основы, современное состояние и перспективы развития ЛЕКЦИЯ 1
изучает влияние наследственности на эффекты лекарственных средств Экогенетика рассматривает роль генетических факторов в формировании реакций на средовые воздействия
Взаимодействие лекарств с организмом
Первые упоминания о роли наследственности в эффектах экзогенных соединений: Работы французского исследователя Lucien Guenot и английских ученых Archibald G arr od и William Bateson, высказавших в 80-х годах 19 века предположение о роли наследственности в процессах химических превращений в организме
Доказал роль ферментов в детоксикации чужеродных соединений, включая пищевые продукты и лекарства Установил индивидуальные различия в активности ферментов Доказал, что на индивидуальную токсичность вещества влияет степень его биотрансформации Впервые сформулировал идею, что исходно нетоксичные вещества могут образовывать токсичные метаболиты. В 1914 г сделал доклад в Британской медицинской ассоциации, посвященный детоксицирующим ферментам
выявил основные пути биотрансформации ксенобиотиков микросомальными ферментами печени и разделил эти процессы на две фазы: 1- окисление, восстановление, гидролиз, 2- процессы конъюгации.
20-30-х годах в экспериментальной станции Carnegie изучал способность индивидуумов определять запах розовой и красной вербены установил, что 2/3 обследованных могли чувствовать запах розового, но не красного растения, а остальные – наоборот.
в лаборатории Du Pont, наблюдал феномен «вкусовой слепоты». Обнаружил, что 3/5 обследованных, пробовавших параэтоксифенил-мочевину, находят ее исключительно горькой, тогда как остальные безвкусной.
установил, что «вкусовая слепота» имеет аутосомно-рецессивное менделевское наследование
1 - Werner Kalow Установил различия в активности фермента бутирилхолинэстеразы (псевдохолинэстеразы), приводящие к интоксикации местным анестетиком прокаином и миорелаксантом сукцинилхолином
установил, что у больных с осложнениями фермент синтезируется в нормальном количестве, однако его аффинность к субстрату значительно снижена. Это может быть обусловлено только нарушениями в структуре фермента вследствие мутации. Впервые установлена связь между побочным действием лекарства и генетическим дефектом метаболизирующего его фермента.
и его группа проводили апробацию противомалярийного препарата примахина на солдатах американской армии. Было обнаружено, что примахин вызывает гемолиз у некоторых мужчин африканского происхождения Установлена связь с недостаточностью эритроцитарной глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы.
Глюкозо-6-фосфат + НАДФ 6-фосфоглюконат +НАДФ. Н2 Г6ФДГ
Г-S-S-Г + НАДФ.Н2 2Г-SH + НАДФ окисленный глутатион восстановленный глутатион редуктаза глутатион Mt + Hb + НАДФ. Н2 Hb + НАДФ метгемоглобин редуктаза
защищает тиоловые ферменты и гемоглобин от действия различных веществ, в т.ч. лекарств- окислителей активирует тиоловые ферменты, играющие важную роль в поддержании нормальной проницаемости мембран эритроцитов
У меньшение уровня восстановленного глутатиона С нижение активности тиоловых ферментов С нижение содержания АТФ, изменение K-Na градиента Н арушение стабильности мембран эритроцитов
Сульфаниламиды Сульфоны Нитрофураны Нитрофуризон Гуанидин Аналоги витамина К Ацетофенидин Хлорамфеникол Тринитротолуен
Hughes и Smith показали, что изониазид метаболизируется ацетилированием Изониазид + ацетил-S-КоА ацетилизониазид + Ко-A-SH Ацетил-трансфераза
A.Motulsky “ D rug Reactions, Enzymes and Biochemical Genetics ”, 1957 В 1957 г Vogel предложил термин «фармакогенетика » W.Kalow « Pharmacogenetics : Heredity and response to Drugs ”, 1962 “ Pharmacogenetics of Drug Metabolism ”, 1991 Первая международная конференция по фармакогенетике в 1967 г (Нью-Йорк)
раскрывать фармакодинамические и фармакокинетические механизмы, формирующие неодинаковую чувствительность, на их основе определять типирующие признаки, маркеры, которые являются предикторами или прогностическими параметрами фармакологического эффекта у данного индивидуума.
выбор препарата для типирования, с использованием которого индивидуума можно было бы отнести к тому или иному фенотипу метаболизма. популяционные исследования, выявляющие расовые, этнические, географические различия в реакциях на лекарства.
паспортизация населения по фенотипам как воспринимающих, так и метаболизирующих систем, аналогично тому, что делается для групп крови.
В США от неправильного применения лекарств умирают в год до 100 000 человек, что занимает 6-е место среди причин смертности.
межэтничес кие различия ЭСТЕРАЗЫ 1 + Бутирилхолинэстераза 2 + Параоксоназа/арилэстераза ТРАНСФЕРАЗЫ 3 + N-ацетилтрансфераза (NAT1) 4 + N-ацетилтрансфераза (NAT2) 5 + Катехол-О-метилтрансфераза 6 0 Гистамин метилтрансфераза 7 0 Тиол метилтрансфераза 8 + Тиопурин метилтрансфераза 9 + Сульфотрансфераза 10 + Глутатион-S-трансфераза (GSTM1)
Ферменты, участвующие в метаболизме лекарств и имеющие генетические вариации 11 + Глутатион-S-трансфераза (GST T 1) 12 0 Глутатион-S-трансфераза (GSTM3) 13 0 Глутатион-S-трансфераза (GST P 1) 14 + Глюкуроносультрансфераза ( UGT 1 A 1) 15 0 Глюкуроносультрансфераза ( UGT 2 B 4) 16 0 Глюкуроносультрансфераза ( UGT 2 B 7) 17 0 Глюкуроносультрансфераза ( UGT 2 B 15) 18 + Амобарбитал-глюкозилтрансфераза РЕДУКТАЗЫ 19 + NAD (P) Н:хиноин оксиредуктаза 20 + Глюкозо-6-фосфат дегидрогеназа 21 0 Эпоксид гидролаза, микросомальная ОКСИДАЗЫ 22 + Алкоголь дегидрогеназа, класс 1, ADH2 ( β ) 23 + Алкоголь дегидрогеназа, класс 1, ADH3 (Г) 24 + Альдегид дегидрогеназа, митохондриальная
25 0 Моноаминоксидаза А 26 0 Моноаминоксидаза В 27 + Каталаза 28 + Суперооксиддисмутаза 29 + Триметиламин N-оксидаза 30 + Дигидропиримидин дегидрогеназа ЦИТОХРОМЫ Р450 31 + СYP1A1 32 + CYP1A2 33 + CYP2A6 34 0 CYP2B6 35 0 CYP2C8 36 0 CYP2C9 37 + CYP2C18 38 + CYP2C19 39 + CYP2D6 40 0 CYP2T1 41 + CYP3A4 42 + CYP3A5
Наличие значительного числа инбредных линий лабораторных животных позволяет имитировать индивидуальные различия в действии лекарств, наблюдаемые у человека. При отсутствии таких линий регистрация различий в гетерозиготных популяциях позволяет начать селекционную работу.
Возможность регистрации гомологии различий в эффектах лекарств у животных и человека определяется применением комплексов фармакологических методов, которые обладают 90% предикторной значимости при доклинической оценке вновь создаваемых лекарств.
Выявление межлинейных различий в действии лекарства дает основания для построения рабочей гипотезы о фармакодинамических и фармакокинетических механизмах, специфичных для генотипа и определяющих установленные типы эффекта, поскольку основные биохимические процессы, их опосредующие, могут быть также изучены на использованных линиях.
Дает возможность получить F1 гибриды. Оценка характера эффекта у F1 поколения и фенотипа опосредующих его механизмов ведет к уточнению гипотезы о наследственной специфике и параметрах фармакодинамических и фармакокинетических процессов, которые определяют тип эффекта и могут быть отобраны для предикции.
Если отобранные параметры нельзя определить у человека, то следует искать соответствующие коррелирующие показатели в доступных биологических субстратах, либо инструментально измеряемые.
Установленные маркеры должны быть испытаны у человека в качестве предикторов индивидуальных реакций на лекарство, в результате чего рабочая гипотеза может быть подтверждена, либо отвергнута.
Pharmacogenomics Eds. Kalow, Meyer, Tyndale (Marcel Dekker, May 2001)
1. Методы фенотипирования, применявшиеся фармакогенетикой, будут дополняться генотипированием. Фенотипирование останется необходимым для понимания медицинского значения обнаруженных в ДНК различий. 2. Анализ генома в целом, а не продуктов отдельных генов, позволит ближе подойти к выяснению наследственных основ мультифакториально контролируемых заболеваний. Эти данные могут характеризовать новые мишени фармакологического воздействия, будь то гены или белки, вовлеченные в патологические процессы.
3. Фармакогенетика основной целью имеет обеспечение безопасности применения лекарств. Фармакогеномика, сохраняя эту задачу, определяет возможность создания новых лекарств и совершенствование фармакотерапии.
прогресс в понимании природы ряда заболеваний и лекарственных эффектов; выявление вклада полиморфизмов в восприимчивость к терапии; обязательное создание персонализированных методов фармакотерапии с высокой эффективностью и отсутствием токсичности, Frank Witzmann, руководитель лаборатории молекулярной анатомии университета Indiana США
Функциональная геномика - подход к глобальному изучению мРНК и белковых продуктов, экспрессирующихся геном, с выявлением их корреляций со специфическими признаками болезни или нарушенных функций ( Witzmann)
Задача протеомики - оценка вклада различий в продуктах генов в формирование патологии. Информация протеомики колоссальна по объему, в связи с чем развивается новая наука – биоинформатика.
Выборочные медицинские и социальные аспекты проекта "Геном человека" (по F. Collins ) Декада Предполагаемые достижения 2010 Генная диагностика и патогенетические средства лечения станут доступными примерно для 25 болезней Среди лекарств будут превалировать малые молекулы, некоторые из них биопроисхождения, включая антисмысловые последовательности нуклеотидов для генной терапии. Фармакогеномные принципы диагностики и терапии будут использоваться для нескольких лекарств Медико-генетические подходы будут использоваться на этапе первичной медицинской помощи В США будут приняты законы, предупреждающие дискриминацию и вмешательство в частную жизнь по генетическим признакам
2020 На рынке появятся созданные на принципах фармакогеномики средства лечения диабета, гипертонии и других хронических заболеваний Диагностическое и фармакотерапевтическое использование принципов фармакогеномики будет стандартным для многих лекарств Изменится диагностика и появятся новые методы лечения психических заболеваний, изменится их социальная оценка Появятся безопасные методы генной терапии половых клеток, основанные на гомологичных рекомбинациях 2030 Составлен полный каталог генов, контролирующих старение человека. Выйдут на клинические испытания средства продления жизни. Полная компьютерная модель человеческой клетки заменит многие лабораторные исследования Полный анализ генома индивидуума станет рутинным исследованием стоимостью менее 1000$ Значительные антитехнологические движения активизируются в США и по всему миру
2040 Основанное на ясном понимании генома здравоохранение станет нормой. Предрасположенность к болезням может быть определена на самых ранних стадиях (автор ставит знак вопроса, определяя этот этап. Здесь, очевидно, возможны морально-этические проблемы ) Станет доступной и в основном эффективной предупредительная терапия Молекулярные исследования позволят раннюю диагностику болезней Генная терапия и воздействующие на ген лекарства будут использоваться для большинства заболеваний Средняя продолжительность жизни достигнет 90 лет, резко изменяя предшествующие социально-экономические устои Неравенство в мире будет оставаться, обусловливая международную напряженность Возникнут серьезные дискуссии о возможности человека вмешиваться в собственную эволюцию
BChE (Е.С. 3.1.1.8.), находится в плазме крови кодируется одним геном, локализованным в 3q 21-26 (Lochridge, 1990). ацетилхолинэстераза (Е.С. 3.1.1.7) – в мембранах эритроцитов
Атипичная BChE – единичная трансзиция Asp 70 Gly снижает аффинность для положительно заряженных субстратов. частота 1:3500 среди белых "Молчащая" форма BChE мутация сдвига рамки в 117 позиции приводит к преждевременному окончанию синтеза белка
G вариант - активность снижена на 66%, частота 1 : 150000, Tre 243 Met Н вариант - активность снижена на 90%, Gly 390 Val. К вариант, частота 1 : 100, активность снижена на 33%, Ala 539 Tre.
Лекарственные средства, гидролизируемые сывороточной бутирилхолинэстеразой (BChE) человека Препарат Назначение Эффект BChE Сукцинилхолин миорелаксант деполяризующего действия инактивация Прокаин местный анестетик инактивация 2-Хлоропрокаин местный анестетик инактивация Меприлкаин местный анестетик инактивация Изобукаин местный анестетик инактивация Тетракаин местный анестетик инактивация Аспирин аналгетик инактивация Героин наркотик превращение в 6-ацетил морфин Кокаин стимулятор ЦНС и местный анестетик Метилпреднизолона ацетат противовоспалительное средство активация Апрофен антиспазматическое и противосудорожное средство инактивация Мивакуриум недеполяризующий мышечный релаксант инактивация Бамбутерол бронхорасширяющее средство активация
G 6 PDH А и G 6 PDH А(-) – у черных. G 6 PDH А имеет нормальный уровень активности в эритроцитах, а G 6 PDH А(-) – лишь 10% от нормы. G 6 PDH В- у белых В результате обработки трипсином было установлено, что в чувствительной к окислителям А-форме присутствуют остатки аспарагиновой кислоты, а в В-форме – аспарагин. Транзиция А→ G в 376 Нt
снижение ферментной активности А(-) формы обусловлено дополнительной транзицией G →А в 202 Ht, ведущей к замене Val→ Met в 68 положении. G 6 PDH Sant a maria - замена А → Т в 542 Ht, вызывающая замещение Asp → Val в 181 позиции.
У средиземноморского населения наиболее распространена мутация G → T в 563 Ht, что ведет к замене Ser → Phe в 188 позиции. у восточных популяций одна из наиболее распространенных форм G 6 PDH Canton имеет транзицию в 1376 Ht, ведущей к замене Arg → Leu в 459 положении.
