro Panel, prodotto da Agena Bioscience.


DATABASE DI FARMACOGENOMICA

database
Il database di farmacogenomica più noto è PharmaGKB. In questo database sono archiviati i dati sulle correlazioni genotipo-fenotipo più frequenti così come i risultati degli studi più recenti. Questo database è quindi di utilità sia per il medico nella sua prassi quotidiana che per il ricercatore.

Sul sito di PharmaGKB è possibile trovare anche le linee guida per l'applicazione nella pratica clinica quotidiana di alcune correlazioni farmacogenetiche fra le più note.

Non è un database, ma va citato per la sua attività di ricerca e coordinamento: è il PharmacoGenomics Reasearch Network (PGRN), che opera dal 2000 con il supporto del National Institute of Health (NIH).

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FARMACOGENOMICA E STUDI DI POPOLAZIONE

farmacogenetica e studi di popolazione
A causa della diversità genetica fra individui e popolazioni, le correlazioni farmacogenetiche possono variare considerevolmente a seconda dell'area geografica presa in considerazione. Un certo test farmacogenetico può dunque rivelarsi epidemiologicamente rilevante in una certa popolazione ma non in un’altra (sebbene, a livello individuale, il test mantenga la stessa importanza per ogni paziente).

Ad esempio, la variante 3673A nel gene VKORC1, che è associata alla possibilità di somministrare dosi inferiori di warfarin, è rara nelle popolazioni dell'Africa sub-Sahariana (meno del 10% degli individui hanno questa variante), mentre è molto frequente nelle popolazioni del sud-est asiatico (più del 90%). Esiste un consorzio, il Pharamcogenomics for Every Nation Initiative (PGENI), il cui scopo è proprio quello di caratterizzare la diversità dell’impatto farmacogenomico nelle varie popolazioni. Dati multietnici sulle frequenze alleliche dei marcatori farmacogenetici possono essere recuperati anche su FINDbase-PGx e PharmaGKB.

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VARIANTI GENETICHE DI RILEVANZA FARMACOGENETICA

farmacogenetica - farmacogenomica: mutazioni
Molti geni con varianti farmacogeneticamente rilevanti appartengono alle famiglie di geni del citocromo P450 (CYP), del solute carrier (SLC), dell’ATP-binding cassette (ABC), dell’aldeide deidrogenasi (ALDH) e dell’UDP-glucoroniltrasferasi (UGT).

Il primo gene preso in considerazione negli studi di farmacogenomica è stato quello del citocromo P450-2D6 (CYP2D6). Ancora oggi si stima che l’enzima prodotto da questo gene sia coinvolto nel metabolismo di circa il 25% di tutti i farmaci oggi comunemente usati. Fino ad ora più di 100 alleli farmacogeneticamente rilevanti sono stati identificati nella sequenza di questo gene e da diversi anni la sua genotipizzazione viene utilizzata per classificare i pazienti in quattro diversi profili di metabolizzazione: ultrarapida, estensiva, intermedia e lenta.

Molti altri geni della famiglia del citocromo P450 sono stati analizzati. Alcuni alleli di CYP2C9, ad esempio, vengono valutati (a volte insieme a varianti di VKORC1 e CYP4F2) prima della somministrazione della terapia anticoagulante (in particolare è nota l’associazione CYP2C9/warfarin). Altri farmaci la cui azione è stata caratterizzata in relazione alle varianti genetiche di CYP2C9 sono fenitoina, warfarin, acenocoumarolo, glibenclamide, gliclazide, glimepiride, phenprocoumon e tolbutamide.

Numerose sono anche le associazioni farmacologiche del gene CYP2C19: carisoprodol, citalopram, clobazam, clopidogrel, dexlansoprazolo, diazepam, esomeprazolo, lansoprazolo, nelfinavir, omeprazolo, pantoprazolo, prasugrel, rabeprazolo, voriconazolo, drospirenone etilin estradiolo, atazanavir, axitinib e ticagrelor. Nell’associazione CYP2C19/clopidogrel, ad esempio, l’allele CYP2C19*2 è stato messo in relazione a ridotta produzione di metaboliti attivi, aumentato tasso di aggregazione piastrinica e sfavorevole outcome clinico.

Alcuni altri importanti marcatori genetici sono stati identificati nelle seguenti associazioni gene/farmaco: ABCB1/aliskiren, CYP2B6/efavirenz, CYP34A/ticagrelor, aripiprazole, cabazitaxel, darunavir, dronedarone, fosamprenavir, gefitinib, indinavir, ivabradine, nelfinavir, posaconazolo, ritonavir, ruxolitinib, sirolimus, sunitinib, telithromycin, tipranavir, voriconazolo, zonisamide, CYP3A5/tacrolimus, DPYD/capecitabine, tegafur, fluorouracile, NAT2/isosorbide dinitrato and idralazina idrocloridrato, rifampicina-isoniazide-pirazinamide, SLC22A2/fampridina, SLCO1B1/simvastatina, TPMT/azatioprina, mercaptopurina, tioguanina, azatioprina, UGT1A1/irinotecan, IFNL3/PEG-interpheron-α (PEG-IFN alpha).

Un gruppo di lavoro formato da esperti dell’università e dell’industria ha stilato una lista completa dei geni con le più importanti correlazioni genotipo-fenotipo note fino ad ora. Si tratta del PharmaADME working group, la cui lista di geni (ADME gene list) è stata utilizzata anche per il design di alcuni kit commerciali.

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VALIDITÀ CLINICA DI UN TEST DI FARMACOGENOMICA

farmacogenetica e validità di un test di farmacogenetica
La validità clinica di un test genetico può essere definita come la capacità del test di identificare correttamente la causa genetica di una certa condizione clinica. Nelle malattie genetiche tipiche (vale a dire nelle patologie ad ereditarietà mendeliana e nella patologia cromosomica), la validità clinica di un test genetico, correttamente eseguito ed interpretato, può arrivare al 100%, poiché in queste malattie vi è una correlazione diretta e univoca fra la presenza della mutazione e la presenza della malattia.

Le cose non stanno esattamente così nella farmacogenomica, poiché un certo profilo di risposta al farmaco (o di suscettibilità ad alcuni dei suoi effetti collaterali) può non rimanere costante anche fra pazienti che condividono lo stesso profilo genetico. Questo a causa della complessità dell’interazione fra fattori genetici e ambientali, che è verosimilmente alla base anche della contraddittorietà nei risultati di diversi studi di farmacogenomica. Questo aspetto continua a generare notevoli diffidenze nella classe medica ed è senza dubbio uno dei motivi per i quali la farmacogenetica ha fatto fatica a diffondersi nella pratica clinica quotidiana.

Va tuttavia precisato che alcune correlazioni farmacogenetiche sono state confermate da vari studi condotti in centri e popolazioni diverse e che, come tali, sono state date per acquisite e codificate all’interno di linee guida per la loro applicazione nella pratica clinica. Si vedano ad esempio le linee guida del Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium - CPIC, www.pharmagkb.org/page/cipc, del Royal Dutch Association for the Advancement of Pharmacy-Pharmacogenetics Working Group – KNMP-PWG, dello EGAPP working group e dell’American College of Medical Genetics - ACMG). Seguendo queste linee guida il medico è facilitato nella scelta del farmaco e del suo dosaggio.

Un esempio di correlazione farmacogenetica confermata e applicata con successo nella pratica clinica è quella fra l’allele B*5701 del gene HLA-B e il rischio di reazione di ipersensibilità all’abacavir nei soggetti con infezione da HIV. Poiché la reazione di ipersensibilità all’abacavir può essere molto grave, tutti i pazienti con infezione da HIV vengono oggi sottoposti all’analisi genetica di HLA-B al fine di scegliere la combinazione di farmaci migliore.

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domenica 7 dicembre 2014

REGULOMA

REGULOMA - REGULOME - l’insieme delle interazioni molecolari che concorrono allo sviluppo di processi biologici complessi
Occupandosi di genetica diventa sempre più frequente imbattersi in termini che finiscono in -oma: genoma, trascrittoma, proteoma, interactoma e così via. Tanto è vero che in alcune pubblicazioni è direttamente citato il termine "omics" per indicare l'insieme di tutti questi universi molecolari. Alcuni autori parlano anche di reguloma (regulome). La radice del termine (regulo-) pone l’accento sulle interazioni di tipo regolativo (è ben noto come, ad esempio, l’espressione dei geni venga influenzata da vari fattori). Tuttavia il termine viene usato in senso più ampio per descrivere non solo il fenomeno di regolazione dell’espressione genica, ma anche l’insieme delle interazioni molecolari che concorrono allo sviluppo di processi biologici complessi. Nel cancro, ad esempio, si fa riferimento al reguloma per descrivere l’insieme delle mutazioni genetiche, dei trascritti, delle proteine, delle modificazioni epigenetiche e delle loro interazioni reciproche nell’ambito del processo evolutivo della patologia. Comunque lo si voglia chiamare (omics, interactoma o reguloma), il concetto fondamentale è uno: l’approccio genetico alla patologia e alla biologia umana non deve limitarsi allo studio dei geni (DNA) e trascritti (RNA), ma deve allargarsi fino a comprendere l’analisi del modo in cui DNA e RNA interagiscono con le proteine e con le altre molecole.

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FARMACOGENOMICA

FARMACOGENOMICA - FARMACOGENETICA (STUDI DI POPOLAZIONE, KIT DIAGNOSTICI, DATABASE)
La farmacogenomica (spesso chiamata anche farmacogenetica) è una disciplina che studia l'interazione fra genetica e farmaco. Fino a qualche anno fa la ricetta era più o meno la stessa per tutti, secondo il modello “one-fit-for-all”: tale malattia tale farmaco tale dose. Tuttavia, come è noto, i risultati di un trattamento farmacologico possono variare significativamente da paziente a paziente, sia per quanto riguarda l’efficacia che l’insorgenza di effetti collaterali. Grazie alla caratterizzazione del genoma umano si è scoperto che la maggior parte di queste variazioni è legata a differenze genetiche interindividuali. Nasce così la farmacogenomica (o farmacogenetica), il cui scopo principale è quello di caratterizzare varianti genetiche (dette anche marcatori farmacogenomici o farmacogenetici) al fine di supportare il medico (1) nella scelta del farmaco e (2) nell’aggiustamento della dose.

La farmacogenomica è parte della cosiddetta medicina personalizzata (o personalized medicine), che tuttavia non è un concetto nuovo. Già Ippocrate nell’antica Grecia era solito valutare l’equilibrio dei quattro elementi (sangue, flegma, bile gialla e bile nera) prima di scegliere la cura per ognuno dei suoi pazienti. Oggi non guardiamo certamente a questi fantomatici elementi, ma ai geni.

Giusto per fare qualche numero: si stima che soltanto il 30-60% dei pazienti risponda in modo ottimale alla somministrazione di beta-bloccanti, antidepressivi, statine e antipsicotici, e che le reazioni avverse ai farmaci, che possono anche prolungare significativamente i ricoveri ospedalieri, causino circa 100.000 morti all’anno solo negli Stati Uniti.

Fino a ieri la diffusione su larga scala dei test di farmacogenomica è stata frenata dai costi, dai lunghi tempi di esecuzione dell’analisi, dalla scarsezza di personale adeguatamente preparato e, non ultimo, da risultati scientifici non di rado contrastanti. Tuttavia, l’avvento di tecniche di analisi rapida ed economica e l’organizzarsi di gruppi di lavoro per la compilazione di linee guida sta aprendo la via ad una maggiore diffusione della farmacogenomica. Per saperne di più sulla farmacogenomica: