4FARMACOGENÉTICAFarmacogenética es el estudio de las bases genéticas de las variaciones a la respuesta de un fármaco, así como de la farmacogenómica, en la que se utilizan medios para explorar el genoma completo a fin de cono­cer los determinantes multigénicos de las respuestas a los fármacos. Los adelantos técnicos en genómica permiten análisis de genotipo a fenotipo en los que se estudian polimorfismos genómicos para determinar si una variabilidad genómica particular se traduce en una variación fenotípica de la respuesta a un fármaco.

Importancia de la farmacogenética en la variabilidad de la respuesta a un fármacoUna respuesta individual a un fármaco determinado depende de una interrelación compleja entre muchos factores ambientales y genéticos (figura 4-1). Los factores genéticos explican la mayor parte de las varia­ciones de los índices metabólicos de muchos fármacos. Es posible que la herencia determine 75 a 85% de la variabilidad en las vidas medias farmacocinéticas de medicamentos que se eliminan por metabolismo. Al parecer, también se hereda la citotoxicidad de fármacos.

Varios polimorfismos genéticos de enzimas que metabolizan fármacos originan caracteres monogénicos en los que el genotipo predice el fenotipo. En análisis retrospectivos, la mitad de las reacciones adversas a fármacos se asociaron con medicamentos que son sustratos para enzimas polimórficas que metabolizan fár­macos. Por consiguiente, los medicamentos metabolizados por enzimas que muestran actividad polimórfica, que sólo constituyen 2 2 % de todos los fármacos, originan de manera desproporcionada reacciones farma­cológicas adversas. Es posible que las determinaciones prospectivas del genotipo de estas enzimas permitan evitar muchas reacciones adversas a los medicamentos.

BASE GENÓMICA DE LA FARMACOGENÉTICA Tipos de variantes genéticasPolimorfismo es una variación en la secuencia del DNA con una frecuencia alélica de 1 % o mayor en una población. Dos tipos principales de variaciones de la secuencia se han asociado con variaciones en el feno­tipo humano: polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) e inserciones y deleciones (indels) (figura 4-2). Los SNP se encuentran en el genoma humano a una frecuencia aproximada de un SNP cada varias centenas a un millar de pares de bases, según la región génica. Los indels son mucho menos frecuentes, en particular en regiones génicas codificadoras.

Los SNP en la región codificadora se denominan cSNP y se subdividen adicionalmente en no sinónimos (o de sentido erróneo), cuando el cambio del par de bases origina la sustitución de un aminoácido, sinónimos (o de sentido), si la sustitución del par de bases dentro de un codón no modifica el aminoácido codificado, y sin sentido cuando introducen un codón de detención. Las sustituciones del tercer par de bases en un codón, denominadas posición de titubeo, no alteran el aminoácido codificado. Además, alrededor de 10% de los SNP pueden tener más de dos posibles alelos (p. ej., una C puede sustituirse por A o G), de tal m anera que el mismo sitio polimórfico puede acompañarse de sustituciones de aminoácidos en algunos alelos pero no en otros.

Los polimorfismos en regiones génicas no codificadoras pueden ocurrir en las regiones no traducidas 5'y 3', en las regiones promotora o intensificadora, en regiones intrónicas o en regiones intergénicas grandes entre genes. Los polimorfismos intrónicos que se encuentran cerca de los límites entre exones e intrones sue­len considerarse una categoría distinta de otros polimorfismos intrónicos ya que pueden afectar el empalme y por consiguiente alterar la función. Los SNP no codificadores en promotores e intensificadores en las regio­nes no traducidas 5 ' y 3 ' pueden afectar la transcripción génica o la estabilidad del transcrito. Los SNP no codificadores en intrones o exones pueden crear sitios de empalme alternativos y el transcrito alterado tener menos o más exones, o más cortos o más largos que el transcrito natural. La introducción o deleción de una secuencia exónica puede causar un cambio de marco en la proteína traducida y en consecuencia modificar su estructura o función, o dar por resultado un codón de detención temprana y producir una proteína inesta­ble o no funcional. Debido a que 95% del genoma es intergénico, no es probable que la mayor parte de los polimorfismos afecten de manera directa el transcrito o proteína codificada. Sin embargo, los polimorfismos intergénicos pueden tener consecuencias biológicas afectando la estructura terciaria del DNA, la interacción con cromatina y topoisomerasa o la replicación del DNA. Por consiguiente, no es posible asumir que los polimorfismos intergénicos carezcan de importancia farmacogenética.

Es evidente un grado notable de diversidad en los tipos de inserciones y deleciones que se toleran como polimorfismos de la línea germinativa. Un polimorfismo común en la glutatión-S-transferasa M I (GSTM1) se debe a una deleción de 50 kilobases (kb) de la línea germinativa; la frecuencia del alelo nulo en la pobla­ción es de 0.3 a 0.5, según la raza o etnicidad. En estudios bioquímicos, los individuos nulos homocigotos sólo tienen alrededor de la mitad de la capacidad hepática de conjugación de glutatión de quienes poseen cuando menos una copia del gen GSTM1. En el promotor UGT1A1, el número de repeticiones TA afecta

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5 8 SECCIÓN I Principios generales

FIGURA 4-1 Factores exágenos y endógenos que contribuyen a la variación en la respuesta farmacológica.

la expresión hepática cuantitativa de esta transferasa de glucuronosil crucial. Por último, se ha relacionado un polimorfismo indel de 6 8 pares de bases común en la sintasa (5 de cistationina con las concentraciones de folato.

Un haplotipo, que se define como una serie de polimorfismos enlazados en un cromosoma, especifica la variación de la secuencia del DNA en un cromosoma. Por ejemplo, considérense dos SNP en ABCB1 que codifica la glucoproteína P, o sea la proteína de resistencia a múltiples fármacos: una sustitución en el par de bases T por A en la posición 3421 y un cambio de C por T en la posición 3435. Los posibles haplotipos son T 3 4 2 1 C 3 4 3 5 ’ T 3 4 2 iT 3 4 3 5 ’ A 3 4 2 iC 3 4 3 5 Y A3 4 2 iT 3 4 3 5 ' Para cualquier gen, los individuos tendrán dos haplotipos, uno de origen materno y otro paterno que pueden ser o no idénticos. Los haplotipos tienen importancia porque son la unidad funcional del gen. Es decir, un haplotipo representa la constelación de variantes que ocurren juntas para el gen en cada cromosoma. En algunos casos, puede ser funcionalmente importante esta constelación de variantes, en lugar de la variante o alelo individual. Sin embargo, en otros puede tener importancia funcional una mutación aislada prescindiendo de otras variantes dentro del haplotipo(s).

Diversidad étnicaLa frecuencia de polimorfismos varía en las poblaciones humanas. Entre los SNP de la región codificadora, la frecuencia promedio de SNP sinónimos es mucho m ayor que la de SNP no sinónimos. En la mayor parte de los genes, la diversidad de nucleótidos, que refleja el número y la frecuencia de SNP, es mayor para los SNP sinónimos que para los no sinónimos. Ello indica presiones selectivas (llamadas selección negativa o purificante) que actúa para preservar la actividad funcional, y en consecuencia la secuencia de aminoácidos, de las proteínas. En estudios de poblaciones humanas utilizando la exploración del genom a completo, se clasificaron los polimorfismos como cosmopolitas (es decir, se encuentran en todos los grupos étnicos) o específicos de población (o raza y etnia). Los polimorfismos cosmopolitas se encuentran en todos los grupos étnicos, aunque su frecuencia puede variar entre grupos étnicos; suelen encontrarse a una frecuencia aléUca m ás alta en comparación con los polimorfismos específicos de población y son más antiguos en cuanto a evolución.

Los individuos de raza negra tienen el mayor número de polimorfismos específicos de población en com­paración con estadounidenses europeos, mexicano-estadounidenses y asiático-estadounidenses. Se piensa que los sujetos de raza negra son la población más antigua y en consecuencia llevan tanto polimorfismos recién derivados como específicos de población, y polimorfismos cosmopolitas más antiguos que ocurrieron antes que emigraran de África.

CAPÍTULO 4 Farmacogenética 5 9

oMp Codificación, no sinónima J p .e j . ,T P M T 3a

Codificación, sinónima p .e j . ,A B C B 1 C 3435T

No codificante (promotor, intrónico) p. e/., CYP3A5*3

Pro Arg CCGi AGAI • I

GlnPro

I ICAG AGA

ArgArg

CCG AGA I I - I I I CCA AGAPro Arg

GAGCATTCT I I • I II I I I GATCATTCT

Indels Inserciones/deleciones

p. e j. , 69bp inserciones en (TA)7 TAA C B S , repetición TA en U G T1A1 (TA)6 TAA

Duplicaciones génicas

p. e/'., C YP2D 6, hasta 13 genes j '

Delaciones grandes

p .e j., G STT1 y G STM 1 completas -AV

FIGURA 4-2 Mecanismo molecular de polimorfismos genéticos. Las variantes genéticas más comunes son polimor­fismos de un solo nucleótido (SNP). Los SNP no sinónimos codificadores originan la sustitución de un nucleótido que modifica el codón aminoácido (en este dibujo prolina por glutamina), que podría cambiar la estructura, estabilidad y afini­dad de sustrato de la protema o introducir un codón de detención. Los SNP sinónimos codificadores no modifican el codón aminoácido, pero pueden tener consecuencias funcionales (estabilidad del transcrito, empalme). Los SNP no codificadores pueden estar en promotores, intrones u otras regiones reguladoras que pueden afectar la unión del factor de transcrip­ción, estimuladores, la estabilidad del transcrito o el empalme. El segundo tipo de polimorfismo importante son los indel (inserción/deleción). Los indel pueden tener cualquiera de los efectos de las sustituciones de SNP: repeticiones cortas en el promotor (que pueden afectar la cantidad de transcrito), o inserciones/deleciones más grandes que afiaden o sustraen aminoácidos. Los indel también pueden participar en duplicaciones génicas, replicación génica de la línea germinativa here­ditaria transmitida de manera estable que incrementa la expresión y actividad proteínica, o deleciones génicas que causan falta total de producción de proteínas. Todos estos mecanismos se han implicado en polimorfismos farmacogenéticos de la línea germinativa comunes. TPMT, metiltransferasa de mercaptopurina; ABCB1, transportador de resistencia a múltiples fármacos (glucoproteína P); CYP, citocromo P450; CBS, sintasa (3 de cistatjonina; UGT, glucuroniltransferasa de UDP; GST, glutatión-S-transferasa.

Considérense las variaciones de la región codificadora de dos transportadores de membrana (figura 4-3). Se muestran SNP no sinónimos y sinónimos; en la figura se indican los cSNP no sinónimos específicos de población. La proteína relacionada con la resistencia a múltiples fármacos, MRP2, tiene un gran número de cSNP no sinónimos. Hay menos variantes sinónimas que no sinónimas, pero las frecuencias alélicas de las variantes sinónimas son mayores que las de las variantes no sinónimas. En comparación, el transportador de dopamina DAT tiene algunas variantes sinónimas pero carece de variantes no sinónimas, lo que sugiere que las presiones selectivas actuaron contra sustituciones que originaron cambios en los aminoácidos.

En un estudio de haplotipos de regiones de codificación en unos 300 genes diferentes en 80 muestras de DNA de diversas etnias, se observó que casi todos los genes tenían entre 2 y 53 haplotipos, con un promedio de 14 en un gen. Igual que los SNP, los haplotipos pueden ser cosmopolitas o específicos de población y alrededor de 20% de los más de 4 000 haplotipos identificados eran cosmopolitas. Tomando en cuenta las frecuencias de los haplotipos, los cosmopolitas constituyeron de hecho más de 80% de todos los haplotipos, en tanto que los específicos de población sólo fueron ocho por ciento.

Selección de polimorfismosLas variaciones genéticas causan en ocasiones un fenotipo de “enfermedad”. Debido a esta última existe alguna selección que evoluciona contra estos polimorfismos de un solo gen. La fibrosis quística, la anemia

60 SECCIÓN I Principios generales

Transportador de dopamina DAT

Extracelular

r.................s s » » C00 0 0 * * » ' ~ t*Sb¿ Í Ó * 0 * 0 .....» 3 * ....... ’0 0 0 0 0 0 0 * 0 0 3 * 0 * 0 0 * 0 ,**o 0=0>0 0 0 0 0 0 'JCCO 0 * 0 ° a * 0 * 0 o * » 0 3 *<00 0 0 <00 0 * 0 0 * 0 0 0 * 0 * 0 ° 3 * 1<00 00 0 0 0 * 0 “ 310 0 * 0 o * * 0 * 0 » 3 *

. . . . . . Sí&> . 0 0 . °°OCi _ .SSüB.. O í " < * * 0 * 0 « L í l . .. .

Citoplasma

Proteína 2 de resistencia a múltiples fármacos MBF2

Extracelular

<á i?S l g i i l i l iNh d fi -Ob. **»h af? ^ d P

Á “i sb ̂ ^ tfSÌ& “lío oS* S?> °5o S?& ¿p §5 §5 08 áp &

• no sinonimo o sinónimo Citosólico

FIGURA 4-3 Polimorfismos de la región codificadora en dos transportadores de membrana. Se muestran el trans­portador de dopamina, DAT (codificado por SLCGA3) y la proteína asociada con resistencia a múltiples fármacos, MRP2 (codificada por ABCC2). Se identificaron variantes de ía región codificadora en 247 muestras de DNA de distintas etnias (100 de raza negra, 100 estadounidenses europeos, 30 asiáticos, 10 mexicanos y siete isleños del pacífico). Las variantes sinónimas se muestran en color gris claro y las no sinónimas en negro.

drepanocitica y el síndrome de Crigler-Najjar son ejemplos de enfermedades hereditarias por defectos de un solo gen. El síndrome de Crigler-Najjar es un trastorno genético grave causado por mutaciones inactivadoras raras en UGT1A1. Los polimorfismos más comunes y menos perjudiciales en UGT1AI se acompañan de hiperbilirrubinemia moderada y alteración de la depuración de fármacos. Los polimorfismos en otros genes son muy penetrantes en sujetos que se retan con ciertos medicamentos; en consecuencia, estos polimor­fismos causan caracteres farmacogenéticos monogénicos. Debido a que no son perjudiciales en el estado constitutivo, no es probable que haya alguna presión selectiva para estos polimorfismos o contra ellos. Casi todos los polimorfismos genéticos tienen un efecto moderado en los genes afectados, son parte de un grupo grande de factores multigénicos que influyen en los efectos de los fármacos, o en genes afectados cuyos pro­ductos tienen una participación menor en la acción de los fármacos en relación con grandes efectos que no son genéticos. Por ejemplo, la inducción del metabolismo con fenobarbital puede ser un efecto “ambiental” tan abrumador que los polimorfismos en los factores de transcripción y las enzimas metabolizantes de los fármacos afectados tienen efectos relativamente moderados.

CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO DE UN ESTUDIO FARMACOGENÉTICO Medidas farmacogenéticas

Un carácter farmacogenético es cualquier carácter valorable o discernible relacionado con un fármaco, incluyendo actividad enzimàtica, concentraciones del fármaco o el metabolito en plasma u orina, efectos

CAPÍTULO 4 Farmacogenética 61

en la presión arterial o los valores de lípidos y patrones de expresión gènica inducidos por fármacos. La medición directa de un carácter (p. ej., actividad enzimàtica) tiene la ventaja de reflejar en la medida feno- típica el efecto neto de la contribución de todos los genes que influencian ese carácter, pero la desventaja de reflejar también influencias no genéticas (p. ej., dieta, interacciones farmacológicas, fluctuación diurna y hormonal), y por consiguiente puede ser “inestable” . Por ejemplo, si se administra a un paciente una dosis oral de dextrometorfán y se valora la relación urinaria del fármaco original con el metabolito, el fenotipo indica el genotipo CYP2D6. Si se proporciona en cambio dextrometorfán con quinidina, un inhibidor poten­te de CYP2D6, la proporción puede indicar un genotipo metabolizador malo aunque el sujeto lleve alelos CYP2D6 de tipo natural. En otras palabras, la administración concurrente de quinidina puede dar por resul­tado una deficiencia enzimàtica inducida por el fármaco y la asignación incorrecta a un fenotipo CYP2D6 metabolizador malo. La falta de consistencia de una medición típica en un sujeto determinado, como la prueba del aliento de eritromicina para CYP3A, indica que en el fenotipo influyen factores no genéticos y es posible que indique un efecto multigénico o penetrante débil de un carácter monogènico. Debido a que casi todos los caracteres son multigénicos en lugar de monogénicos (figura 4-4), se está haciendo todo lo posible para identificar los genes importantes y sus polimorfismos que influyen en la variabilidad de la respuesta farmacológica.

Casi en todos los métodos de genotipificación se utiliza DNA genómico extraído de células somáti­cas diploides, por lo general leucocitos o células vestibulares, debido a la facilidad de acceso. El DNA es extremadamente estable si se extrae y conserva de m anera apropiada; a diferencia de muchas pruebas de laboratorio, la genotipificación sólo debe llevarse a cabo una vez porque la secuencia de DNA suele ser cons­tante durante toda la vida de una persona. Aunque se han logrado grandes adelantos en técnicas biológicas moleculares para determinar genotipos, en el cuidado de pacientes se utilizan relativamente pocas pruebas de manera rutinaria. Los estudios de genotipificación se dirigen a cada sitio polimórfico específico conocido utilizando varias estrategias que suelen depender en cierto grado de la hibridación específica y ávida de un oligonucleótido cuando menos a una región de DNA colindante o superpuesta al sitio polimórfico. Debido a que la variabilidad genómica es muy común (con sitios polimórficos cada pocos cientos de nucleótidos), es posible que intervengan polimorfismos “crípticos” o no identificados con la hibridación del oligonucleótido y originen en consecuencia asignaciones de genotipo positivas o negativas falsas. La integración plena de la genotipificación en la terapéutica requerirá estándares altos para la tecnología de genotipificación, y tal vez se necesiten varios métodos para cada sitio polimórfico.

Carácter monogènico Carácter multigénico

actividad baja

actividad alta

Posiblesalelos

2a —Q — 3 a - Q O Q - 4 3

2b— O — 3b -l~~HZH~T- 4b

3c -Q A V -Q -

| Genotipos]

Histograma del carácter

Actividad enzimàtica Riesgo de trombosis

FIGURA 4-4 Caracteres farmacogenéücos monogénicos comparados con multigénicos. Posibles alelos para un carác­ter monogènico (arriba a la izquierda) en los que un gen aislado tiene un alelo de actividad baja ( la) y otro de actividad alta (Ib). La distribución de la frecuencia en la población de un carácter monogènico (abajo a la izquierda) que se muestra aquí como actividad enzimàtica, puede mostrar una frecuencia de distribución trimodal con separación relativamente precisa entre las actividades baja (homocigotos para la), intermedia (heterocigotos para la y Ib) y alta (homocigotos para Ib). Lo anterior contrasta con los caracteres multigénicos (p. ej., una actividad influida hasta por cuatro genes diferentes, genes 2 a 5). cada uno de los cuales tiene 2, 3 o 4 posibles alelos (a hasta d). El histograma de población para la actividad es unimodal sesgado, sin diferencias precisas entre los grupos genotípicos. Múltiples combinaciones de alelos que codifican para activi­dad baja y alta en varios de los genes pueden traducirse en fenotipos de actividad baja, media y alta.

6 2 SECCIÓN I Principios generales

Debido a que los polimorfismos son muy comunes, también puede ser importante la estructura alélica que indica si los polimorfismos dentro de un gen están en el mismo alelo o en diferentes (su haplotipo). Los métodos experimentales para confirmar sin ambigüedad si los polimorfismos son alélicos son técnicamente desafiantes, de tal manera que con frecuencia se utiliza la probabilidad estadística a fin de asignar haplotipos posibles o deducidos.

Métodos de gen candidato comparados con el genoma extensoUna vez que se identifican los genes que intervienen en las vías de las respuestas a los fármacos, el siguiente paso en el diseño del estudio farmacogenético de asociación de un gen candidato es identificar los polimor­fismos genéticos que es más probable que contribuyan a las respuestas terapéutica, adversa o ambas. Existen varias bases de datos que contienen información sobre polimorfismos y mutaciones en genes humanos (cua­dro 4-1) que permiten que el investigador busque los polimorfismos publicados para cada gen. Algunas bases de datos, como Pharmacogenetics and Pharmacogenomics Knowledge Base, incluyen datos fenotípicos y genotípicos.

Debido a que en la actualidad no es práctico analizar todos los polimorfismos en un estudio de asociación de genes candidatos, es importante seleccionar los polimorfismos que es más probable que se relacionen con el fenotipo de respuesta farmacológica. Para este propósito, hay dos categorías de polimorfismos. Algunos de ellos no alteran de manera directa la función de la proteína expresada (p. ej., no cambian la enzima que metaboliza el fármaco o su receptor). Por el contrario, estos polimorfismos están ligados a la variante alélica que modifica la función. Si están muy estrechamente ligados con el polimorfismo causal, estos polimorfis­mos pueden servir, no obstante, como sustitutos para el fenotipo de respuesta farmacológica.

El segundo tipo de polimorfismo es el polimorfismo causal, que produce directamente el fenotipo. Siem­pre que sea posible, para estudios farmacogenéticos es conveniente seleccionar polimorfismos que es proba­ble que sean causales. Si la información biológica indica que un polimorfismo particular altera la función, es un candidato excelente para utilizarse en un estudio de asociación.

Un posible inconveniente del método de gen candidato es que pueden estudiarse los genes erróneos. Los métodos de genoma extenso, que utilizan conjuntos de expresión génica, rastreos del genoma extenso, o proteómica, pueden complementar el método de gen candidato al proporcionar un estudio relativamente imparcial del genoma a fin de identificar genes candidato no reconocidos previamente. Por ejemplo, es posible comparar el RNA, DNA o la proteína de pacientes que presentan toxicidades inaceptables por un fármaco con el material correspondiente de enfermos que se trataron en forma idéntica y no mostraron esa toxicidad. También es posible indagar patrones de expresión génica, conjuntos de polimorfismos o heterocigosidad o cantidades relativas de proteínas utilizando medios computacionales a fin de identificar genes, regiones genómicas o proteínas que pueden estudiarse más ampliamente para polimorfismos de la línea germinativa que diferencian el fenotipo. La expresión génica y los métodos proteómicos tienen como ventaja que la abundancia de señales puede reflejar directamente por sí m isma parte de la variación genética importante; sin embargo, los dos tipos de expresión se influyen altamente por el tejido estudiado, y es posible que no

Cuadro 4-1

Bases de datos que contienen información sobre la variación genética humana

Nombre de la base de datos URL (Agencia) Descripción del contenido

Pharmacogenetics and Pharmacogenomics Knowledge Base (PharmGKB)

www.pharmgkb.org (NIH Sponsored Research Network and Knowledge Database)

Datos sobre genotipo y fenotipo relacionados con la respuesta a fármacos

Single Nucleotide Polymorphism Database (dbSNP)

www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez query.fcgi?db=snp (National Center for Biotechnology Information, NCBI)

SNP

Human Genome Variation Database (HGVbase)

hgvbase.cgb.ki.se Asociaciones de genotipo/ fenotipo

Human Gene Mutation Database (HGMD)

www.hgmd.org M utaciones/SNP en genes humanos

Online Mendelian Inheritance in Man

www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/ query.fcgi?db=OMIM (NCBI)

Genes en humanos y trastornos genéticos

CAPITULO 4 Famiacogenética 6 3

se disponga con facilidad del tejido m ás im portante (p. ej., encéfalo). El DNA tiene la ventaja de obtenerse con facilidad y ser independiente del tipo de tejido, pero la inmensa m ayoría de la variación genómica no se encuentra en genes y el gran núm ero de SNP aum enta el peligro de un error tipo 1 (encontrar diferenciasque son positivas falsas).

Estudios funcionales de polimorfismosAún no se dispone de información funcional sobre la mayor parte de los polimorfismos. Por esta razón, es importante predecir si un polim orfism o determinado puede originar un cam bio en la función de la proteína, su estabilidad o su localización subcelular. Un método para conocer los efectos funcionales de varios tipos de variaciones genóm icas es buscar las mutaciones que se han relacionado con enfermedades mendelianas. Las variaciones del DNA que se asocian con enfermedades o caracteres suelen ser mutaciones de sentido erróneo o sin sentido, seguidas de deleciones. D e las sustituciones de aminoácidos que se asocian con enfer­medades en el hombre, hay una representación alta de residuos conservados durante la evolución. También es más probable que los cam bios más radicales en aminoácidos se relacionen con enfermedades que las modificaciones más conservadoras; es m ás factible que afecte la función la sustitución de un aminoácido cargado (Arg) por un am inoácido no polar, sin carga (Cis), que la sustitución de residuos que son m ás simi­lares desde el punto de vista quím ico (p. ej., Arg por Lis).

Con el núm ero cada vez m ayor de SN P identificados mediante proyectos a gran escala de descubrimien­to de SNP, se requieren m étodos com putacionales para predecir las consecuencias funcionales. Con este fin, se desarrollaron algoritm os predictivos para identificar sustituciones de aminoácidos potencialmente perjudiciales. Estos métodos pueden clasificarse en dos grupos; el primero se basa sólo en comparaciones de secuencias a fin de identificar y calificar sustituciones según su grado de conservación a través de múltiples especies. El segundo grupo de m étodos se basa en el mapeo de los SNP en estructuras proteínicas, además de com paraciones de secuencias.

En muchas proteínas — incluyendo enzimas, transportadores y receptores—: se han caracterizado en estudios cinéticos los m ecanism os por los que alteran la función las sustituciones de aminoácidos. La figura4-5 muestra curvas sim uladas que representan e l ritm o de m etabolism o de un sustrato por dos variantes de aminoácidos de una enzim a y la form a genética más común de la enzima. El metabolismo del sustrato por una variante de la enzim a, la variante A, se caracteriza por un incremento de Km. Este efecto puede ocurrir si la sustitución del am inoácido altera el sitio de unión de la enzim a y conduce a una disminución de la afinidad por el sustrato. U na variante de am inoácido tam bién puede alterar el ritm o máximo de metabolismo del sus­trato (Vmfa) por la enzima, com o se ejemplifica con la variante B. Estas'disminuciones de suelen indicar una expresión reducida de la enzima, que puede ocurrir por disminución de la estabilidad de la proteína o cambios en su transporte o reciclamiento.

En contraste con los estudios con SNP de regiones codificadoras, la predicción de la función de los SNP en regiones no codificadoras es un desafío importante en genética y farmacogenética humanas. Es necesario precisar y valorar los principios de la conservación durante la evolución que se han validado para predecir la

<ooEo

E•M

Concentración de sustrato (mg/litro)

FIGURA 4*5 Curvas de concentración y dependencia simuladas que muestran el ritmo de metabolismo de un sustrato hipotético por la forma genética común de una enzima y dos variantes no sinónimas. La variante A muestra una Km aumentada y tal vez refleje un cambio en el sitio de unión de sustrato de la proteína por el aminoácido sustituido. La variante B presenta un cambio en el ritmo máximo de metabolismo (Vmíx) del sustrato. Ello puede deberse a un nivel de expresión de la enzima reducido o una disminución de su eficiencia catalítica. Las alteraciones de Km y Vmáx también pueden coex­presarse en una sola variante (no se muestra).

6 4 SECCIÓN I Principios generales

función de variantes no sinónimas en la región codificadora y estudiar si pueden predecir la función de los SNP en regiones no codificadoras.

Fenotipos farmacogenéticosLos genes candidatos para respuesta terapéutica y adversa pueden dividirse en tres categorías: farmacociné- ticos, receptor/blanco y modificadores de la enfermedad.

FARM AC O C IN ÉTIC O S La variabilidad de la línea germinativa en genes que codifican factores que determinan la farmacocinética de un medicamento, en particular enzimas y transportadores, afecta las con­centraciones del fármaco y en consecuencia son determinantes importantes de la respuesta terapéutica y adversa de un medicamento (cuadro 4-2). M últiples enzimas y transportadores pueden afectar la farma­cocinética de un fármaco determinado. Varios polimorfismos de enzimas que metabolizan medicamentos son variaciones monogénicas del carácter fenotípico y por consiguiente es posible llamarlos utilizando sus designaciones fenotípicas (p. ej., acetilación lenta comparada con rápida, metabolizadores extensos o malos de debrisoquina o esparteíná) en lugar de utilizar designaciones genotípicas que se refieren al gen blanco del polimorfismo en cada caso (p. ej., NAT2 y CYP2D6, respectivamente). Un gran número de medicamentos (-1 5 a 25% de todas las medicinas en uso) son sustratos conocidos para CYP2D6 (cuadro 4-2). La caracte­rización molecular y fenotípica de múltiples grupos raciales y étnicos demostró que siete variantes alélicas explican >90% de los alelos CYP2D6 de actividad baja “metabolizadores malos” en la mayor parte de los grupos raciales, que la frecuencia de variantes alélicas cambia con el origen geográfico, y que un porcentaje pequeño de personas lleva duplicaciones estables de CYP2D6, y los metabolizadores rápidos tienen hasta 13 copias del gen activo. Las consecuencias fenotípicas de la deficiencia del fenotipo CYP2D6 incluyen mayor riesgo de toxicidad de antidepresivos o antipsicótícos (catabolizados por la enzima), y falta de efecto analgésico de la codeína (anabolizada por la enzima); por el contrario, el fenotipo ultrarrápido se asocia con una depuración extremadamente rápida y en consecuencia disminución de la eficacia de los antidepresivos.

CYP2C19, denominado históricamente hidroxilasa de mefenitoína, muestra variabilidad farmacogené­tica, con sólo unos cuantos SNP que explican la mayor parte del fenotipo deficiente, metabolizador malo. El fenotipo deficiente es mucho más común en poblaciones chinas y japonesas. CYP2C19 inactiva varios inhibidores de la bomba de protones (p. ej., omeprazol y lansoprazol). En consecuencia, los pacientes con deficiencia tienen una exposición más alta al fármaco original activo, mayor efecto farmacodinámico (pH gástrico más alto) y una probabilidad mucho mayor de curación de la úlcera que los individuos heterocigotos u homocigotos con el tipo natural.

CYP2C9 cataboliza el anticoagulante warfarina. Son comunes polimorfismos inactivadores en CYP2C9 —con 2 a 1 0 % de la mayor parte de las poblaciones homocigotas para variantes de actividad baja— y se relacionan con una depuración menor de la warfarina, requerimientos posológicos más bajos y un riesgo más alto de complicaciones hemorrágicas.

La metiltransferasa de tiopurina (TPMT) metila tiopurinas como la mercaptopurina (un fármaco anti- léucémico que también es el producto del metabolismo de la azatiopriná). Uno de cada 300 individuos es homocigoto deficiente, 10% es heterocigoto, y un 90% homocigoto para alelos TPM T de tipo natural. Tres SNP causan más de 90% de los alelos inactivadores. Debido a que la metilación de la mercaptopurina compite con la activación del fármaco en nucleótidos de tioguanina, la concentración de metabolitos de tioguanina activos (pero también tóxicos) se relaciona inversamente con la actividad de TPM T y de manera directa con la probabilidad de efectos farmacológicos. Quizá sea necesario reducir las dosis (de las apro­piadas para la población “promedio”) a fin de evitar mielosupresión en 1 0 0 % de los pacientes deficientes homocigotos, 35% de los heterocigotos y sólo 7 a 8 % de los que tienen actividad homocigota de tipo natural. La mercaptopurina tiene un margen terapéutico estrecho y la dosificación por tanteo puede implicar para el paciente un riesgo más alto de toxicidad; en consecuencia, basándose en el genotipo TPMT, se propuso el ajuste prospectivo de las dosis de tiopurina para la leucemia y afecciones no malignas como la enfermedad de Crohn y el rechazo de trasplantes.

FARM ACO G EN ÉTIC A Y B LA N C O S FARM ACO LÓ G ICO S Los productos génicos que son blan­cos directos de fármacos son muy importantes en farmacogenética. En tanto que las variantes genéticas altamente penetrantes con grandes consecuencias funcionales pueden causar fenotipos de enfermedad que confieren presión de selección negativa, las variaciones más sutiles en los mismos genes pueden persistir en la población sin causar enfermedad, pero no obstante, afectar la respuesta farmacológica. La reductasa de metilenotetrahidrofolato (MTHFR), el blanco de varios fármacos antifolato, interactúa con reacciones de síntesis de un carbono dependientes de folato. La inactivación com pleta a través de m utaciones de punto raras en MTHFR origina retraso mental grave y afección cardiovascular prematura. Si bien las varian­tes raras de MTHFR pueden dar por resultado el fenotipo grave, el SNP C677T causa la sustitución de un aminoácido que se conserva en la población con una frecuencia alta. La variante T se acompaña de una acti­vidad de MTHFR moderadamente baja (-30% menos que el alelo 677C) y concentraciones plasmáticas de homocisteína moderadas pero significativamente elevadas. El polimorfismo no altera la farmacocinética de medicamentos, pero al parecer modula la farmacodinamia y predispone a toxicidad GI por el fármaco

Cuadro 4-2

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Cuadro 4-2

Ejemplos de polimorfismos genéticos que influyen en la respuesta a fármacos (continuación)

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CAPÍTULO 4 Farmacogenética 6 7

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FIGURA 4-6 Farmacodinamia y farmacogenética. La proporción de pacientes en que fue necesario disminuir las dosis del antidepresivo paroxetina fue mayor (p = 0.001) aproximadamente en una tercera parte de los enfermos que tenían el genotipo C/C para el receptor de serotonina 2A (ÓHT^) comparado con dos tercios de los enfermos que presentaban el genotipo T/C o T/T en la posición 102. La principal razón para disminuir las dosis de paroxetina fue la ocurrencia de efectos adversos del fármaco.

antifolato metotrexato en receptores de trasplante. Después del tratamiento profiláctico con metotrexato para enfermedad de injerto contra huésped, fue tres veces m ás común la mucositis en pacientes homocigotos para el alelo 677T que en los homocigotos para el mismo.

Muchos polimorfismos en blancos farmacológicos predicen la respuesta a fármacos (cuadro 4-2). Los polimorfismos del receptor de serotonina no sólo predicen la respuesta a los antidepresivos (figura 4-6) sino también el riesgo total de depresión. Los polimorfismos del receptor adrenérgico (3 se han relacionado con la respuesta del asma después del tratamiento con agonistas P, la función renal consecutiva a inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina (ACE) y la frecuencia cardiaca después de bloqueadores p. Los polimorfismos en la reductasa de 3-hidroxi-3-metilglutaril coenzima A se han ligado con el grado de dis­minución de los lípidos consecutivo a estatinas, que inhiben esta enzima (véase cap 35), y la cuantía del aumento de lipoproteínas de alta densidad en mujeres que reciben tratamiento de restitución de estrógenos (figura 4-7).

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68 SECCIÓN I Principios generales

E N F E R M E D A D E S QUE M O D IF IC A N L O S P O LIM O R F ISM O S Y R E SP U E STA S A L O S FÁR­M AC O S Ciertos genes afectan la enfermedad subyacente que se trata sin interactuar de manera directa con el medicamento. Los polimorfismos modificadores son importantes para el nuevo, riesgo de algunos eventos y el peligro de los inducidos por fármacos. Por ejemplo, el polimorfismo MTHFR se acompaña de homocisteinemia que a su vez afecta el riesgo de trombosis. La probabilidad de una trombosis inducida por medicamentos no sólo depende del uso de fármacos protrombóticos, sino de una predisposición ambiental y genética a trombosis que puede afectarse por polimorfismos de la línea germinativa en MTHFRT, el factor V y la protrombina. Estos polimorfismos no afectan de manera directa la farmacocinética o la farmacodinamia de medicamentos protrombóticos, como glucocorticoides, estrógenos y asparaginasa, pero pueden modificar el riesgo del evento fenotípico (trombosis) en presencia del fármaco.

Asimismo, los polimorfismos en canales iónicos (p. ej., HERG, K vLQ Tl, M ink y M iRPI) pueden afec­tar el riesgo total de arritmias cardiacas, que suelen acentuarse en presencia de un fármaco que prolonga el intervalo QT (p. ej., antibióticos macrólidos, antihistamínicos). Estos polimorfismos modificadores pueden influir en el riesgo de fenotipos de “enfermedad” incluso sin retos farmacológicos; cuando existe una afec­ción, puede provocarse el fenotipo de “enfermedad”.

Además de la variación subyacente de la línea germinativa del hospedador, los tumores también alojan mutaciones adquiridas somáticamente y la eficacia de algunos medicamentos contra el cáncer depende de la genética tanto del hospedador como de la neoplasia. Por ejemplo, el cáncer de pulmón de células no peque­ñas se trata con inhibidores del receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR), como gefitinib. Al parecer, los pacientes con tumores que incluyen mutaciones activadoras en el dominio de la cinasa de tiro- sina de EGFR responden mejor al gefitinib que quienes carecen de esas mutaciones. En consecuencia, está alterado el receptor y, al mismo tiempo, puede considerarse que los pacientes con las mutaciones activadoras tienen una categoría distinta de cáncer de pulmón de células no pequeñas.

Farmacogenética y desarrollo de fármacosLa farmacogenética puede afectar el desarrollo de un fármaco en varias formas. Los métodos de genoma extenso tienen 'la posibilidad de identificar nuevos blancos farmacológicos y medicamentos. Además, es posible que la explicación de la variabilidad genética/genómica interindividual conduzca al desarrollo de nuevos fármacos y esquemas de dosificación específicos de genotipo.

La farmacogenética puede identificar subgrupos de pacientes que tendrán una probabilidad muy alta o baja de responder a un medicamento. Ello permitirá estudiar el fármaco en una población seleccionada que es más probable que responda, reduciendo al mínimo la posibilidad de fenómenos adversos en pacientes que no obtienen beneficios, y asimismo definir más rígidamente los parámetros de respuesta en el subgrupo que es más factible que se beneficie.

Un sitio relacionado de la farmacogenética en el desarrollo de fármacos es identificar subgrupos genéti­cos de pacientes que tienen un riesgo más alto de un efecto farmacológico adverso importante y evitar probar el fármaco en ellos. Por ejemplo, la identificación de subtipos HLA que se relacionen con hipersensibilidad al inhibidor de la transcriptasa inversa de VIH-1 abacavir descubriría, en teoría, un subgrupo de enfermos que deben recibir un tratamiento alternativo y en consecuencia reducir al mínimo, o incluso suprimir, la hipersensibilidad como un efecto adverso de este medicamento. Después del tratamiento antileucémico intensivo programado, los niños con leucemia mieloide aguda homocigotos para deleciones de la línea ger­minativa en la transferasa de GSH (G STTI) tienen una probabilidad tres veces mayor de morir por toxicidad que quienes tienen cuando menos una copia de G STTI natural; esta diferencia no se observa después de las dosis terapéuticas “usuales”. Estos resultados sugieren un principio importante; las pruebas farmacogenéti- cas pueden ayudar a identificar pacientes en los que es necesario modificar las dosis de medicamentos, pero tal vez no impidan por completo el uso de los fármacos.

Farmacogenética en la práctica clínicaA fin de implicar un polimorfismo en los cuidados clínicos se requieren tres tipos principales de pruebas: revisar tejidos de múltiples personas que relacionen el polimorfismo con un carácter; estudios funcionales preclínicos complementarios que indiquen que el polimorfismo se relaciona razonablemente con el fenotipo, y múltiples estudios clínicos de fenotipo y genotipo de apoyo. Debido a la probabilidad alta de error en los estudios de asociación de genotipo y fenotipo, es esencial la replicación.

En la dosificación de un fármaco es aceptable ajustar su posologfa para variables como la disfunción renal o hepática. Aunque hay muchos ejemplos de efectos importantes de los polimorfismos en la disposi­ción de medicamentos (p. ej., cuadro 4-2), los clínicos desconfían mucho más de las pruebas genéticas para ajustar las dosis que de las mediciones clínicas indirectas de las funciones renal y hepática. Los recursos actuales permiten que los clínicos accedan a información sobre farmacogenética (véase cuadro 4-1).

La frecuencia alta de polimorfismos funcionalmente importantes asegura que en el futuro será mayor la complejidad de las dosificaciones. Incluso sí sólo se considerara un polimorfismo cuando se dosifica un

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7 0 SECCIÓN I Principios generales

fármaco, sería considerable la escala de complejidad. Muchos pacientes toman múltiples fármacos al mis­m o tiempo para distintas enfermedades, en tanto que muchos esquemas terapéuticos para una enfermedad aislada incluyen múltiples medicamentos. Todo ello se traduce en un exceso de posibles combinaciones de fármacos y dosis. La prom esa de la genómica humana destaca la posibilidad de descubrir “balas mágicas” individualizadas, en tanto ignora la realidad de la complejidad añadida de pruebas adicionales y la necesidad de interpretar los resultados a fin de aprovechar las dosis individualizadas. Este hecho se ilustra en la figura4-8. En este caso, se sustituye un esquem a terapéutico tradicional contra el cáncer con otro que incorpora información farmacogenética en la que se determina la etapa del cáncer m ediante diversos criterios pato­lógicos estandarizados. Asumiendo sólo un polimorfismo genético importante para cada uno de los tres fármacos contra el cáncer, se obtienen 1 1 esquemas farmacológicos individuales.

Es enorme la posible utilidad de la farmacogenética en la farmacoterapia. Una vez que se lleven a cabo estudios de genotipo y fenotipo adecuados, se desarrollarán pruebas moleculares diagnósticas que detecten >95% de las variantes genéticas importantes de la m ayor parte de los polimorfismos; estas pruebas genéticas tienen la ventaja de que sólo necesitan llevarse a cabo una vez en un individuo determinado. La incorpora­ción constante de la farmacogenética en estudios clínicos identificará genes importantes y los polimorfismos demostrarán si las dosis individualizadas mejoran los resultados finales y disminuyen los efectos adversos. Se identificarán covariantes importantes para precisar las posologías en el contexto de interacciones farma­cológicas y las influencias de las enfermedades. Aunque los desafíos son importantes, explicar la base gené­tica de la variabilidad de las respuestas a los medicamentos será probablemente un componente fundamental del diagnóstico y la farmacoterapia de las enfermedades.

Para una lista completa de la bibliografia, véase Goodman & Gilman: Las bases farmacológicas de la terapéutica, undécima edición.