Testaanbod farmacogenetica

Cytochroom P450 genen

(CYP) genen zijn betrokken bij de afbraak van verschillende medicaties (1). De CYP enzymen doen hun werk voornamelijk in de lever. Deze zogenaamde fase 1 enzymen zijn betrokken bij onder andere oxidatie en reductie van edogene lipofiele stoffen en exogene stoffen, met als doel deze meer hydrofiel te maken om op deze manier uitscheiding via de urine te bewerkstelligen. Het humane genoom bevat 57 CYP genen.

De CYP genen bevatten veel genetische varianten die zowel een verhoogde als een verlaagde activiteit van de CYP enzymen kunnen geven. De CYP genen zijn betrokken bij de omzetting van ca 90% van de medicijnen die regelmatig worden voorgeschreven. Tevens kan de enzym activiteit beïnvloed worden door omgevingsfactoren zoals voedsel en co-medicatie (2).Voor alle CYPgenen kan het genotype maar gedeeltelijk de enzymatische activiteit verklaren.

Daarom dient in acht te worden genomen dat genotyperen een handvat voor de dosering van de medicatie is. In een publicatie van de farmacogenetica werkgroep Koninklijke Nederlandse Maatschappij ter bevordering der Pharmacie (KNMP) is een overzicht te vinden van medicijnen waarvoor doseringsrichtlijnen zijn opgesteld (3).

Referenties
1)   Zanger UM, Schwab M. Cytochrome P450 enzymes in drug metabolism: regulation of gene expression, enzyme activities, and impact of genetic variation. Pharmacol Ther. 2013;138:103-41.

2)  P450 Drug Interaction Table

3)    Swen JJ, Nijenhuis M, de Boer A, Grandia L, Maitland-van der Zee AH, Mulder H, Rongen GA, van Schaik RH, Schalekamp T, Touw DJ, van der Weide J, Wilffert B, Deneer VH, Guchelaar HJ. Pharmacogenetics: from bench to byte­an update of guidelines. Clin Pharmacol Ther. 2011;89:662-73
 

CYP2D6

CYP2D6 metaboliseert ongeveer 25% van medicijnen die vaak gebruikt worden zoals antidepressiva, antipsychotica, opioiden, tamoxifen, anti-aritmica. Tot nu toe zijn meer dan 100 genetische varianten in het CYP2D6 gen beschreven. Tevens kunnen deletie of duplicaties van het complete gen voorkomen. Deze genetische variaties kunnen resulteren in een (sterk) verhoogde of verlaagde CYP2D6 enzym activiteit. Afhankelijk van de combinatie van genetische variaties kunnen personen in vier klasse van CYP2D6 activiteit ingedeeld worden, dit varieert van geen (10% van de Kaukasische bevolking) CYP2D6 enzymactiviteit tot een sterk verhoogde activiteit (4).

Referentie
4)    Teh LK, Bertilsson L. Pharmacogenomics of CYP2D6: molecular genetics, interethnic differences and clinical importance. Drug Metab Pharmacokinet. 2012;27:55-67.

CYP2C9

CYP2C9 komt voornamelijk tot expressie in de lever en metaboliseert zo'n 15-20% van alle medicatie die een fase 1 metabolisme ondergaan. Het CYP2C9 gen is zeer polymorf, een deel van de beschreven genetische varianten in het gen hebben effect op de enzym activiteit van CYP2C9. Patiënten met een verlaagde enzym activiteit hebben een verhoogd risico op de ontwikkeling van bijwerkingen met name voor CYP2C9 substraten met een klein therapeutische window zoals fenytoïne en tolbutamide (5,6).

Referenties
5)    Van Booven D, Marsh S, McLeod H, Carrillo MW, Sangkuhl K, Klein TE, Altman RB. Cytochrome P450 2C9-CYP2C9. Pharmacogenet Genomics. 2010;20:277-81.

6)    Rosemary J, Adithan C. The pharmacogenetics of CYP2C9 and CYP2C19: ethnic variation and clinical significance. Curr Clin Pharmacol. 2007;2:93-109. 

CYP2C19

CYP2C19 is een van de CYP enzymen die het laagst tot expressie komt in de lever en is betrokken bij de metabolisatie van ca 5% van de veel gebruikte medicijnen. De beschreven genetische varianten in het CYP2C19 gen resulteren over het algemeen in een verlaagde CYP2C19 enzym activiteit. In totaal draagt 25-30% van de Kaukasische populatie en 60% van de Aziatische populatie een variant die resulteert in een verlaagde activiteit van het CYP2C19 enzym. Dus deze personen zullen een lagere metabolisatie hebben van medicijnen die via CYP2C19 omgezet worden (6). Meer recent is een variant beschreven die een verhoogde CYP2C19 enzym activiteit geeft (7).

Referenties
6)    Rosemary J, Adithan C. The pharmacogenetics of CYP2C9 and CYP2C19: ethnic variation and clinical significance. Curr Clin Pharmacol. 2007;2:93-109. 
7)    Li-Wan-Po A, Girard T, Farndon P, Cooley C, Lithgow J. Pharmacogenetics of CYP2C19: functional and clinical implications of a new variant CYP2C19*17. Br J Clin Pharmacol. 2010;69:222-30.

CYP3A4 en CYP3A5

CYP3A4 en CYP3A5 zorgen in de lever voor meer dan 50% van de metabolisatie van alle CYP enzymen. Voor CYP3A5 geldt dat de normale situatie een lage enzymactiviteit is (homozygoot voor de verminderd werkzame variant). Een klein deel van de populatie heeft juist een gedeeltelijk of volledig werkzaam enzym. Dit heeft als consequentie dat deze patiënten bij een normale dosis versneld metaboliseren en dus onder-gedoseerd worden. In CYP3A4 wordt een variant getest die resulteert in verhoogde enzymatische activiteit. Dit heeft tot gevolg dat geneesmiddelen te snel afgebroken worden, wat resulteert in een (te) lage medicijnspiegel. Dit heeft in het bijzonder consequenties voor geneesmiddelen die een zeer smal werkzaam gebied hebben, waaronder bijvoorbeeld Tacrolimus.(8,9)

Referenties
8)     van Schaik RH, de Wildt SN, van Iperen NM, Uitterlinden AG, van den Anker JN, Lindemans J. CYP3A4-V polymorphism detection by PCR-restriction fragment length polymorphism analysis and its allelic frequency among 199 Dutch Caucasians. Clin Chem. 2000 Nov;46(11):1834-6.

9)     Op den Buijsch RA, Christiaans MH, Stolk LM, de Vries JE, Cheung CY, Undre NA, van Hooff JP, van Dieijen-Visser MP, Bekers O. Tacrolimus pharmacokinetics and pharmacogenetics: influence of adenosine triphosphate-binding cassette B1 (ABCB1) and cytochrome (CYP) 3A polymorphisms. Fundam Clin Pharmacol 2007; 21: 427-435.

CYP1A2

CYP1A2 komt alleen in de lever tot expressie en metaboliseert naast cafeïne ook geneesmiddelen zoals theophylline en naproxen.(10,11) Als deze substraten of medicijnen samen met een inhibitor zoals o.a. grapefruitsap, fluvoxamine of het antibioticum ciprofloxacine ingenomen wordt kunnen serum waarden ervan dusdanig stijgen dat toxiciteit kan optreden.(12) Inductie van het CYP1A2 metabolisme en daardoor versnelde afbraak van medicijnen kan worden veroorzaakt door vooral roken en ook door het eten van bijvoorbeeld spruitjes, broccoli, kool en boven houtskool gebakken voedsel (aangebakken vlees).(13) Genetische varianten van CYP1A2 kunnen gevoeliger of juist minder gevoelig zijn voor inductie door bijvoorbeeld roken. Indien een patiënt stopt met roken terwijl de te nemen medicatie niet aangepast wordt kunnen hierdoor de spiegels (gevaarlijk) te hoog worden.

Referenties
10) Miners JO, Coulter S, Tukey RH, Veronese ME, Birkett DJ. Cytochromes P450, 1A2, and 2C9 are responsible for the human hepatic O-demethylation of R- and S-naproxen. Biochem Pharmacol 1996;51:1003-8.

11) Faber MS, Jetter A, Fuhr U. Assessment of CYP1A2 Activity in Clinical Practice: Why, How, and When? Basic Clinl Pharmacol Toxicol 2005; 97: 125–34.

12) Becquemont L, Le Bot MA, Riche C, Funck-Brentano C, Jaillon P, Beaune P. Use of heterologously expressed human cytochrome P450 1A2 to predict tacrine-fluvoxamine drug interaction in man. Pharmacogenetics 1998;8:101-8.

13) Fuhr U. Drug interactions with grapefruit juice. Extent, probable mechanism and clinical relevance. Drug Saf 1998;18:251-72.
 

Thiopurine methyltrans­ferase

Thiopurine methyltransferase (TPMT) speelt een cruciale rol in het metabolisme van thiopurines (azathioprine en 6-mercaptopurine)(1). Het is bekend dat personen met een verlaagde TPMT activiteit een hogere kans hebben op bijwerkingen bij de behandeling met thiopurines (o.a. myelosuppressie). Deze bijwerkingen zijn te voorkomen door het aanpassen van de thiopurine dosering bij personen met een verlaagde TPMT activiteit. Ongeveer 10% van de populatie heeft een verlaagde TPMT enzym activiteit. Deze verlaagde enzym activiteit kan voor een groot deel verklaard worden door genetische variatie in het TPMT gen.


Ons eigen onderzoek en recente literatuur geeft aan dat genotyperen van de drie meest voorkomende varianten in het TPMT gen (TPMT*2, TPMT*3A en TPMT*3C) en een daarop volgende thiopurine dosis reductie resulteert in een significante daling van het aantal personen die myelosuppressie ontwikkelen. In personen met een genetische variant daalt het aantal gevallen van myelosuppressie van 22,9% naar 2,6%. Ook is het bekend dat niet alle gevallen van myelosuppressie te "vangen" zijn met het genotyperen van de drie meest voorkomende varianten in the TPMT gen. Een klein deel van de populatie (<0.01%) zal een zeldzame variant in het TPMT gen dragen die kan leiden tot een verlaagde TPMT enzym activiteit en het kan voorkomen dat iemand twee zeldzame varianten op twee allelen draagt (bijvoorbeeld *3B en *3C). In het laatste geval zal een persoon onterecht als iemand met een intermediaire (i.p.v. afwezige) enzym activiteit geclassificeerd worden. Dit geldt ook voor personen met een verlaagde enzym activiteit veroorzaakt door niet-genetische (omgevings)factoren(3). Niettemin ontwikkelt ongeveer 7% van de personen met een normale enzymactiviteit myelosuppressie.

 
Referenties
1)    Derijks LJ, Wong DR. Pharmacogenetics of thiopurines in inflammatory bowel disease. Curr Pharm Des. 2010;16:145-54.

2)    Schaeffeler E, Fischer C, Brockmeier D, Wernet D, Moerike K, Eichelbaum M, Zanger UM, Schwab M. Comprehensive analysis of thiopurine S-methyltransferase phenotype-genotype correlation in a large population of German-Caucasians and identification of novel TPMT variants. Pharmacogenetics 2004;14:407-17.

3)    Sahasranaman S, Howard D, Roy S. Clinical pharmacology and pharmacogenetics of thiopurines. Eur J Clin Pharmacol. 2008;64:753-67.

 

Inosine triphosphatase

 

β2-adrenerge receptor (ADRB2)

De werkzaamheid van astma medicatie is zeer variabel, bij een groot deel van de patiënten is de astma ondanks hoge dosering van de medicatie niet onder controle te krijgen. Genetische variatie in het β2-adrenerge receptor (ADRB2) gen is geassocieerd met het behandelingseffect. Met name de variant rs1042713 die resulteert in een aminozuur verandering op positie 16 van glycine (G allel) naar arginine (A allel) in het eiwit van de β2-adrenerge receptor is bekeken in relatie tot het behandelingseffect in astma.
Een meta-analysis met 4226 kinderen die behandeld werden met inhalatie-corticosteroïden en langwerkende bèta-agonisten (long acting β-agonisten (LABA)) heeft aangetoond dat dragers van het A allel van rs1042713 een 52% verhoogd risico op toename van ziektesymptomen voor elk kopie van het A allel.1 Hoewel dit niet is aangetoond in een studie met volwassenen met astma.2 Het A allel op positie c.46G>A komt bij 35-40% van de Caucasische bevolking voor.

Referenties
 1). Turner et al. Childhood asthma exacerbations and the Arg16 β2-receptor polymorphism: A meta-analysis stratified by treatment. J Allergy Clin Immunol. 2016. Online first PMID: 26774659.
2). Bleecker et al. Effect of ADRB2 polymorphisms on response to longacting beta2-agonist therapy: a pharmacogenetic analysis of two randomised studies. Lancet. 2007;370:2118-25.

Dihydropyrimidine dehydrogenase

Dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) is betrokken bij de eliminatie van fluoropyrimidines (zoals 5-fluorouracil, capacetabine en tegafur) uit het lichaam. Deze medicatie wordt vaak gebruikt bij de behandeling van tumoren. Literatuur geeft aan dat er grote intra- en inter-individuele variatie is in de DPD enzymactiviteit. Dit is een observatie die overeenkomt met onze bevindingen in de DPD-enzymdiagnostiek.

Variatie in de enzymactiviteit is gedeeltelijk te verklaren door genetische variatie in het DPYD-gen dat codeert voor het DPD-enzym maar ook comedicatie kan een effect hebben op de DPD-activiteit. Personen met een verlaagde DPD-enzymactiviteit (3-5% van de populatie) hebben een verlaagde klaring van fluoropyrimidines en daarmee een toegenomen halfwaardetijd van de medicatie dat resulteert in een verhoogd risico op de ontwikkeling van dosis afhankelijke (levensbedreigende) bijwerkingen (zoals myelosuppressie, mucositis, neurotoxiciteit, hand–voet syndroom en diarree) (1).

Glucose-6-phosphate dehydrogenase

Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) deficiëntie is de meest voorkomende genetische aandoening. Wereldwijd heeft 4.9% van de populatie een verlaagde G6PD-enzymactiviteit.1 G6PD- deficiëntie komt vooral voor bij mensen uit Afrika, Azië en het Midden-Oosten. Het G6PD enzym voorkomt oxidatieve stress in rode bloedcellen. Personen met een G6PD deficiëntie hebben over het algemeen geen klachten maar ze hebben wel een verhoogde kans op hemolytische anemie bij blootstelling aan een aantal exogene stoffen zoals voedsel (met name tuinbonen), medicatie (met name een aantal antimalaria middelen), infecties en blootstelling aan chemicaliën zoals haarverf met naphthol (1,2).

G6PD is een van de eerste genen waarvoor een farmacogenetische relatie beschreven is. Het voorspellen van het optreden op bijwerkingen op basis van het genotype alleen is door een aantal redenen bijna onmogelijk voor G6PD. Ten eerste kan eenzelfde genetische variant  op fenotypisch niveau (G6PD-enzymactiviteit) een heel ander effect hebben. Ten tweede ligt het gen op het X-chromosoom, dus mannen met een variant in het G6PD-gen kunnen een verlaagde enzym activiteit hebben omdat mannen maar één X-chromosoom hebben. Voor vrouwen is het zonder informatie met betrekking tot de enzymactiviteit niet te voorspellen of een variant in het G6PD gen zal resulteren in een deficiëntie op enzym niveau. Over het algemeen heeft 25% van de vrouwen met een variant op een van de twee X-chromosomen een verlaagde enzymactiviteit (1).

Referenties 

1)    McDonagh EM, Thorn CF, Bautista JM, Youngster I, Altman RB, Klein TE. PharmGKB summary: very important pharmacogene information for G6PD. Pharmacogenet Genomics. 2012;22:219-28.

2)     Drugs to avoid list

Polymerase gamma (POLG1)

DNA polymerase gamma is het enige polymerase verantwoordelijk voor de replicatie en het onderhoud van het mitochondriële DNA. Mutaties in de katalytische subunit (gecodeerd door het POLG1 gen) zijn geassocieerd met een breed spectrum aan klinische symptomen, zoals o.a. (chronische) progressieve externe ophthalmoplegie, polyneuropathie en epilepsie (kenmerken van een mitochondriële aandoening) (1). Inmiddels zijn er meer dan 150 mutaties beschreven (POLG mutation database). Personen met POLG1 mutaties hebben een risico op het ontwikkelen van fatale status epilepticus met leverfalen bij het gebruik van valproaat (VPA; Depakine), een veelvuldig gebruikt anti-epilepticum dat tegenwoordig ook voorgeschreven kan worden bij migraine, bipolaire stoornissen, chronische hoofdpijn of als adjuvant bij chemotherapie (2).

Mu opioid receptor

Roken en alcoholgebruik zijn wereldwijd de twee meest voorkomende verslavingen. Alcohol zorgt voor het vrijkomen van endogene opioiden die via onder ander de mu opioid receptor (OPRM1) het opioid signaleringssysteem activeren. Dit zorgt voor het goede gevoel tijdens het drinken van alcohol. Naltrexon, medicatie tegen alcoholverslaving, grijpt aan op de mu opioid receptor en wordt beschouwd als een van de meest effectieve medicijnen voor de behandeling van alcohol verslaving (1). In Nederland gebruiken ongeveer 4500 personen naltrexon.

Vitamine K epoxide reductase complex 1 (VKORC1)

Vitamine K is een essentieel vitamine voor de aanmaak van o.a. de zogenaamde vitamine K-afhankelijke stollingseiwitten. Het enzym VKORC1 is betrokken bij de recycling van vitamine K. De zogenaamde Vitamine K Antagonisten (VKA’s) zoals coumarine, warfarine en acenocoumarol grijpen aan op dit enzym en blokkeren deze werking. Een ander belangrijk enzym in het metabolisme van de VKA’s is CYP2C9.1-2 In beide enzymen zijn een aantal genetische varianten bekend. Deze varianten kunnen instabiliteit in de medicijnspiegels tot gevolg hebben. Een genetische variant in VKORC1 kan zo’n 30% van de dosisvariatie tussen patiënten verklaren en de VKORC1/CYP2C9 combinatie zo’n 70%.3 De genetische varianten van VKORC1 en/of CYP2C9 zijn verantwoordelijk voor (partiële) resistentie tegen VKA’s, verschil in dosisbehoefte, instabiliteit, ‘doorschieten’, verhoogd bloedingsrisico en verschil in gevoeligheid voor interacties met andere geneesmiddelen, waaronder de nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAID’s, zoals aspirine of ibuprofen).1 Bij fenprocoumon wordt minder effect gezien van de genetische varianten. In zeldzame gevallen kan een (partiële) resistentie tegen VKA’s worden gevonden. De genetische analyse van VKORC1 en CYP2C9 heeft weliswaar geen therapeutische consequentie, maar kan wel bijdragen aan een beter begrip van de patiënt voor de oorzaak van de instabiliteit. Genen veranderen niet gedurende het leven, dus bepaling van deze genen hoeft slechts eenmalig te gebeuren.

Referenties
1. Wilms EB, Veldkamp RF, van Meegen E, Touw DJ. Partiele acenocoumarol- en fenprocoumonresistentie door enzympolymorfisme. Ned Tijdschr Geneesk 2006;150:2095-2098.
2. Oldenburg J, Bevans CG, Fregin A, Geisen C, Muller-Reible C, Watzka M. Current pharmacogenetic
developments in oral anticoagulation therapy: the influence of variant VKORC1 and CYP2C9 alleles. Thromb Haemost 2007;8:570-578.
3. Biss TT, Avery PJ, Brandão LR, Chalmers EA, Williams MD, Grainger JD, Leathart JB, Hanley JP, Daly AK, Kamali F VKORC1 and CYP2C9 genotype and patient characteristics explain a large proportion of the variability in warfarin dose requirement among children. Blood. 2012 Jan 19;119(3):868-73.