desaphy chemioterapia 5 - farmacoresistenza · mieloide cronica (cml) e la leucemia limfoblastica...
TRANSCRIPT
CHEMIOTERAPIA-5
Farmacoresistenza ai
chemioterapici
JeanJeanJeanJean----FranFranFranFranççççois DESAPHY ois DESAPHY ois DESAPHY ois DESAPHY
Corso di Farmacologia & Tossicologia, 2015Corso di Farmacologia & Tossicologia, 2015Corso di Farmacologia & Tossicologia, 2015Corso di Farmacologia & Tossicologia, 2015
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
2011© J.F. DESAPHY
Cosa è ?
Quando un numero significativo di individui in una popolazione di parassiti,
che sono di norma sensibili ad un farmaco, non rispondono più a dosi
terapeutiche di questo farmaco.
Spesso, la resistenza acquisita ad un farmaco conferisce resistenza agli altri
farmaci della stessa classe chimica.
(es. resistenza agli antibiotici beta-lattamici)
E’ sempre più frequente lo sviluppo di una resistenza a più farmaci.
(multiresistenza)
* resistenza monogenica non-selettiva (sistema di estrusione dei farmaci)
* più mutazioni accumulate
La reversione di una farmacoresistenza è rarissima
La resistenza ad un nuovo farmaco è molto rara, ma aumenta con l’uso
(temporalità, intensità, località) del farmaco.
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
2011© J.F. DESAPHY
Perchè ?
La farmacoresistenza è dovuta alla presenza di mutazioni geniche che rendono il
patogeno o la cellula tumorale insensibile al farmaco.
La farmacoresistenza dei patogeni e delle cellule tumorali è facilitata:
� dall’elevata numerosità della popolazione (patogeni)
� dall’eterogeneità della popolazione di queste cellule (patogeni e tumori)
� dal tasso elevato di nuove mutazioni (mutagenesi)� Scarsa accuratezza della replicazione (virus, procarioti)
� Ridotta efficienza dei sistemi di riparazione del DNA (tumori)
� dall’elevata velocità riproduttiva delle cellule (trasmissione verticale)
� dalla trasmissione orizzontale di materiale genetico (batteri)* plasmidi batterici (coniugazione)
* trasformazione
Genetica dei Batteri Genetica dei Batteri Genetica dei Batteri Genetica dei Batteri Genetica dei Batteri Genetica dei Batteri Genetica dei Batteri Genetica dei Batteri
2011© J.F. DESAPHY
cromosoma
DNA circolare
Geni essenziali
plasmidi
DNA circolare
Geni non essenziali
Coniugazione: trasferimento diretto di plasmidi tra batteri
Trasduzione: trasferimento mediante batteriofagi
Trasformazione: il DNA viene assorbito dall’ambiente
Permettono scambi
ed evoluzione della
popolazione batterica
•Mutazioni geniche: cambiamenti spontanei durante la duplicazione del DNA
•Ricombinazione: trasferimento genico orizzontale (tra due batteri)
Cambio dei caratteri, adattamento, evoluzione
Pilo di coniugazione
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
2011© J.F. DESAPHY
Perchè ?
La farmacoresistenza è dovuta alla presenza di mutazioni geniche che rendono il
patogeno o la cellula tumorale insensibile al farmaco.
La farmacoresistenza dei patogeni e delle cellule tumorali è facilitata:
� dall’elevata numerosità della popolazione (patogeni)
� dall’eterogeneità della popolazione di queste cellule
� dal tasso elevato di nuove mutazioni
� dall’elevata velocità riproduttiva delle cellule (trasmissione verticale)
� dalla trasmissione orizzontale di materiale genetico
� dal trattamento farmacologico* farmaco mutagene (citotossici ad azione sul DNA)
* selezione farmacologica
Mutazioni puntiformi indotte
nucleotide
alteratomutazione
mutazione
mutazione
replicazione
replicazione
replicazione
2011© J.F. DESAPHY
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
2010© J.F. DESAPHY
divisione
divisione
divisione
33%
33%
33%
33%
divisione
divisione
divisione
33%
33%
33%
33%
In assenza di farmaco, un allele
resistente non conferisce una
superiorità riproduttiva (effetto neutro
o negativo sulla selezione naturale).
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
2010© J.F. DESAPHY
In presenza di farmaco (agente
selettivo), l’allele resistente acquisisce
un ruolo critico nella sopravvivenza
(evoluzione) della specie.
divisione
divisione
divisione
33%
33%
33%
33%
divisione
divisione
divisione
33%
33%
33%
33%
farmaco
divisione
divisione
farmaco
divisione
33%
33% 33%
farmaco
divisione
farmaco
divisione
divisione
farmaco
divisione
33%
33% 33%
farmaco
divisione
farmacofarmaco
divisione
divisione
farmacofarmaco
divisione
33%
33%
divisione
33%
33%
divisione
33%33%
33% 33%33%
farmacofarmaco
divisione
In assenza di farmaco, un allele
resistente non conferisce una
superiorità riproduttiva (effetto neutro
o negativo sulla selezione naturale).
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
2011© J.F. DESAPHY
MECCANISMI FARMACODINAMICIMECCANISMI FARMACOCINETICI
Riguardano il percorso del farmaco
nell’organismo fino al suo bersaglio
dall’Assorbimento
alla sua Distribuzione
al suo Metabolismo
e alla sua Eliminazione
(reazioni ADME)
Riguardano la risposta biologica dopo
l’interazione del farmaco con il suo
bersaglio
Interazioni farmaco-recettore
Vie biochimiche del segnale
Meccanismi compensatori
Sistemi di riparazione (DNA)
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
2008© J.F. DESAPHY
MECCANISMI FARMACODINAMICI
esempio antimicrobici
espressione di una forma
alterata del peptidoglicano
(enterococchi resistenti
alla vancomicina)
Amplificazione genica
dell’enzima della sintesi
dell’ergosterolo (fluconazolo)
uso di timidina esogena per
ovviare all’inibizione della
timidilato sintetasi
?
?
esempio antitumorali
mutazioni nel recettore
per imatinib
amplificazione genica
del recettore per imatinib
crescita indipendente
da estrogeni del tumore
al seno determina
resistenza al tamoxifen
perdita della funzione
di p53
Resistenza ai
platinoderivati
bersaglio insensibile
aumentata espressione
del bersaglio
superamento della
dipendenza
dal bersaglio
insensibilità all’apoptosi
Sistemi di riparazione
del DNA
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza�Vancomicina:
glicopeptide battericida di bacilli gram+ e batteriostatico di cocchi gram-
inibisce la transglicosilazione del peptidoglicano
Per via endovenosa, nel trattamento della sepsi o endocardite da Staphylococcus aureus
Per via orale, nel trattamento delle infezioni gastrointestinali da Clostridium difficile
2008© J.F. DESAPHY
Lesser and Walsh, 1999
Farmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibile�vancomicina
2008© J.F. DESAPHY
Tra il 1990 il 2000, la frequenza di resistenza alla vancomicina è passata dal 0.5 % al 18 %
negli ospedali statunitensi
Lesser and Walsh, 1999
La sovraespressione dei geni VanH, VanA e VanX, favorisce la formazione del dipeptide D-Ala-D-Lattato,
a scapito del dipeptide D-Ala-D-Ala. La vancomicina ha una affinità 1000 volte minore per il nuovo dipeptide
Farmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibile�vancomicina
2011© J.F. DESAPHY
1992: dimostrazione sperimentale (in vitro ed in vivo) che i geni di resistenza alla
vancomicina endogeni ad Enterococcus faecalis possono essere trasferiti a
Stafilococcus aureus
SA EF vancomicina
vancomicina EF
VanA
vancomicinaVRSA
2002, primo case report: un ceppo VRSA viene isolato da un catetere utilizzato per la dialisi
renale in un paziente diabetico (Michigan, USA).
Il ceppo conteneva il gene mecA (resistenza alla meticillina, MRSA) e il gene VanA tipico
della specie Enterococcus. In vitro la MIC della vancomicina su VRSA era simile a quella
ottenuta su E faecalis.
Dal 2002, almeno 10 nuovi casi: USA, India, Iran
� Imatinib
La traslocazione tra cromosomi 9 e 22 genera un cromosoma anomalo, cosiddetto
cromosoma Filadelfia, che si ritrova in alcuni forme di leucemia, comprese la leucemia
mieloide cronica (CML) e la leucemia limfoblastica acute dell’adulto (ALLA).
La traslocazione permette l’espressione di una proteina di fusione oncogenica,
costituita da Bcr e abl, con attività tirosin-chinasi costitutiva.
Imatinib (gleevec o glivec, prima STI571) è un inibitore di Bcr-abl utilizzato contro CML e
ALLA
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
2008© J.F. DESAPHY
� Imatinib
2008© J.F. DESAPHY
3 pazienti per causa di
amplificazione genica
di BCR-ABL
6 pazienti per causa di
una mutazione puntiforme
di BCR-ABL
9 pazienti diventano
resistenti a imatinib
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
Sequenza aminoacidica (proteina) e delle basi (DNA) del gene codificante per ABL
In nero, gli aminoacidi che formano dei legami idrogeno con l’imatinib. In rosso
grassetto, i codoni che codificano per quel aminoacidi.
9 pazienti
resistenti
di cui 6
mostrano
una
mutazione
2011© J.F. DESAPHY
� bersagli per Imatinib
Farmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibileFarmacoresistenza: bersaglio insensibile
Il codon ACT codifica per un residuo treonina,
mentre il codon mutato ATT codifica per una isoleucina,
la quale riduce l’affinità di legame per l’imatinib.
Gorre et al., Science 2003Gorre et al., Science 2003
Sequenza
normale
2011© J.F. DESAPHY
Codice genetico ed aminoacidi
La mutazione ACT in ATT determina la sostituzione
di una treonina in isoleucina
mutazione
T
T
2008© J.F. DESAPHY
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
2008© J.F. DESAPHY
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaMutazione associata al cancro
Tipo di cancro
Farmaco al quale il tumore
ha mostrato resistenza
Mutazione individuata
responsabile di resistenza
2008© J.F. DESAPHY
� Imatinib
Gorre et al., Science 2003Nucleo in blu
ABL in rosso
BCR in verde
BCR-ABL in giallo
Farmacoresistenza: amplificazione del bersaglioFarmacoresistenza: amplificazione del bersaglioFarmacoresistenza: amplificazione del bersaglioFarmacoresistenza: amplificazione del bersaglioFarmacoresistenza: amplificazione del bersaglioFarmacoresistenza: amplificazione del bersaglioFarmacoresistenza: amplificazione del bersaglioFarmacoresistenza: amplificazione del bersaglio
Paziente MB13
Paziente MB14
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
2008© J.F. DESAPHY
MECCANISMI FARMACOCINETICI
esempio antimicrobici
Ridotta conversione della
flucitosina a FUMP
Inattivazione degli antibiotici
β-lattamici dalle β-lattamasi
Espressione di porine
alterate blocca l’ingresso
degli aminoglicosidi
nei batteri gram-negativi
Aumentata espressione di
trasportatori di membrana
(mdr)
esempio antitumorali
5-fluoracile
Inattivazione degli anti-
metaboliti dalle deaminasi
Ridotta espressione del
trasportatore dei folati
ridotti che permette
l’ingresso del metotrexato
Aumentata espressione di
trasportatori di membrana
(mdr)
ridotta attivazione del
farmaco
Inattivazione del
farmaco
ridotta incorporazione
del farmaco
aumentata estrusione
del farmaco
2008© J.F. DESAPHY
Resistenza batterica alle peniccilline Resistenza batterica alle peniccilline Resistenza batterica alle peniccilline Resistenza batterica alle peniccilline Resistenza batterica alle peniccilline Resistenza batterica alle peniccilline Resistenza batterica alle peniccilline Resistenza batterica alle peniccilline
antibiotico β-lattamico farmaco inattivato β-lattamasi
proteine di legame delle
penicilline (PBP)
(transpeptidasi ecc...)
pompa di
estrusione
(mdr)
porine
Aumentata estrusioneRidotto ingresso
inattivazione
batterio
Foruncolo da S.a.
2011© J.F. DESAPHY
MRSA: S. aureus resistenti a meticillina
Prima apparizione: 1961
Oggi: 40-70 % degli infezioni nosocomiali in ospedale (selezione)
anche osservata fuori dagli ospedali
Necrosi polmonare
Resistenza alla penicillina dovuta all’espressione di una β-lattamasi
Resistenza alla meticillina dovuta all’espressione di una PBP (mecA) che
“sequestra” l’antibiotico (competizione con la transpeptidasi)
•Proteina di membrana appartenente alla famiglia delle ABC (ATP-binding
cassette)
•Costituita da 12 segmenti transmembrani + 2 siti enzimatici per l’idrolisi dell’ATP
•Partecipa alla eliminazione di xenobiotici
P-glicoproteinaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
2008© J.F. DESAPHY
Tumori cellule maligne resistenza farmacologica
2008© J.F. DESAPHY
P-glicoproteinaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenza
Effetto TerapeuticoEffetto Terapeutico
ATP
INOUT
Estrusione
2008© J.F. DESAPHY
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaMolti farmaci sono substrati della P-glicoproteina
� Aspetti patologici in molti tumori
Adenocarcinomi del colon e del rene (immediata resistenza multifarmacologica)
(Essendo di origine epiteliale, la cellula sana esprime già la Pgp)
Leucemie e neuroblastomi infantili (comparsa di resistenza multifarmacologica
dopo trattamento)
� Induzione ed inibizione costituiscono un meccanismo di interazioni tra farmaci
inducono la resistenza multifarmacologica
Farmaci antitumorali
Alcaloidi della Vinca vinblastina, vincristina
Antracicline doxorubicina
Epipodofillotossine etoposide, teniposide
Antibiotici actinomicina D
Altri mitomicina, taxolo
Altri agenti citotossici
Antimicrotubuli colchicina
Inibitori sintesi proteica puromicina, emetina
Ligandi DNA etidio bromuro
Peptidi tossici valinomicina, gramicidina
inibiscono la resistenza multifarmacologica
Calcio-antagonisti verapamil, nifedipina
Antiaritmici chinidina, amiodarone
Anti-ipertensi reserpina
Antibiotici cefalosporine idrofobiche
Anti-istaminici terfenadina
Immunosoppressori ciclosporine A, rapamicina
Ormoni steroidei progesterone, cortisol
Steroidi sintetici tamoxifene
Cationi lipofilici tetrafenilfosfonio
Diterpini forskolina
Anti-depressivi tioperidone
Antipsicotici fenotiazine
2008© J.F. DESAPHY
FarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaFarmacoresistenzaAlcuni farmaci inducono o inibiscono la P-glicoproteina
Resistenza agli antimalarici Resistenza agli antimalarici Resistenza agli antimalarici Resistenza agli antimalarici Resistenza agli antimalarici Resistenza agli antimalarici Resistenza agli antimalarici Resistenza agli antimalarici
2008© J.F. DESAPHY
dhps: diidropteroate sintetasi
dhfr: diidrofolatoriduttasi
crt: clorochina resistenza trasportatore
Atp6: calcium-dependent ATPase
FINE
2008© J.F. DESAPHY