Pharmakogenomik. Apothekerin Dorothee Müssemeier M.Sc.

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1 PHARMAZEUTISCHE WISSENSCHAFT Apothekerin Dorothee Müssemeier M.Sc. Pharmakogenomik Keine Frage, ohne Arzneimittel wäre Medizin nicht denkbar. Gleichwohl lässt sich die Frage stellen, ob Arzneimittel auch optimal eingesetzt werden. Immer wieder stellen wir fest, dass Arzneimittel nur bei einem Teil der Patienten wie gewünscht wirken, bei einem anderen Teil aber gar nicht oder heftige unerwünschte Arzneimittelwirkungen (UAW) auslösen. Häufig findet sich die Ursache in der Grunderkrankung, in Interaktionen, dem Alter und Geschlecht sowie dem Zustand der Organe. Ein weiterer Faktor, der mehr und mehr Beachtung findet, ist das menschliche Genom (Abb. 1). Pharmakogenomik als Teilgebiet der Pharmakologie untersucht den Einfluss individueller genetischer Faktoren auf die Arzneimittelwirkung [1, 2]. Dabei liegt das Augenmerk der Pharmakogenetik auf dem Einfluss einzelner Gene, das der Pharmakogenomik auf dem Einfluss des gesamten Genoms auf die individuelle Arzneimitteltherapie [3]. Individuelle genetische Faktoren können sowohl die Pharmakokinetik als auch die Pharmakodynamik betreffen. Klinische Bedeutung erlangen diese Unterschiede jedoch nur, wenn sie die Wirkung von Arzneimitteln tatsächlich beeinflussen, sei es durch das Auftreten von UAW oder abgeschwächter, ausbleibender oder verstärkter Wirkung [4]. Ein Blick auf das Genom Die Gesamtheit der DNA im Zellkern wird als Genom bezeichnet. Mit einer Länge von circa zwei Metern ist die humane DNA ein riesiges in Form von 46 Chromosomen vorliegendes Molekül. Ein Gen ist die Informationseinheit auf der DNA [3]. Phänotypisch unterscheiden sich zwei nicht verwandte Menschen oft erheblich. Betrachtet man dagegen das Genom aller Menschen, unterscheidet sich deren genetische Sequenz nur um circa 1%, was ungefähr 30 Millionen des aus 3,2 Milliarden Basenpaare bestehenden haploiden menschlichen Genoms ausmacht. Anders ausgedrückt: 99% der gesamten genetischen Information ist bei allen Menschen gleich und nur 1% machen unsere Einmaligkeit (Zwillinge ausgenommen) aus [5]. Mutationen treten im Mittel alle 1000 Basen auf, sie können ererbt oder erworben sein. Unterschieden werden: Chromosomenzahl-Anomalien, z.b. Trisomie 21 Chromosomenteil-Amplifikationen, -Deletionen, -Translokationen Punkt- bzw. Genmutationen 8 Im Prinzip beschreiben Punktmutation und single nucleotide polymorphism (SNP) das Gleiche. Der Unterschied ist rein quantitativer Natur: Tritt eine solche Mutation in einer bestimmten Population mit einer Häufigkeit von >1% in einer Population auf, spricht man von SNP [3]. Man geht von circa 12 Millionen solcher SNPs aus, welche im Rahmen des HapMap-Projekts erkannt und beschrieben worden sind [2]. HapMap steht für ein umfassendes Verzeichnis der genetischen Unterschiede im menschlichen Genom [6]. Die Kenntnis von Haplotypen erleichtert die Bestimmung von Mutationen, denn kennt man eine Mutation kann mit großer Wahrscheinlichkeit auf die benachbarte schließen, ohne diese zu bestimmen [7]. Bei größerer Häufigkeit von SNPs, z.b %, spricht man von einem genetischen Marker. Mit Hilfe des genetischen Markers lässt sich gleich einem Fingerabdruck ein genetisch bedingtes Krankheitsrisiko oder eine unerwünschte Arzneimittelwirkung erfassen. In genomweiten Assoziationsstudien (GWAS) vergleicht man bei Tausenden von gesunden und kranken Menschen die Positionen der identifizierten SNPs. Treten die SNPs gehäuft bei Erkrankten auf, spielen die Mutationen möglicherweise eine Rolle bei Entstehung und Ausprägung einer Erkrankung [2]. Abbildung 1: Ursachen für eine individuelle Arzneimittelreaktion nach [7] Kurzer Geschichtlicher Überblick Der als Vater der modernen Genetik bezeichnete Brite Sir Archibald Edward Garrod wies schon zu Beginn des 20. Jahrhunderts darauf hin, dass unerwartete Arzneimittelwirkungen auch mit den Mendelschen Regeln der Vererbung in Zusammenhang stehen können [8]. In den 1950er Jahren wurden gleich drei genetisch bedingte Ursachen für solche unerwartete Reaktionen entdeckt: 1953 die langsame und schnelle Acetylierung von Isoniazid. Langsamacetylierer entwickeln unter der Gabe von Isoniazid Polyneuropathien 1956 die Primaqiun induzierte Hämolyse als Folge eines Glucose- 6-Phosphatmangels in den Erythrozyten 1957 die stark verlängerte Muskelrelaxation sowie Apnoe nach Gabe von Suxamethoniumchlorid bei einigen wenigen Patienten als Folge eines Defekts der Pseudocholinesterase im Serum

2 Zertifizierte Fortbildung 1959 prägte der Pädiater und Humangenetiker den Begriff Pharmakogenetik [7]. In den 1970er und 80er Jahren wurden weitere Polymorphismen entdeckt: 1975 und 1977 wurden unabhängig voneinander der Spartein-Debrisoquin-Polymorphismus (CYP2D6) entdeckt 1980 folgte die Entdeckung des Thiopurin-S-Methyltransferase (TPMT) Polymorphismus 1984 die des Hydroxylierungspolymorphismus von Metphenytoin (CYP2C19). Durch die breitere Verfügbarkeit molekulargenetischer Methoden in den 1990er Jahren erhielt die Pharmakogenetik einen ersten Aufschwung. So wurden beispielsweise die molekulargenetischen Ursachen für die beschriebenen Polymorphismen entdeckt startete das Humangenomprojekt mit dem Ziel, das Genom des Menschen vollständig zu entschlüsseln, sprich die Abfolge der Basenpaare auf den einzelnen Chromosomen durch Sequenzieren zu erkennen 1990 wurde der erste allelspezifische pharmakogenetische Test für CYP2D6 veröffentlicht 1997 wurde der Begriff Pharmakogenomik geprägt 2000 wurde die erste pharmakogenetische Datenbank (PharmGKB) auf Basis des National Institutes of Health Pharmacogenetics Research Network etabliert gelang Craig Venter die erste Sequenzierung des menschlichen Genoms. Über 90% der DNA-Sequenz wurden aufgeklärt und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht begann das HapMap-Projekt (s.o.) zur Beschreibung von Haplotyp-Blöcken des Menschen. Zudem wurde im gleichen Jahr durch die Food and Drug Administration (FDA) ein erster Entwurf einer Richtlinie zur Bewertung pharmakogenetischer Daten im Rahmen der Arzneimittelentwicklung vorgestellt startete des ENCODE-Projekt (Encyclopedia of DNA Elements) als Nachfolger des Humangenomprojekts. Ziel ist es, die funktionellen Elemente der DNA zu identifizieren und zu beschreiben. Initiiert wurde das Projekt durch das National Human Genome Research Institute (NHGRI) wurde eine weitgehend fehlerfreie Sequenz von 99% des menschlichen Genoms durch das International Human Sequencing Consortium veröffentlicht begann das TCGA-Projekt (The Cancer Genome Atlas) zum besseren Verständnis der Tumorbiologie. Das National Cancer Institute (NCI) und das NHGRI sind zu gleichen Teilen beteiligt. Mittlerweile ist ein umfangreicher Atlas zu den unterschiedlichen Krebsarten öffentlich zugänglich wurden mit Hilfe des ENCODE-Projekts erstmals entschlüsselte DNA-Sequenzen den entsprechenden Krankheiten zugeordnet [7, 9, 10, 11] wurde vom Bundestag das Gendiagnostikgesetz (GenDG) beschlossen. Dieses Gesetz regelt die Untersuchung menschlicher genetischer Eigenschaften für medizinische Zwecke. Die Untersuchung darf nur nach ausdrücklicher und schriftlicher Einwilligung erfolgen. Die Testergebnisse sind zudem auf Verlangen unverzüglich zu vernichten. Der Arztvorbehalt regelt, dass Untersuchung und Beratung nur von entsprechend qualifizierten Medizinern erfolgen dürfen. Versicherungsgesellschaften ist es bis zu einer bestimmten Versicherungssumme verboten, genetische Daten zu fordern. Soll im Rahmen von arbeitsmedizinischen Untersuchungen geklärt werden, ob bestimmte Tätigkeiten zu schwerwiegenden Erkrankungen führen können, darf der Arbeitgeber genetische Untersuchungen einfordern Inkrafttreten dieses Gesetzes Mutationen und ihr möglicher Einfluss auf die Pharmakokinetik Die Pharmakokinetik beschreibt die Gesamtheit aller Prozesse denen ein Arzneistoff im Organismus unterliegt. Das ADME-System (Adsorption, Distribution, Metabolismus, Exkretion) eignet sich am besten zur Darstellung dieser Prozesse. Die Pharmakokinetik eines Arznei- Allel Gleiche Gene, die verändert durch Mutation in unterschiedliche Ausprägungen vorliegen. Sie werden durch einen Stern gekennzeichnet z.b. CYP2D6*4 Amplifikation Vermehrung von DNA-Abschnitten Deletion Verlust von DNA-Abschnitten EM Extensiv metabolizer, schneller Metabolisierer, Normalform, zwei Wildtyp-Allele Genotyp Gesamtheit der Gene eines Individuums Genetischer Marker Allel, mit leicht erkennbarem Phänotyp Haplotyp Eng beieinander liegende Mutation auf einem Chromosom, die gemeinsam vererbt werden IM Intermediate metabolizer, intermediärer Metabolisierer, ein Wildtyp-Allel OAT Organic anion transporter, Organo-Anionen-Transporter, vorwiegender Transport von Anionen durch die Zellmembran OCT Organic cation transport, Organo-Kationen-Transporter, vorwiegender Transport von Kationen durch die Zellmembran p-glykoprotein Protein in der Zellmembran, welches aktiv Substanzen aus der Zelle transportiert Phänotyp äußeres Erscheinungsbild Polymorphismus Gentische Variation in einer Population mit einer Häufigkeit > 1% PM Poor metabolizer, langsamer Metabolisierer, kein Wildtyp-Allel SNP Single Nucleotid polymorphism, Mutation betrifft ein einzige Nukleinbase, auch Punktmutation UM Ultra rapid metabolizer, ultraschneller Metabolisierer, Vermehrung des Wildtyp- Allels Wildtyp Gensequenz, die in der Natur am häufigsten vorkommt Glossar stoffs kann besonders durch genetische Polymorphismen, die die metabolisierenden Enzyme und/oder die Transportproteine betreffen beeinflusst werden. Metabolismus Der Metabolismus von Arzneistoffen sowie anderer Xenobiotika hat zum Hauptziel, Substanzen chemisch derart zu verändern, dass sie ausgeschieden werden können. Verantwortlich sind die als Phase-Iund Phase-II- bezeichneten Reaktionen. Über eine Zunahme der Hydrophilie bewirken diese Reaktionen eine erheblich verbesserte Elimination. Damit einher geht meist ein Verlust der pharmakologischen Wirkung. Ausnahme Prodrugs, die bioaktiviert werden müssen. In den Phase-I-Reaktionen werden Substanzen durch Reduktions-, Oxidationsrektionen oder Hydrolyse derart verändert, dass sie in den Phase-II-Reaktionen mit körpereigenen Stoffen z.b. Glukuronsäure gekoppelt werden können. [12]. Für die Phase-I-Reaktionen sind die Cytochrom-P450-Enzyme, von denen mindestens 58 humane bekannt sind, verantwortlich. Pharmakologisch bedeutend sind vor allen CYP3A4 und CYP2D6. Zwar ist CYP3A4 für den Metabolismus von circa 50% aller Arzneistoffe verantwortlich, spielt im Zusammenhang mit Mutationen jedoch eine untergeordnete Rolle [3]. Relevante Polymorphismen mit klinischer Bedeutung finden sich dagegen bei CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19 und CYP2A6 [13]. CYP2D6 metabolisiert ca. 25% der wichtigen Arzneistoffe, CYP2C %. Das CYP2C9- Gen ist zudem hoch polymorph, sprich es kommt in vielen Allelen vor. Auch CYP2C19 metabolisiert eine Vielzahl von Arzneistoffen und ist sehr polymorph [3]. 9

3 PHARMAZEUTISCHE WISSENSCHAFT Abbildungen 2 und 3 Der Normalfall der Vererbung sieht vor, dass je eine Genkopie (von Mutter und Vater) für die Bildung eines aktiven Enzyms auf dem entsprechenden Chromosom vorliegt. Man spricht von einem Extensive Metabolisierer (EM) oder dem Wildtyp (Abb. 2, Tab. 1). Ist eine Genkopie derart mutiert, dass als Folge ein inaktives Enzym gebildet wird, bezeichnet man den Betroffenen als Intermediate Metabolisierer (IM). UAW können auftreten (Abb. 3; Tab. 1) [2]. Hat der Betroffene zwei Genkopien geerbt, die zur Bildung von inaktiven Enzymen führen, handelt es sich um einen Poor Metabolizer (PM) oder langsamen Metabolisierer: Arzneistoffe werden langsamer metabolisiert und folglich sind Überdosierungen mit UAW oder toxischer Wirkung möglich (Abb. 4). Auf der anderen Seite werden bei Betroffenen Prodrugs nicht oder verlangsamt aktiviert. Die Wirkung bleibt aus bzw. um einen annähernd normalen Effekt zu erzielen, muss die Dosis erhöht werden (Tab. 1) [5]. Im Gegensatz dazu bezeichnet man Betroffene mit verdoppelten Genkopien als ultra rapid metabolizer (UM) oder ultraschnelle Metabolisierer: Arzneistoffe werden extrem schnell metabolisiert, die zur Wirkung notwendige Konzentration wird nicht erreicht, die Wirkung bleibt aus bzw. die Dosis muss zur Erzielung eines Effekts erhöht werden (Abb. 5). Auf Prodrugs dagegen reagieren die Betroffenen sehr heftig. Um einen annähernd normalen Effekt zu erzielen, muss die Dosis reduziert werden (Tab. 1) [2]. Ein Patient ist jedoch nicht pauschal einer Kategorie zu zuordnen, denn jedes der CYP-Enzyme muss einzeln betrachtet werden [14]. Auch die in Phase-II ablaufenden Kopplungsreaktionen unterliegen genetischen Polymorphismen. So unterscheidet man beispielsweise Langsamund Schnellacetylierer, bei denen die Aktivität des Enzyms die N- Acetyltransferase (NAT2) verändert. Bei Europäern überwiegt die Variante der Langsamacetylierer, bei Asiaten dagegen die der Schnellacetylierer. Bei Arzneimitteln, die über NAT2 metabolisiert werden sollte demnach die ethnische Zugehörigkeit bei der Dosierung berücksichtigt werden [7]. In Tabelle 2 sind Enzyme des Phase-I- und Phase-II-Metabolismus, deren kodierende Gene häufig polymorph sind und daher Bedeutung für Arzneimittelwirkung und UAW haben können, aufgeführt. Arzneimitteltransporter Mutationen in Arzneimitteltransportern können ebenfalls zu einer veränderten Arzneistoffwirkung führen. An allen wichtigen Grenzflächen z.b. der Blut-Hirn-Schranke, der Darmmukosa, dem Tubulussystem der Nieren regulieren Transporter die Aufnahme und Ausscheidung von Xenobiotika. Die Verteilung von Arzneistoffen in die einzelnen Kompartimenten des Organismus ist ebenfalls abhängig von Transportern. Man unterscheidet Aufnahmetransportsysteme und Ausscheidungs- oder Effluxsysteme. Zu den pharmakokinetisch bedeutenden Aufnahmesystemen zählen z.b. die Organo-Anionen- und Kationen-Transportproteine (OAT, OCT), bei den Effluxsystemen die ATP-bindende Cassette (ABC) z.b. das P-Glykoprotein. Kodiert wird das P-Glykoprotein von dem Multidrug Resistence Gen 1 (MDR1). Das Gen eines ausschließlich in der Leber gebildeten Transporters (OA- TP1B1) weist relativ häufig Polymorphismen auf [9]. Auch bringt man eine verminderte Wirksamkeit von manchen Psychopharmaka mit Polymorphismen der entsprechenden Transporter in der Blut-Hirn- Schranke in Verbindung. 10 Abbildungen 4 und 5 Mutationen und ihr möglicher Einfluss auf die Pharmakodynamik Die Pharmakodynamik beschreibt die biologische Wirkung eines Arzneistoffes. Die Wirkung wird bestimmt durch Art und Ort der Bindung an den Zielstrukturen. Diese Strukturen können durch genetische Polymorphismen derart verändert sein, dass die Affinität des Arzneistoffs zur jeweiligen Zielstruktur nicht mehr ausreicht, um einen Effekt auszulösen. Polymorphismen können aber auch die Aktivität von Enzymen beeinflussen, sodass die gewünschte Arzneistoffwirkung verändert ist oder ausbleibt. Weiter können nachgeschaltete Signalkaskaden oder Biosynthesewege sowie die Promotorregion von Genen von Polymorphismen betroffen sein und zu einer veränderten Wirkung führen [16].

4 Phänotyp Enzymatische Aktivität den aktiven Stoff Auswirkungen auf das Prodrug PM Keine Reduzierter Metabolismus > erhöhte Plasmakonzentration > UAW Zu geringe Bildung des aktiven Stoffs > kein Ansprechen auf die Therapie IM Vermindert Ähnlich, aber abgeschwächter als bei PM Ähnlich, aber abgeschwächter als bei PM EM Normal Erwartetes Ansprechen Erwartetes Ansprechen UM Hoch Verstärkter Metabolismus > therapeutische Plasmakonzentration wird nicht erreicht > kein Ansprechen Erhöhte Bildung des aktiven Stoffs > erhöhte Plasmakonzentration > mehr UAW PM: Langsame Metabolisierer, IM: Intermediäre Metabolisierer, EM: Extensive Metabolisierer, UM: Ultraschnelle Metabolisierer Tabelle 1: Mögliche Auswirkungen auf die Therapie bei Standarddosis durch unterschiedliche CYP-Phänotypen nach [2] Beispiele CYP2D6 und der Tamoxifen-Metabolismus Tamoxifen wird bei Estrogen-Rezeptor-positiven (ER+)-Mamma-Karzinomen seit vielen Jahren als Standardarzneimittel zur adjuvanten und palliativen Therapie verwendet. Tamoxifen ist ein Prodrug, welches zu den aktiven Metaboliten, Endoxifen und 4-Hydroxy-Tamoxifen bioaktiviert wird. Beide haben eine circa 100-fach höhere Aktivität als die Ausgangssubstanz. Endoxifen, der bedeutendste Metabolit wird in zwei Schritten durch die Enzyme CYP3A4 und CYP2D6 gebildet. Für CYP3A4 sind keine bedeutenden Polymorphismen bekannt. Entscheidend für die klinische Wirkung ist jedoch ein auftretender CYP2D6-Polymorphismus. Langsame Metabolisierer (PM) zeigen eine deutlich schwächere oder keine Wirkung. Folglich profitieren betroffene Patienten nicht von einer Tamoxifentherapie und sollten alternativ behandelt werden [4, 7]. Bei intermediären Metabolisierern (IM) kann eine Verdopplung der Dosis von 20 mg/d auf 40 mg/d zu einer normalen Wirkstoffkonzentration führen [17]. Tamoxifen bzw. die beiden Metaboliten sind Antagonisten am Estrogen-Rezeptor. Diese Rezeptoren sind intrazelluläre Rezeptoren (Kernrezeptoren), welche die Bildung von Wachstumsfaktoren regulieren. Die Bindung von Tamoxifen an den Estrogen-Rezeptor führt zu einer Konformationsänderung des Rezeptors mit der Folge, dass Estrogen abhängig wachsendes Gewebe stark in seiner Zellteilungsrate gehemmt wird [3]. Die Wirkung ist abhängig von der Konzentration der Estrogen-Rezeptoren. Mittels immunhistochemischen Nachweis lässt sich die Estrogen-Rezeptorkonzentration bestimmen. Ab einer Konzentration von 1%ER + - Tumorzellen profitieren Betroffene von der Behandlung. Das sind immerhin 75 80% aller neu diagnostizierten Fälle [18]. Sowohl Rezidivrisiko als auch die Sterblichkeit sind unabhängig von Alter, Lymphknotenstatus und Art der Chemotherapie in den ersten Jahren gesenkt. Bei ER - -Tumoren hat Tamoxifen diese Effekte nicht. Es sollte daher nicht nur auf Polymorphismen der metabolisierenden Enzyme getestet werden, sondern auch auf ER + -Tumorzellen [11]. CYP2D6 und der Codein-Metabolismus Codein ist ein schwaches Opioid-Analgetikum der Stufe II nach WHO- Schema. In Deutschland kommt es häufig in Kombination mit Stufe I Analgetika vor und findet als Antitussivum Verwendung. Codein wird CYP2D6-abhängig zu Morphin bioaktiviert. PM zeigen daher keine analgetische Wirkung, bei UM steigt dagegen das Risiko von UAW wie Atemlähmung, Müdigkeit, Übelkeit, Erbrechen und Schwitzen. Da auch weitere Opioid-Analgetika wie Tramadol, Hydrocodon und Oxycodon über diesen Weg metabolisiert werden, wären bei langsamen und ultraschnellen Metabolisierern Morphin oder Nicht-Opioid-Analgetika die Alternative. Die teilweise dramatischen Reaktionen von gestillten Säuglingen, deren Mütter Codein zur Hustenstillung genommen haben, sind auf den ultraschnellen Metabolismus von Codein dieser Mütter zurückzuführen [19]. CYP2C19 und der (Es)Citalopram-Metabolismus Sowohl Citalopram als auch Escitalopam zählen zu den First-Line Therapeutika bei Depression und Angststörungen. Eine gefürchtete UAW ist die QT-Zeit-Verlängerung, welche zu Torsade des Pointes führen kann. Bei PM ist dieses Risiko schon unter Standarddosierung wesentlich erhöht. Daher empfiehlt das Clinical Pharmacogentics Implementation Consortium (CPIC) bei PM mit 50% der Startdosis zu beginnen und bis zur entsprechenden Dosis zu titrieren oder auf einen alternativen Serotonin-Wiederaufnahme-Inhibitor (SSRI) auszuweichen, der nicht über CYP2C19 verstoffwechselt wird. Gleiches gilt bei ultraschnellen Metabolisierern. Die schnelle Metabolisierung führt nicht zum Erreichen der therapeutisch notwendigen Dosis. Auf eine Dosiserhöhung sollte wegen der zu erwartenden UAW jedoch verzichtet werden [20]. CYP2C9 und der Phenprocoumon/Warfarin-Metabolismus Die Therapie mit Vitamin-K-Antagonisten ist auf Grund der geringen therapeutischen Breite mit erheblichen Risiken behaftet. Manche Menschen reagieren besonders empfindlich auf diese Arzneistoffe und zeigen in der Phase der Einstellung, aber auch unter Dauertherapie ein erhöhtes Blutungsrisiko. Phenprocoumon und Warfarin werden über CYP3A4 und CYP2C9 metabolisiert. Von CYP2C9 sind zwei defiziente Formen bekannt. Diese können die Ursache für eine verlängerte Halbwertzeit bei Trägern der Mutation sein. Langsame Metabolisierer benötigen daher eine um 20 50% geringere Warfarin Dosis. [15, 21]. Vitamin-K-Antagonisten hemmen die Vitamin-K-Epoxid-Reduktase und vermindern dadurch indirekt die Blutgerinnung. Diese Zielstruktur unterliegt erheblichen genetischen Einflüssen, wodurch die Wirkung der Vitamin-K-Antagonisten beeinflusst werden kann. Ein bedeutender Polymorphismus betrifft die Untereinheit 1 der Vitamin-K-Epoxid-Reduktase (VKORC1). Dieser führt zu einer verminderten Genexpression und folglich zu einer verminderten Bildung der Reduktase sodass Träger der Mutation geringere Dosen an Vitamin- K-Antagonisten benötigen [16]. Die FDA empfiehlt einen genetischen 11

5 PHARMAZEUTISCHE WISSENSCHAFT Phase-I-Enzyme CYP - CYP2D6*4 - CYP2D6*5 - CYP2D6*10 - CYP2D6*41 - CYP2D6*Nxn CYP2C9 - CYP2C9*2 - CYP2C9*3 CYP2C19 - CYP2C19*2 - CYP2C19*3 - CYP2C19*17 Häufigkeit Europäer: 7 10% PM Asiaten, Fernost: 1% PM Europäer: 2-3% UM Saudi-Araber: 10% Äthiopier: 25% UM Europäer: 1-3% PM Europäer: 3% PM Asiaten: 14-20% PM Betroffene Stoffe Amitriptylin, Aripiprazol, Atomexetin, Carvedilol, Codein, Diphenhydramin, Flecainid, Fluoxetin, Galanthamin, Haloperidol, Loratadin, Metoclopramid, Metoprolol, Mexiletin, Mirtazapin Nortriptylin, Olanzapin Ondasetron, Oxycodon, Paroxetin Propafenon, Propanolol, Tamoxifen, Timolol, Tropisetron, Venlafaxin Candesartan, Celecoxib, Diclofenac, Fluvastatin, Glibenclamid, Ibuprofen, Irbesartan Losartan, Nateglinid, Phenprocoumon, Phenytoin, Piroxicam, Sildenafil, Torasemid, Warfarin Citalopram, Clopidogrel, Cyclophosphamid, Diazepam, Fluoxetin Moclobemid, Lansoprazol, Omeprazol, Pantoprazol, Proguanil, Propranolol, Rabeprazol, Sertralin CYP2A6 Andere DPD: Dihydro-pyrimidin-Dehydrogenase Europäer: 1% PM Heterozygot: 1% PM Nikotin, Tegafur Fadrozol, Halothan 5-Fluoruracil Phase-II-Enzyme NAT2: N-Acetyl-transferase - NAT2*5 - NAT2*6 - NAT2*7 Europäer: 55% Langsamacetylierer Asiaten, Fernost: 17% Langsamacetylierer Dapson, Isoniazid, Hydralazin, Procainamid, Sulfonamide, Sulfasalazin COMT: Catechol-O- Methyl-transferase TPMT: Thiopurin- Methyltransferase - TPMT*2 - TPMT*3A - TPMT*3C Europäer: 25% reduzierte Aktivität Europäer: 0,3% keine Aktivität Amphetamin, Östrogen, L-Dopa Azathioprin, 6-Mercaptopurin Tabelle 2: Genetischer Polymorphismus von Enzymen des Phase-I -und Phase-II-Metabolismus nach [2, 7, 15] 12 Test vor Therapiebeginn auf CYP2C9 (s. o.) und VKORC1-Polymorphismen. Die CPIC empfiehlt zur Dosisfindung den Warfarin dosing algorithmus ( der beide potentiellen Mutationen berücksichtigt [15, 21]. Statin-assoziierte Myopathie unter Statinen Statine sind in der Regel gut verträglich und werden häufig verordnet. Eine Statin-assoziierte Myopathie mit deutlicher Serumkreatininkinase (CK)-Erhöhung ist eine seltene aber bedrohliche UAW, die bei 1 pro 1000 bis 1 pro Patienten unter Standarddosis auftritt. Mit einer Prävalenz von 7-29% sind Statin-assoziierte Muskelsymptome mit normaler oder leicht erhöhter CK dagegen häufiger [22]. Sie äußern sich durch Abgeschlagenheit, Muskelschmerzen, Muskelschwäche, Muskelspannungen und Krämpfe. Um die HMG-CoA-Reduktase zu hemmen, werden Statine mittels eines Anionentransporters (OAT1B1) in die Leberzellen aufgenommen. Dieser Transporter kann auf Grund eines Polymorphismus im verantwortlichen Gen (SLCO1B1) nahezu vollständig gehemmt sein. Zu hohe Plasmaspiegel, die mit einem erhöhten Risiko von Myopathie einhergehen sind die Folge. Da der Transport in die Leberzellen gehemmt oder eingeschränkt ist, fällt zudem die Senkung des Cholesterinspiegels schwächer aus und kann durch eine Dosiserhöhung nicht ausgeglichen werden. [15, 23]. Statine wirken über Beeinflussung der HMG-CoA-Reduktase lipidsenkend. Durch drei Polymorphismen im verantwortlichen Gen kann eine HMG-CoA-Reduktase entstehen, die durch Simvastatin und Pravastatin schlechter gehemmt wird. Für Atorvastatin trifft das nicht zu. Weitere Polymorphismen betreffen Apolipoprotein E (ApoE) und damit die Wirkung aller Statine [16]. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR) G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind bedeutende Zielstrukturen in der Arzneimitteltherapie. Polymorphismen sind häufig, jedoch noch nicht hinreichend bezüglich ihrer Relevanz für die Pharmakodynamik von Arzneistoffen untersucht. Gefunden hat man Aminosäure-Polymorphismen in b1-adrenorezeptoren, die unterschiedliche Wirkungen von b-blockern in-vitro erklären könnten. Eine klinische Relevanz ist noch nicht gezeigt. Für den Angiotensin-II-Rezeptor Subtyp 1 (AT1) sind etliche Polymorphismen beschrieben worden, die allerdings nicht sehr ausgeprägt sind. Auch für den P2Y12-Rezeptor, der Zielstruktur von Clopidogrel, sind Polymorphismen bekannt. Beachtung finden sollten aber die, die zu Veränderungen in der Pharmakokinetik führen [16, 24]. Neurotransmittertransporter Neurotransmittertransporter sind für die Wirkung von Antidepressiva von Bedeutung. Der Serotonintransporter 5-HTT ist für die Wiederaufnahme von Serotonin aus dem synaptischen Spalt verantwortlich. Dieser Transporter stellt somit einen entscheidenden Angriffspunkt für Serotonin-Wiederaufnahme-Hemmer (SSRI) und trizyklische Antidepressiva dar. Ein Polymorphismus in der Promotorregion des entsprechenden Gens kann in zwei Formen auftreten und die antidepressive Wirkung beeinflussen. Je nach Art der Mutation kann die Wirkung der

6 Antidepressiva verzögert sein oder UAW treten verstärkt auf. Auch für Dopamintransporter (DAT), Noradrenalintransporter (NAT) sowie für Monoaminrezeptoren sind Polymorphismen beschrieben worden [16]. An Biomarker angepasste Therapien Mehr und mehr Arzneistoffe wirken an ganz speziellen Strukturen. Dies setzt das Vorhandensein der entsprechenden Zielstruktur voraus. Durch Mutationen kann die Zielstruktur verändert sein, sodass die erhoffte Wirkung ausbleibt. Vor Therapiebeginn wird daher vielfach ein Gentest voraussetzt oder empfohlen. Auf der Homepage des Verbandes der forschenden Arzneimittelhersteller ist eine Liste mit entsprechenden Wirkstoffen veröffentlicht. ( html) Diese Liste wird ständig aktualisiert [3]. Trastuzumab (Herceptin ) Der rekombinante Antikörper Trastuzumab wird hauptsächlich in der Therapie des Mammakarzinoms angewendet. Der Antikörper blockiert gezielt den Her2/neu (Human Epidermal Growth factor Receptor 2) auf der Oberfläche von Tumorzellen. Die zur Aktivierung des Rezeptors notwendige Dimerisierung unterbleibt und Zellteilung sowie Tumorwachstum werden gehemmt. Weiter enttarnt der Antikörper durch seine Bindung die Tumorzellen und das Immunsystem des Patienten kann die Tumorzellen wieder gezielt angreifen [3]. Voraussetzung für die Therapie mit Trastuzumab ist der Gentest auf Her2/neu Überexpression. Etwa 20 25% aller Brustkrebserkrankungen weisen eine Überexpression des Her2/neu-Rezeptors auf. Diese Überexpression ist Folge einer Erhöhung der Zahl des HER2/ERBB2- Gens (Genamplikation) im Kern der Tumorzelle und führt zu einem extrem schnellen Tumorwachstum. Träger dieser Mutation haben eine circa 2,5-fach erhöhte Rezidivrate und ein verkürztes Gesamtüberleben. Diese ungünstige Prognose wurde durch die zielgerichtete Therapie mit dem Trastuzumab deutlich verbessert [25]. Die Therapie sollte über ein Jahr erfolgen [18]. Cetximab (Erbitux ), Panitumumab (Vectibix ) Zur Behandlung des Kolonkarzinoms sind die Antikörper Ceximab und Panitumab zugelassen. Diese Antikörper blockieren den EGFR (Epidermal Growth Factor Rezeptor) auf Tumorzellen. Der Stimulus zur ständigen Teilung unterbleibt und das Tumorwachstum wird gehemmt. Darüber hinaus können sie gezielt zytotoxische Zellen des Immunsystems auf die Rezeptoren lenken. Voraussetzung ist, dass dieser Wachstumsfaktor tatsächlich gebildet wird. Die erzielten Therapieerfolge waren jedoch nicht so groß wie erhofft. Tumorzellen verändern sich im Laufe der Erkrankung genetisch sehr stark. Beispielsweise kann das für die Bildung des Ras-Proteins verantwortliche Gen mutieren. Dieses Protein stellt eine Art Schalter für intrazelluläre Signalwege dar. Durch eine Mutation lässt sich dieser Schalter nicht mehr abschalten, die Blockade des intrazellulären Signalwegs unterbleibt. Die Therapie mit den Antikörpern ist zwecklos, denn die Blockade des EGFR wird über den zweiten Signalweg umgangen. Die Die Autorin Apothekerin Dorothee Müssemeier M.Sc. Ernährungsberatung, Fitness- und Gesundheitstrainerin, Angestellte Apothekerin in der Apotheke im Erftstadt-Center, Erftstadt, Vertretung in der Schloss Apotheke, Neuerburg, freie Mitarbeiterin beim Privaten Institut für Arbeitsmedizin (PIA), Siegburg, Dozentin an der Malteser-Schule, Bonn d.muessemeier@uni-bonn.de Zulassung wurde dahingehend geändert, dass ein Kolonkarzinom ohne Mutation im Ras-Gen vorliegen muss [2, 3, 11]. Fazit Jeder Mensch ist ein Individuum mit individuellen genetischen Eigenschaften. Diese Tatsache findet immer mehr Beachtung in Medizin und Arzneimitteltherapie. Die Kenntnis und das Nutzen genetischer Informationen wird eine immer größere Rolle in der Therapie von Erkrankungen spielen. Genomische Untersuchungen können helfen, die Arzneimitteltherapie sicherer und effektiver zu machen. Die Entwicklung auf diesem noch relativ jungen Gebiet schreitet dementsprechend rasant voran. Zitierte und weiterführende Literatur [1] Mahlknecht U. Pharmakogenomik: Prinzip und Perspektive. Dtsch Med Wochenschr 2006; 131:310 3 [2] Dingermann T, Zündorf I, Genetische Biomarker in der stratifizierten Arzneimitteltherapie. Pharmakon 2013; 11:12 20 [3] Dingermann T, Zündorf I, Stratifizierte Pharmakotherapie: Genetische Grundlagen, praktisches Vorgehen. Mediengruppe Deutscher Apotheker GmbH Eschborn, [4] Schwab M, Schäffeler, Schrot W, Brauch H. Pharmakokinetische Aspekte der personalisierten Medizin. Pharmakon 2013; 11:29 35 [5] Handschin C, Meyer UA. Warum reagiert mein Patient anders auf dieses Medikament. Schweiz Med Forum 2012; 2212: [6] National Human Genome Research Insitute. Verfügbar unter: gov/ /about-the-international-hapmap-project-fact-sheet/, letzer Zugriff 25. Juni 2017 [7] Roots I, Laschinski G, Meyer UA. Pharmakogenetik und Pharmakogenomik. 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7 Fortbildungs-Fragebogen 10/2017 Mit dem Apotheken Magazin Fortbildungspunkte sammeln / Fortbildung@storckverlag.de Jede Ausgabe enthält einen speziellen Fortbildungsartikel und einen dazugehörigen Fortbildungsfragebogen, für dessen richtige Ausfüllung und Einsendung jeder Einsender einen von der Bundesapothekerkammer Berlin akkreditierten Fortbildungspunkt erhalten kann. OPTIONAL: Zusätzlich sind im gesamten Heft Beiträge enthalten, die als Fortbildungsbeiträge gekennzeichnet sind. Zur Gesamtheit dieser Beiträge gibt es einen weiteren Fragebogen nur für Abonnenten. Pro Frage ist jeweils nur eine Antwort richtig. Die Lösungen werden Ihnen zusammen mit dem Fortbildungspunkt mitgeteilt. Wenn Sie in jeder Heftausgabe beide Fortbildungsfragebögen richtig einsenden, können Sie sich übers Jahr insgesamt 20 Fortbildungspunkte aus der Kategorie Bearbeiten von Lektionen (rezertifiziert durch die Bundesapothekerkammer, Veranstaltungs-Nr.: BAK/FB/2016/408) sichern. Bitte auf Lesbarkeit achten! 1. Welche Aussage ist richtig? a) Pharmakogenomik ist ein sehr alter Wissenschaftszweig der Pharmakologie. b) Pharmakogenetik und Pharmakogenomik sind Teilgebiete der Pharmakologie. c) Der Einfluss individueller genetischer Faktoren ist in Bezug auf Pharmakokinetik und -dynamik von Arzneistoffen zu vernachlässigen. d) Pharmakogenetik untersucht den Einfluss des gesamten Genoms auf die Arzneimittelwirkung. 2. Welche Antwort ist richtig? a) Die DNA ist ein sehr kleines Molekül. b) SNP ist gleichbedeutend mit Punktmutation. c) Mutationen treten circa alle Basen auf. d) Der Phänotyp beschreibt die Gesamtheit der Gene eines Individuums. 3. Wie lang ist die DNA circa? a) 2 m b) 20 mm c) 2 cm d) 20 µm 4. Welche Aussage ist falsch? a) Der Wildtyp beschreibt die in der Natur am häufigsten vorkommende Variante. b) Allele sind Abweichungen vom Wildtyp. c) Trisonomie 21 beruht auf einer Punktmutation. d) Das HapMap-Projekt erfasst genetische Unterschiede. 5. Welche Aussage stimmt? a) CYP3A4 spielt bei Mutationen eine große Rolle. b) CYP2C9 kommt nicht in Allelen vor. c) CYP2D6 metabolisiert keine wichtigen Arzneistoffe. d) CYP3A4 metabolisiert circa 50 % aller wichtigen Arzneistoffe. 6. Was stimmt? a) PM langsame oder keine Aktivierung von Prodrugs b) EM zu schnelle Metabolisierung c) IM beide Genkopien sind defekt d) UM kein Einfluss auf Prodrugs 7. Welche Aussage zu Transportern ist richtig? a) P-Glykoprotein, OTA und OTC sind Aufnahme-Transporter. b) Aufnahmetransporter werden auch als Effluxtransporter bezeichnet. c) P-Glykoprotein wird durch das MDR 1 kodiert. d ) Polymorphismen können die Bildung von Transportern nicht beeinflussen. 8. Tamoxifen was stimmt? a) Bioaktivierung ist nicht notwendig. b) Der CYP2D6 Polymorphismus ist zu vernachlässigen. c) PM sprechen sehr stark auf den Wirkstoff an. d) Der Wirkort sind die Estrogenrezeptoren im Zellkern. 9. Welche Aussage ist falsch? a) Codein wird CYP2D6-abhängig bioaktiviert. b) Eine Dosiserhöhung ist bei Nichtansprechen der Citalopram-Therapie Mittel der Wahl. c) Phenprocoumon wird CYP2C9 abhängig metabolisiert. d) Der Warfarin-dosing-Algorithmus kann bei der Dosisfindung helfen. 10. Welche Aussage ist richtig? a) Statine werden mittels p-glykoprotein in die Leberzelle aufgenommen. b) Trastuzumab blockiert den Herp2/neu-Rezeptor. c) Ein Gentest vor Therapie mit Trastuzumab wird für gewöhnlich nicht empfohlen. d) Die Bildung des Ras-Proteins ist nicht von Mutationen betroffen. BITTE KONTAKTDATEN IN BLOCKSCHRIFT VOLLSTÄNDIG EINTRAGEN! ZUR ZUSENDUNG DES ZERTIFIKATS BENÖTIGEN WIR IHRE ADRESSE BITTE EINTRAGEN. Berufsbezeichnung: Apotheker/in Pharmazie-Ingenieur/in PTA Name: Apotheke: (Pflichtangabe): Straße: PLZ/Ort: Fax-Nr.: PLZ/Ort (falls abweichend):