pharmacogénétique des transporteurs de médicaments...expression des transporteurs slc et abc dans...
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Pharmacogénétiquedes transporteurs de médicaments
Laurent ChouchanaPharmacologie, Hôpital Cochin, AP-HP
4 mars 2015
UE PPT-7 Variabilité pharmacologique de la réponse aux médicaments
Xénobiotique
O2 OH
Phase I
ex:
cytochromes
P450 (CYP)
Phase I : fonctionnalisation
ex: GST
OH O
Phase II
Phase II : conjugaison
ELIMINATION
ex: P-gP
O
Phase III
Phase III : expulsion du xénobiotique inchangé ou du métabolite (transport)
ex: MRP
Métabolisme des xénobiotiques : principales étapes
2
INTESTIN
(enterocyte)
FECESEXPOSITION
ORALE SecretionAbsorption
FOIE
(hepatocyte)
BILE
Efflux
Captation
Excretion
BHE
(Barrière hémato-
encéphalique)
Efflux Captation CERVEAU
REIN
(tubule proximal)
URINE
Secretion
Ré-absorption
Filtration
Circulation
sanguine
D’après JM Scherrmann, Comprehensive Med Chem, 2007
Les transporteurs : phase III
3
Problématique du passage transmembranaire
• Nature lipophile de la Mb plasmique– barrière physique pour les composés hydrophiles
• Passage transmembranaire pour composés lipophiles– dissolution dans la membrane– selon le gradient de concentration (diffusion simple)
4 Nécessité des transporteurs membranaires
Membrane plasmiqueinterface milieu ext./intracell.bicouche phospholipidique
Les transporteurs membranaires
• Essentiel au passage des membranes et barrières pour de nombreuses molécules– ions
– petites molécules
– macromolécules (ex : protéines)(notamm. peu lipophile)
• Génome humain– 27% des gènes protéines membranaires
– 15% des gènes 4500 transporteurs membranaires (majoritairement super-famille SLC)
5
Les transporteurs membranairesDéfinition
• Protéine membranaire intégrale assurant le passage de xénobiotiques (médicaments) à travers une membrane cellulaire– membrane plasmique (milieu extérieur-milieu intérieur)– membrane intracellulaire (répartition milieu
intracellulaire/organites intracellulaires)
• Caractéristiques du passage transmembranairedifférences avec les canaux ioniques
– un seul coté ouvert (extérieur ou intérieur)– interaction physique directe xénobiotique/transporteur
(liaisons faibles non covalentes type liaisons H)– notion de « drug binding site » caractérisant le
transporteur– nécessité d’apport d’énergie
6
Les transporteurs membranaires
7
Structure des transporteurs membranaires
• Domaines extracellulaires• Domaines transmembranaires• Domaines intracellulaires
8
Caractéristiques générales des transporteurs membranaires
• Un transporteur prend généralement en charge plusieurs substrats :
– substrats endogènes (métabolites…)
conséquences physiologiques
– xénobiotiques
conséquences pharmacologiques
• Un substrat est souvent pris en charge par plusieurs transporteurs :
Redondance et faible spécificité / substrat9
Caractéristiques générales des transporteurs membranaires
• Paramètres de transport
– Vmax, Km
• Cinétique michaelienne V=Vmax x [S]/(Km+[S])
10
Modulation de l’activité des transporteurs
• L’activité des transporteurs peut être inhibée par un grand nombre de composés– inhibition compétitive (action au niveau du « drug binding
site »)
– inhibition non-compétitive (action en dehors du « drugbinding site »)
• Un inhibiteur peut inhiber plusieurs transporteurs
• Certains composés peuvent stimuler l’activité des transporteurs– possibilité pour un même modulateur d’inhiber ou de
stimuler un même transporteur selon le type de substrat
Spécificité médiocre des inhibiteurs11
Modulation de l’activité des transporteurs
• Conséquences de l’inhibition de l’activité des transporteurs
– Interactions médicamenteuses (DDI)
– Interactions médicaments-aliments
– Toxicités (interaction avec le transport de substances endogènes)
• acides biliaires
• bilirubine
12
Expression tissu-spécifique des transporteurs
• Expression au niveau des organes et tissus impliqués dans les processus ADME– Intestin– Foie– Rein– Barrières hémato-tissulaires (BHE,
placenta, testicule…)
• Expression large de certains transporteurs dans divers types cellulaires (ex: MRP1/ABCC1)– cellules souches (pompes ABC)– certaines cellules cancéreuses
(résistance MDR)13
Expression des transporteurs SLC et ABC dans les tissus épithéliaux
14From Sanjay K. Nigam, Nature Reviews Drug Discov. 2015
Expression différentielle dans les cellules polarisées épithéliales
15
pôle apical/pôle basolatéral
Giacomini et al, Nature 2010
Expression différentielle dans les cellules polarisées épithéliales
16
Barrière LCR/Sang (plexus choroïde)
Expression différentielle dans les cellules polarisées épithéliales
17
Barrière placentaire (syncyotrophoblaste)
Régulation de l’expression des transporteurs
• Par des xénobiotiques – agonistes PXR, CAR… – régulation coordonnée avec les enzymes du métabolisme
des xénobiotiques
18
Régulation de l’expression des transporteurs
• Par des situations physiopathologiques– inflammation (cytokines) – hormones– facteurs de croissance– grossesse– maladies
19Le Vée et al, Biochem Pharmacol, 2011
Régulation post-traductionnelle des transporteurs
• Par ajout d’un groupement– glycosylation– phosphorylation
20
P-glycoprotein/ABCB1
D’ après M.M. Gottesman et I. Pastan,Annu. Rev. Biochem., 62, 385, 1993
Polymorphismes génétiques des transporteurs
• Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs)= mutation ponctuelle d’une base– conséquences
• sans• modification de l’activité du transporteur• modification de l’expression du transporteur• modification de la sensibilité aux inhibiteurs
– fréquence variable selon l’origine ethnique
• Maladies congénitales– hyperbilirubinémie congénitale :
Maladie de Dubin-Johnson (MRP2) – pseudoxanthoma elasticum (MRP6)– mucoviscidose (CFTR)
21CFTR = canal chlore
Classification des transporteurs membranaires
• SLC : Solute Carrier
• ABC : ATP-Binding Cassette
• DMT : Drug Metabolite Transporter
• RND : Resistance/Nodulation/Division
• MATE : Multidrug And Toxic compound Extrusion
22
Classification des transporteurs membranaires
• Solute carrier (SLC) transporteurs– transport passif facilité (diffusion facilitée concernant les composés hydrophiles)– transport actif secondaire (couplage à un transport d’ion/métabolite qui se fait
selon son gradient de concentration)• symport• antiport
• ATP-binding cassette (ABC) transporteurs– transport actif primaire (activité ATPase du transporteur)
23
D’a
prè
s O
Fa
rdel
Orientation du transport
24
D’a
prè
s O
Fa
rdel
Transporteurs d’intérêt en PKune quarantaine…
25
26
SLC and ABC drug
transporters that have
been implicated in the
handling of xenobiotics
and drugs
From Sanjay K. Nigam, Nature Reviews Drug Discov. 2015
LA SUPER-FAMILLE DES TRANSPORTEURS ABC
27
Transporteurs d’efflux :la super-famille des transporteurs ABC
• Transport actif primaire (hydrolyse de l’ATP/domaines NBD)
• Rôle dans excrétion de xénobiotiques
• Transporteurs ABC de xénobiotiques se répartissent dans 3 familles :– ABCB (P-glycoprotéine)– ABCC (MRPs)– ABCG (ABCG2/BCRP)
• Structure: duplication ou dimérisation (halftransporteurs/BCRP)
28
(b)
(a)
MSD1MSD0 MSD2
NBD2COOH
NBD1
ABCC1,2,3
(MRP1,2,3)
NH2
(c)
OUT
IN
COOH
ABCB1
(MDR1)
ABCC4,5, 8
(MRP4,5,8)NH2
NBD2
OUT
INNBD1
NH2
ABCG2
(MXR/BCRP/ABCP)
COOH
OUT
INNBD1
Structure moléculaire des transporteurs ABC
29
Transporteurs d’efflux :la super-famille des transporteurs ABC
ABC (ATP – Binding Cassette)
• 49 transporteurs dont 9 de xénobiotiques
http://nutrigene.4t.com/humanabc.htm
NomsABCA ABCB ABCC ABCD ABCE ABCF ABCG
Anciens
noms
ABC1 MDR
P-gp
MRP ALD OABP GCN20 BCRP
Membres 14 11 13 4 1 3 5
Principaux transporteurs ABC de médicaments :ABCB1 - MRP2 - BCRP
30
Transporteurs d’efflux :la super-famille des transporteurs ABC
31
P-glycoprotéine (P-gp)
- Absorption intestinale des médicaments
- Résistance aux anticancéreux
Exemple :
- P-gp affecte la PK des xénobiotiques
ABCB1/MDR1 = P-glycoprotéine
• Pompe d’efflux ABC– la plus ancienne identifiée (Juliano et Ling, 1976)
– la mieux caractérisée et étudiée
• Double fonction– Excrétion : intestin, foie, rein– Protection : cerveau, placenta, testicules
• Implication dans les processus de résistance multiple aux médicaments anticancéreux(Multi-Drug Resistance=MDR)
32
ABCB1/MDR1 = P-glycoprotéine
• Implication dans les rechutes cliniques
– hémopathies malignes ?
33
ABCB1/MDR1 = P-glycoprotéine
34D’ après M.M. Gottesman et I. Pastan,Annu. Rev. Biochem., 62, 385, 1993
Structure primaire (1279 acides aminés)
Fixation d’un ATP ouverture du pore
P-gp : Implications en PK (ADME)
35Giacomini et al, Nature 2010
P-gp : Implications en PK (ADME)
36
Intestin Foie Cerveau Rein
P-gp diminution des concentrations plasmatiques (sauf cerveau)
D’a
prè
s X
De
clè
ve
s
P-gp : médicaments substrats
• Anti-cancéreux– Doxorubicine– Paclitaxel– Vincristine, vinblastine– Inhibiteurs de tyrosine kinase
• Cardio-vasculaire– Dabigatran– Digoxine– Quinidine– Ivadrabine
• Anti-protéases du VIH– Indinavir– Nelfinavir– Saquinavir
• Anti-diarrhéiques– Lopéramide
• Antibiotiques– Erythromycine
• Immunosuppresseurs– Ciclosporine, tacrolimus
• Anti-inflammatoires– Dexaméthasone– Colchicine
• Inhibiteurs calciques– Vérapamil
• Anti-histaminiques H1– Fexofénadine
• Anti-histaminiques H2– Cimétidine
• Antidépresseurs– Amitriptyline
• Antalgiques– Morphine, oxycodone– Méthadone
37
P-gp : médicaments inhibiteurs
• Vérapamil, nifédipine• Quinidine• Tamoxifène• Chlorpromazine• Itraconazole, posaconazole, kétoconazole• Ciclosporine
38
Biodisponibilité orale et clairance biliaire Augmentation des concentrations plasmatiques
Source d’interactions médicamenteuses (IAM)
Alex Sparreboom et al. PNAS 1997;94:2031-2035
wt (•/▴) and mdr1a(−/−) (○/▵) mice after oral (A) and
i.v. (B) administration of paclitaxel (10 mg/kg)
P-gp : implications en PK
P-gp : biodisponibilité oraleet excrétion active épithéliale du paclitaxel
39
P-gp : polymorphisme génétique
• SNP : C3435T– fréquence allélique 45%
– baisse d’expression de la P-gp • CC : fort niveau d’expression
• TT : faible niveau d’expression
S. Hoffmeyer et al. PNAS 2000;97:3473-347840
P-gp : polymorphisme génétique
41S. Hoffmeyer et al. PNAS 2000;97:3473-3478
Corrélation génotype-phénotype
SNP : C3435TCC : fort niveau d’expressionTT : faible niveau d’expression
S. Hoffmeyer et al. PNAS 2000;97:3473-3478
Ex
pre
ssio
n (
pro
téin
e)
42
P-gp et absorption orale
SNP : C3435TDigoxine p.o.Cmax TT > Cmax CC
S. Hoffmeyer et al. PNAS 2000;97:3473-3478
+38%
43
Polymorphisme génétiqueet induction de la P-gp
S. Hoffmeyer et al. PNAS 2000;97:3473-3478
Expre
ssio
n (
pro
téin
e d
sT
D)
IAM : digoxine et rifampicine
44
P-gp et induction
45
P-gp et cerveau
46
PSC833 = inhibiteur de P-gp
Microdialyse de l’hippocampe
+PSC833
P-gp = rôle protecteurpour le cerveau
Boschi and Scherrmann, 2000Schinkel et al, 1996
ABCG2/BCRPBreast Cancer Resistance Protein
• Pompe d’efflux ABC identifiée à partir d’une lignée MDR mammaire (MCF7) non-P-gp et non-MRP1 (Doyle, 1998)
• Half-transporteur (Dimérisation?)
47
Localisation tissulaire ABCG2/BCRP
48
Nienke A. de Vries et al. Clin Cancer Res 2007;13:6440-6449
BCRP et P-gp au sein de la BHETopote
can
BRCP et P-gp travaillent en synergie pour protéger le cerveau
Elacridar : inhibiteur de BCRP 49
Dorina M. van der Kolk et al. Blood 2002;99:3763-3770
BRCP et concentration intracellulaire
50
LA SUPER-FAMILLE DES TRANSPORTEURS SLC
51
Transporteurs d’influx :la super-famille des transporteurs SLC
• Diffusion passive facilitée ou transport actif secondaire
• Plus de 300 transporteurs SLC répartis en 51 familles– Transporteurs d’ions
• Na+• Ca2+• H+• …
– Transporteurs de nutriments et métabolites
• Glucose• Acides aminés• Neurotransmetteurs• …
– Transporteurs de xénobiotiques• 8 familles de SLC
52
COOH
(a)
(b)
NH2
NH2
COOH
OUT
IN
OUT
IN
SLC22
(OAT)
SLC22
(OCT)
SLCO
(OATP)
Structure moléculaire des transporteurs SLC
53
SLC (Solute Carriers)
• 51 familles et 362 membres actuellement identifiés chez l’Homme
• environ 30 transporteurs de xénobiotiques
SLC 1A1 EAATs Glutamate
SLC 2A1 11 GLUT 1 11 Hexoses
SLC 5A1/A2 SGLT ½ Hexoses
SLC 7As L, A, N… Acides aminés
SLC 15A1/A2 PEPT1/T2 di-tripeptides
SLC 16 A1 6 MCT 1 6 Acides carboxyliques
SLC 21As (SLC0) OATPs Anions organiques
SLC 22As OATs Anions organiques
SLC 22As OCTs, OCTN1/2 Cations organiques
SLC 29As ENTs Nucléosides
http://www.genenames.org/cgi-bin/search
Transporteurs d’influx :la super-famille des transporteurs SLC
54
OATP: 1B1 - 1B3 - 2B1
Substrats: statines et sartans
Transport vectoriel avec MRP2
OAT: OAT2
Localisation: membrane baso-latérale des hépatocytes
Transports d’ANIONS endogènes (prostaglandine, urée) et exogènes
(antibiotiques, antiviraux, methotrexate, AINS)
OCT: OCT1
Principal transporteur dans le foie
Excrétion hépatiques de nombreux CATIONS.
Transporteurs SLC: transport des médicaments
55
Sang
Nombreux transporteurs: influence sur l’absorption, la distribution et l’excrétion
Transport et IAMComplexité de l’hépatocyte
56
Transporteurs et IAMNiveau hépatique
57
Captation hépatique et excrétion biliaire du valsartan
Transporteurs et IAMNiveau hépatique
58
Hépatocyte
Transporteurs et IAMNiveau rénal
59
60
patient traités
population de patients avec une maladie
patients ayant une réponse efficace au traitement
Médecine personnaliséeMédecine de précision
61
THERAPEUTIQUE PERSONNALISEE
médicament/posologie adaptés selon le génotype et les
caractéristiques clinico-biologiques de chaque patient
réponse efficace au traitement pour la grande majorité des
patients
Médecine personnaliséeMédecine de précision
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