Era postgenomică - Farmacogenetica

          Era postgenomică.

                   Dincolo de ultima frontieră.

                   O nouă paradigmă în terapeutică:

                   Farmacogenetica.

 

                                                                          Dr. Marian POPA

 

 

     Nu a trecut multă vreme de când America (cine altcineva ar fi putut?) a anunţat decriptarea genomului uman. Victorie mare a ştiinţei, a cunoaşterii umane, a cărei frontieră în biologie a fost extinsă într-o zonă care, până în urmă cu câteva decenii, era prezentă doar în filme SF. Întreaga secvenţă a genomului uman a fost descifrată în cadrul  Proiectului „GENOM UMAN”, desfăşurat sub egida UNESCO, cel mai costisitor program ştiinţific din istorie, din domeniul ştiinţelor vieţii, comparabil cu programul NASA de cercetare a spaţiului cosmic şi care a antrenat în desfăşurarea sa nume prestigioase din cele mai celebre laboratoare de analiză genomică şi citogenetică moleculară din lume. Într-o primă schiţă reprezentînd 96% din partea eucromatinică activă, a fost publicat în revista NATURE în 15 februarie 2001 de International Human Genome Sequencing Consortium şi de compania privată Celera Genomics. Completarea decriptării sale a fost anunţată pe 14 aprilie 2003.

     Genomul uman cuprinde 3,2 Gb (adică miliarde de baze), din care 2,95 reprezintă eucromatina (segmentul funcţional al genomului) şi restul heterocromatina inactivă. ADN-ul codant reprezintă sub 5% din genom, mai mult de 95% din ADN fiind necodant sau „egoist” şi avînd un rol pînă în prezent neelucidat.  

     O trecere scurtă în revistă a celor mai importante etape anterioare ale extraordinarei aventuri a cunoaşterii care a permis atingerea acestei ultime frontiere, ne va readuce în atenţie pleiada de nume mari care au jalonat acest lung drum de mari descoperiri ale geniului uman.

     Observaţii despre ereditate s-au făcut din cele mai vechi timpuri. Toate popoarele mari ale lumii au comentarii de genul „Ce naşte din pisică şoareci mănâncă” sau „Aşchia nu sare departe de butuc”. În folclorul suedez există însă şi  zicala „Să nu te căsătoreşti cu o fată bună dintr-o familie rea” al cărei înţeles adânc se referă la ceva mai complicat decît ereditatea simplă, liniară, şi anume la eventuale gene rele ascunse în patrimoniul ereditar al unei persoane aparent, adică fenotipic, bune. (1)

     Primul personaj calificat care a făcut observaţii asupra unor maladii şi malformaţii ereditare a fost desigur Hipocrates (460-370 î.e.n.), care a observat printre altele incidenţa mai mare a unor malformaţii în anumite familii.

     Trecem peste o enormă perioadă din istorie, nu fără a menţiona dreptul primogeniturii la nobilii europeni ai Evului Mediu şi împărţirea în caste după invazia ariană din India, care presupun observaţii cu caracter genetic şi amintim de primul tratat în domeniu, publicat la începutul secolului al XIX-lea de J. Adams, despre ”..proprietăţile presupuse ereditare ale bolilor..”, care constata, prin observaţie clinică, frecvenţa mai mare a copiilor anormali în cuplurile cu soţi care se înrudesc (consanguini). Observaţia, genială, a fost confirmată pe deplin de studii ulterioare extinse şi chiar matematizată în a doua parte a secolului XX de Erwin Schrodinger. (2)

     În perioada premendeliană s-au mai afirmat în domeniu Otto, George.W.Huntington şi alţii.

     Gregor Johann Mendel (1822-1884), călugăr german, are inspiraţia genială de a realiza hibridări între diferite varietăţi de mazăre (Pisum sativum) descoperind astfel legile eredităţii.

     Contemporan cu Mendel, în anii 1865-66, sir Francis Galton, văr cu Darwin (3), stabileşte şi susţine transmiterea ereditară a „geniului” analizînd concentrarea unor trăsături excepţionale în anumite familii, cum ar fi talentul muzical la familia Bach, talentul militar şi oratoria în familia Scipio din Roma antică, ş.a. Galton este primul om de ştiinţă care studiază transmiterea caracterelor ereditare la om prin studii pe gemeni monozigoţi crescuţi în medii separate.(4) El a introdus în ştiinţă paradigma „nature-nurture”, adică ereditate-mediu în determinarea trăsăturilor persoanei umane. Expresia nature-nurture a fost luată de Galton din piesa lui Shakespeare „Furtuna” şi se referă la ciudăţenia trăsăturilor lui Caliban.

     Prima catedră de genetică din lume, a fost înfiinţată la Cambridge, în 1905, de W. Bateson.

     Sir Archibald E.Garrod, prieten cu W. Bateson, este considerat părintele geneticii umane. El a publicat în 1902 în Lancet, o comunicare despre incidenţa alkaptonuriei. În cartea sa „Inborn Errors of Metabolism” face, pentru prima dată în istoria geneticii, legătura dintre genă şi produsul său, proteina structurală sau enzima, elaborînd astfel conceptul o genă-o enzimă, care va reprezenta apogeul concepţiei clasice despre genă. Garrod pune şi bazele geneticii medicale descriind, în a doua ediţie a cărţii sale (1923), cîteva anomalii metabolice transmise ereditar la om. Astăzi sunt cunoscute peste trei mii de astfel de anomalii, a căror răspândire poate fi limitată prin sfat genetic.

     După ce G.W.Beadle şi E.L.Tatum au luat premiul Nobel pentru cercetări de mutageneză şi genetică biochimică efectuate în anii 1930-40, prin care au ilustrat şi confirmat principiul o genă- o enzimă, J.H.Tijo şi A Levan, stabilesc în 1956, prin metoda hipotonizării celulelor, că garnitura diploidă normală de cromozomi ai omului este de 46.

     În anul 1959, J.Lejeune, M. Gautier şi R. Turpin, descoperă că sindromul Down, despre care se ştia din secolul 19 că este o boală ereditară, se datorează prezenţei unui cromozom suplimentar, în perechea 21, punînd astfel bazele citogeneticii medicale.

     Genetica umană are nume mari şi în ţara noastră. Dintre aceştia cităm doar pe Victor Babeş, iniţiatorul concepţiei saltaţionismului (concepţie care acordă saltaţiilor- variaţiilor genetice mari- compatibile cu viaţa, rol în geneza de noi specii) şi pe Gheorghe Marinescu, iniţiatorul primei societăţi de genetică din România, care a organizat un laborator de genetică experimentală şi citogenetică, la Spitalul Colţea.

     Pe plan mondial, au urmat descoperiri din ce în ce mai importante, care au făcut posibilă în 1953, cea mai mare descoperire din biologia secolului XX, modelul de structură bicatenară a ADN, propus de James D. Watson şi Francis H.C. Crick, premiaţi Nobel şi ei. Prin acest model cei doi au putut explica cea mai importantă trăsătură a genei şi anume autoreproducerea în forme identice, prin care s-a putut realiza evoluţia materiei vii, sau, dacă vreţi, planul creaţiei.

     În 1965, alţi premiaţi Nobel, Khorana şi Niremberg, au definit codul genetic şi i-au descris primii caracteristicile şi anume că este universal, este triplet, este lipsit de ambiguitate , este redundant şi este nesuperpozabil şi fără virgule. Nu intrăm în amănunte.

     În anii 70 s-a mai realizat izolarea şi sinteza unor gene, ceea ce a deschis epoca ingineriei genetice.

     Prin noile descoperiri, de după 1980, ale transpozonilor, retrotranspozonilor şi invertonilor, care se mai numeau şi elemente de instabilitate genetică sau gene săritoare şi s-a stabilit că acestea au un rol foarte important în mutageneză, în transformarea malignă şi citodiferenţiere, s-a trecut de la vechiul concept al genomului rigid, imuabil, la conceptul de genom dinamic, adică în permanentă posibilă transformare. Acest proces, declanşat de factorii mutageni din mediul care acţionează şi asupra expresiei genelor prin modularea cantitativă şi calitativă a sintezei proteice, s-a stabilit că este temperat şi corectat de un aşa numit sistem reparator, care împiedică mutaţiile.

     Printre ultimele descoperiri, înainte de cartografierea întregului genom (care, după cum ştim acum, are peste 30.000 de gene), se află acelea ale protooncogenelor, emerogenelor (antioncogene), a genelor antisens şi a ARN antimesager.

     Au devenit posibile în ultimii ani, realizarea de organisme transgenice, clonarea şi terapia genică.

 

Analiza genetică şi principiile farmacogeneticii.

 

     Scopul analizei genetice este descifrarea mecanismelor care se desfăşoară

în realizarea unui caracter ereditar, de la nivelul genei care dirijează edificarea acelui caracter şi până la nivelul organismului unde se manifestă şi se exprimă acel caracter sub forma unei trăsături anatomice, fiziologice, biochimice sau de comportament.

     Înainte de toate este necesar să lămurim trei termeni importanţi de care ne servim în domeniu. Ei sunt fenotipul, genotipul şi genomul. Primul reprezintă totalitatea genelor exprimate, adică manifeste. Al doilea reprezintă totalitatea genelor care se pot exprima în condiţiile de mediu posibile, din totalitatea genelor existente la individul în cauză, manifeste sau nu şi care constituie genomul individului respectiv. Genofondul reprezintă fondul de gene al unei populaţii, format din totalitatea genelor prezente sub formă de alele simple, duble sau multiple.

     Majoritatea trăsăturilor fenotipice umane sunt rezultatul relaţiei genotip- mediu-fenotip, înţelegînd prin mediu şi mediul intern.

     Genele codifică sinteza tuturor proteinenzimelor participante la toate nivelele tuturor metabolismelor care asigură viaţa organismului. Există mijloace de laborator prin care se poate stabili nivelul acestor enzime participante la un lanţ metabolic, precum şi nivelul metaboliţilor respectivi. Se poate urmări astfel buna desfăşurare a lanţului metabolic respectiv precum şi disfuncţiile apărute. Nu sunt cunoscute încă o mulţime imensă de reacţii metabolice din organismul normal şi din acela afectat de o anumită patologie. Cercetările sunt în derulare.

    

     O mică incursiune istorică ne reaminteşte lupta politică şi ideologică din timpul celui de-al doilea război mondial, în care se confruntau două atitudini. Una era pătrunsă de adevărurile ştiinţifice ale geneticii de atunci şi

împinsese până la ultimele consecinţe importanţa genelor (respectiv a rasei, în terminologia de atunci) propunînd omenirii un plan grandios şi evident megalomanic, de îmbunătăţire a rasei umane, cealaltă exagerînd, mai ales prin ideologia comunistă, importanţa mediului şi minimalizând importanţa eredităţii. Adevărul este undeva la mijloc. În formarea persoanei umane, acţionează un pattern interacţional între ereditate şi mediu, contribuţia fiecărui factor fiind mult mai nuanţat stabilită de cercetările făcute până în prezent (5). Decisiv rămâne factorul genetic, din genotip formându-se şi tipul de reacţie şi comportamentele elementare precum şi funcţiile şi comportamentele complexe ale persoanei, în condiţii de mediu favorabile. Cercetările etologilor (vezi şcoala lui Konrad Lorenz de ex.(6, 7)) dovedesc cu prisosinţă acest lucru. Surpriza vine din metisare, proces populaţional care a amestecat marile populaţii ale pămîntului din timpuri imemoriale şi care, prin creşterea mobilităţii din epoca modernă, a căpătat proporţii planetare. Diferenţele între rase, apărute probabil prin mutaţii viabile şi păstrate în areale izolate timp îndelungat, au expresia genetică în alele la gene aflate pe aceiaşi locuşi şi care determină diversele caractere anatomice, fiziologice şi biochimice, deosebite de la o rasă la alta. Amestecul de gene, precum şi desigur producerea de noi posibile mutaţii, au dus la prezenţa pe acelaşi locus a mai multor gene, dintre care numai una (simplificăm didactic) se exprimă fenotipic. Prezenţa acestor mai multe gene care exprimă deosebit un acelaşi caracter fenotipic şi au anumite particularităţi, determină ceea ce este definit prin termenul de polimorfism genetic. Diferenţa unei perechi de baze aşezate atipic la 500-1000 de perechi de baze din structura genelor se numeşte polimorfismul unui singur nucleotid (single nucleotid polymorfism-SNPs) şi constituie markerii de individualitate care determină susceptibilitatea la boală, răspunsul specific la efectele medicamentelor, performanţele, etc. Au fost identificate până în prezent peste 1,42 milioane SNPs, ceea ce reprezintă un polimorfism foarte mare.

     Din numărul imens al polimorfismelor mononucleotidice estimate, urmează să fie selectate (o parte s-au şi selectat) acele polimorfisme cu utilitate clinică pentru valoarea predictivă asupra răspunsului la medicamente.

     Strategia stabilirii acestor markeri, cuprinde scanarea genomului, pentru stabilirea genelor susceptibile, studii ale SNP din aceste gene şi evaluarea statistică a asocierii acestor SNP cu răspunsul la tratament. În final se va recurge la studii asociative, adică studii clinice pe grupe largi de populaţie, cu design bine fundamentat, genotipare cost-eficientă şi analize reproductibile care să confirme corelaţia semnificativă statistic a unui anumit SNP cu răspunsul la medicamentul studiat.

     Ecogenetica se ocupă, aşa cum o arată şi numele, de interrelaţiile dintre genele organismelor vii şi mediu.

     Farmacogenetica este o ramură a ecogeneticii, care studiază interacţiunea gene-medicamente. Ea are o subramură, farmacogenomica, de la care aflăm genele, cu toate variantele lor, care sunt implicate în metabolizarea medicamentelor administrate în toate bolile cunoscute. E un câmp de cercetare enorm, practic inepuizabil.

     Aceste două noi discipline ale ştiinţei, aflate dincolo de ultima frontieră, în era postgenomică, reprezintă unul din fronturile cele mai recente, deschise în terapeutică şi de la care medicina aşteaptă enorm.Polimorfismul genetic este cutia cu surprize a tuturor evenimentelor atipice apărute în desfăşurarea ontogeniei fiinţelor umane şi care fac, printre altele, diferenţele dintre indivizii care se succedă într-un lanţ genetic familial. Se estimează că din cele aproape 40.000 de gene, există polimorfisme la cca 17.000. Dintre acestea s-au descoperit şi documentat abia cîteva sute de gene polimorfice.

    

     Polimorfismul genetic este implicat, pentru a reveni la tema principală a comunicării şi în reacţiile, deosebite de la individ la individ, la tratamentele medicamentoase, prin urmare la obiectul de studiu al farmacogeneticii.

     El este este implicat şi în apariţia de dizarmonii, fizice, fiziologice şi biochimice, mai mult sau mai puţin vizibile, care dacă nu duc la moartea determinată genetic a individului, pot pigmenta cu particularităţi faste sau nefaste, existenţa acestuia. P.G. este din ce în ce mai citat în congresele tuturor specialităţilor din branşa noastră, inclusiv în psihiatrie.

     Una dintre primele observaţii făcute asupra reacţiilor deosebite ale pacienţilor la tratamentul medicamentos a fost făcută la bolnavii de TBC, în 1960. O cercetare dinainte de desprinderea farmacogeneticii din ştiinţa mamă, a observat, pe un grup de 267 de pacienţi, o metabolizare diferită, dar cu distribuţie bimodală, a medicamentului tuberculostatic izonicotinil-hidrazina (INH). La un grup de pacienţi medicamentul era metabolizat mai repede şi la alt grup era metabolizat mai lent. S-a interpretat acest fapt printr-o ereditate deosebită a biotransformării medicamentului, ceea ce s-a confirmat prin cercetări ulterioare. Sau descoperit două gene alele, adică aflate pe acelaşi locus, responsabile de acest lucru, care au fost notate  ACs şi Acr. Alela ACs condiţionează o inactivare înceată, iar a. Acr o inactivare rapidă. Desigur că şi efectul terapeutic era diferit, în funcţie de timpul de interreacţie a medicamentului şi a germenului bolii, respectiv bacilul Koch, la pacienţii cu inactivare rapidă, determinată genetic, fiind nevoie de doze mărite corespunzător.

     Observaţia respectivă şi altele asemănătoare, au atras atenţia asupra acestui nou tip de situaţie care ilustrează şi documentează afirmaţia că „nu există boală ci bolnav” şi deschide posibilităţi nebănuite de dezvoltare a unei medicine puternic individualizate.

     Prezenţa polimorfismelor este diferită de la etnie la etnie. Un exemplu îl dă proporţia diferită a indivizilor cu fenotip de acetilatori lenţi ai tuberculostaticului Izoniazidă: 5% dintre eschimoşii canadieni, peste 80% dintre egipteni, 90% dintre marocani, 40%-70% dintre europeni şi sud-americani, 10-20% dintre asiatici. Cercetările de farmacogenetică şi farmacogenomică au stabilit că bazele genetice ale acestor variaţii constau în prezenţa a cel puţin 20 de alele pentru gena N-acetiltransferazei (NAT 2) care se corelează cu tipul de acetilator lent sau rapid al acestui medicament.

     Mai dăm câteva exemple de corelaţii ale polimorfismelor genetice cu răspunsul la medicamente. În prezenţa unor anumite polimorfisme, eritromicina poate provoca reacţii severe adverse la pacienţi cu sindrom QT lung congenital. Contraceptivele orale pot provoca în aceeaşi situaţie, a prezenţei unor polimorfisme, tromboze ale venelor cerebrale şi ale venelor profunde ale membrelor.

     Polimorfismul genetic al receptorului serotoninei 5-HT2 a, se poate corela cu răspunsul clinic al bolnavilor schizofrenici la Clozapină.

     Persoanele de sex feminin dintr-o populaţie din Taiwan, purtătoare ale alelei A2 pentru receptorul dopaminergic D2, au un risc crescut de a dezvolta dischinezie tardivă la tratamentele cronice cu neuroleptice.

     Polimorfismul genetic al apolipoproteinei E (APOE 4) intervine în predicţia răspunsului la terapie al pacienţilor cu Alzheimer şi al celor trataţi cu hipolipemiante (statine). S-a observat asocierea alelei APOE 4 cu riscul instalării precoce a bolii Alzheimer precum şi cu un răspuns semnificativ diminuat la tratamentul cu Tacrin.

     Polimorfismul genetic al enzimei tiopurin metiltransferaza (TPMT) care asigură metabolizarea unor medicamente folosite în leucemie, lupus şi ca agenţi imunosupresori post-transplant,  împarte rasa albă în trei grupe, una cu activitate enzimatică scăzută, alta cu a. e. medie şi alta cu a.e. crescută. Răspunsul clinic este şi el diferit. Variabilitatea interetnică a TPMT arată o concentrare de 29 de ori mai mari în sîngele populaţiei Saami din nordul Norvegiei, faţă de populaţia albă din zonă, o prezenţă mult inferioară la americani şi africani faţă de chinezi şi o activitate enzimatică la afroamericani de 17%-33% faţă de americanii caucazieni, adică albi,    ş.a.m.d.

     Materialul bibliografic este imens. Există deja reviste specializate pe farmacogenetică.

     Apropo de extinderea şi anvergura problemei, pe net, la tastarea sintagmei polimorfism genetic apar 17.000.000 de titluri.

     Mă opresc aici cu exemplele. La noi în ţară nu există deocamdată resurse pentru finanţarea acestui gen de cercetări. Oameni capabili avem. Avea el oameni de ştiinţă valoroşi Napoleon în timpul campaniei din Egipt, cînd, în timpul unui atac al mamelucilor, vrînd desigur să îi protejeze, a dat dispoziţie să fie dispuşi în centrul taberei înconjurate şi apărate de armata franceză: savanţii şi măgarii.

BIBLIOGRAFIE

 

1.Principii de ereditate umană. Lucian Gavrilă. Ed. All. 2004

2.Ce este viaţa şi spirit şi materie. Erwin Schrodinger. Ed. politică 1980.

3.Farmacogenetica. Design-ul de medicamente şi terapia individualizată. Roxana Georgiana Tauşer. Ed. Junimea. 2005.

4.Ereditatea şi mediul în formarea personalităţii. G.Oancea-Ursu. All. 1998.

5.Studii şi contribuţii. Marian Popa. Ed.APLR. 2002.

6.L’innee et l’aquis. Konrad Lorenz. Payot.

7.Agresivitatea umană. Irenaus Eibl-Eibesfeldt. Ed.TREI. 1995.