Prof. dr. Henk-Jan Guchelaar Klinische Farmacie ... presentatie Guchelaar...•“Our results show...
Transcript of Prof. dr. Henk-Jan Guchelaar Klinische Farmacie ... presentatie Guchelaar...•“Our results show...
Farmacogenetica
Prof. dr. Henk-Jan Guchelaar
Klinische Farmacie & Toxicologie
Leids Universitair Medisch Centrum
Leiden Academic Center for Drug Research
COIG – Genoom en Genetica, 24 nov 2017
Farmacogenetica-paspoort
2
Three patients at the outpatient clinic
Three patients A, B, C
Identical:
• Symptoms
• Diagnostic procedures
• Diagnosis X
• Treatment: Drug Rx at a dose x mg/day
Three patients at the outpatient clinic
e x mg/day
After 3 weeks
• Pat A: still symptoms, no effect of drug
• Pat B: symptoms resolved
• Pat C: still symptoms, side effects
How is this possible?
‘Most drugs don’t work’
Effective (%)…..
Alzheimer 30
Depression (SSRI) 62
Asthma 60
Diabetes mellitus 57
Incontinence 40
Migraine (acute) 52
Migraine (profyl.) 50
Cardiac dysrhythmia 60
Tumors 25
Schizophrenia 60
Rheumatoid arthritis 50
Reumat. art. (Cox-2) 80
Hepatitis C 47
Spear, Trends Mol Med 2001;7(5):201
Prescribing drugs – Trial and Error
Dx Guideline
Rx Clinical studies
•Dx
•Inclusion criteria
•Age
•Organ function
•Severity of disease
First choice Drug
•‘Normal’ dose
•Individualize
•Co-morbidity
•Co-medication
•Age, Organ function
Monitor effect
•Efficacy & Toxicity
•Tumorsize, Biomarkers
•Pain(score), Bloodpressure
•Cholesterol levels
•Liverfunction, Myalgia
Drug dose
•Increase/decrease
Switch drug
•Second choice Drug
Variability in humans
Drug response is a heritable trait
9
Mei 1975: Debrisoquine
10
Debrisoquine – 4-hydroxydebrisoquine
11 Smith, Lancet 1977(2): 584-586
Pharmacogenetics in drug labels
13
132 drug labels contain PGx information
Farmacogenetische informatie in drug labels
www.pharmgkb.org
14
Mei 2016: CYP2D6 genotypering
15
Van genotype naar fenotype
Roche, AmpliChip CYP450 Test, manual
P
16 16
Allel Enzym
activiteit
Genetische variant Allel frequentie (%)
Kaukasiers (Europa) Japan Tanzania
*1 Normaal Wild-type 32.2-36.4 43 27.8
*2 Normaal 2850C>T, 4180G>C 28.5-32.4 12.3 40
*2x2 Hoog duplicatie 1-1.3
*3 Afwezig 2549delA 1-2 0
*4 Afwezig 1846G>A 17.2-20.7 .2 .9
*5 Afwezig CYP2D6 deletie 2-6.9 4.5 6.3
*6 Afwezig 1707delT .9-1.3 0
*9 Gereduceerd 2615_2617delAAG 1.8-2.7
*10 Gereduceerd 100C>T 1.5-2 38.1 3.8
*17 Gereduceerd 1023C>T, 2850C>T 17
*41 Gereduceerd 2988G>A 8.4
CYP2D6 genotype
Fenotype : Poor Metabolizer (5-10%)
Intermediate Metabolizer (10-15%)
17
Single Nucleotide Polymorphisme
18
“Book of Life”
• Complete sequentie humane
genoom bekend
• “voor iedereen gelijk”
• Typografische fouten:
• Letter mis.
• Letter teveeel
• Verwissleing
• Typefouc
• Dupliplipliplicatiesssss
• Hele paragrafen dubbeldubbel
• Passages missen
• Dreekegmo
Check, Nature 2005:1084
Variabiliteit in DNA
• 2 niet verwante individuen:
• 3.200 * 106 baseparen
• 1: 300-1000 baseparen zijn
verschillend
• 3-10 * 106 baseparen zijn
verschillend
• 99,7-99,9% overeenkomst
Kleine verandering … grote gevolgen
•20 Courtesy: GJ van Ommen, sept 2012
DEZE ZIN IS HEEL GOED TE LEZEN
DEZE ZIN IS GOED TE LEZEN
DEZE ZNI SH EELG OE DTELE ZEN
I
21
Variaties in het DNA
• Deleties
• DNA
• Eiwit
• SNPs
• DNA
• Eiwit
• Microsatellieten
Wild type Mutant
• GAA AAG CCT GGT GAA GCC TGG TGA
• Glu Lys Pro Gly Glu Ala Trp Stop
• ATG AAC CCG ATG AAC TGG
• Met Asn Arg Met Asn Trp
• ATGAATATATATATATAGGC
Niet alleen lever-enzymen
22
Compliance
Absorptie
Metabolisme
Eliminatie
Target/Receptor
Signaal transductie
Farmacogenetica
100% Dose
Drug A
50% Dose
Drug A Drug B
DNA Test
Hoe vaak komt het voor?
• A: zeldzaam (1-2%)
• B: vrij zeldzaam (2-5%)
• C: redelijk vaak (25-50%)
• D: Bijna iedereen heeft wel een ‘actionable’ variant
24
0%
20%
40%
60%
80%
100%
95% van de patiënten heeft tenminste 1 ‘actionable’ genotype
‘Actionable’ genotypes
Dunnenberger, Annu Rev Pharmacol Toxicol 2015
Evidence supporting a panel approach:
Brixner, J Med Econ, 213-228. 2016
Finkelstein, PGx and Pers Med 2016:9 107–116
Elliot, PLoS One. 2017 Feb 2;12(2): e0170905
Farmacogenetica werkgroep
27 Swen, Clin Pharmacol Ther 2008;83(5):781-8
11 leden multidisciplinaire werkgroep (DPWG):
(ziekenhuis) apothekers, artsen, klinisch farmacologen, klinisch
chemici, epidemiologen, huisarts, toxicoloog
Doel:
• Het ontwikkelen van farmacogenetische (doseer)richtlijnen
gebaseerd op systematisch literatuur onderzoek bedoeld voor
artsen en apothekers
• Integratie van de richtlijnen in voorschrijfsystemen en
medicatiebewakingssystemen
• Top 50 lijst gen-geneesmiddel
combinaties
• Systematisch literatuur onderzoek
~1000 artikelen
• Scoren ‘level of evidence’
• Scoren ‘klinische relevantie’
• Status rapport
• Gen-geneesmiddelinteractie: ja/nee
• Actie vereist: ja/nee
• Evidence based therapeutische
richtlijn
Farmacogenetica werkgroep - werkwijze
Swen, Clin Pharmacol Ther 2008;83(5):781-8
RCTs Farmacogenetica
30
Drug Clinical Endpoint Variant
Abacavir hypersensitiviteit HLA-B*5701
Acenocoumarol /
Fenprocoumon
% tijd therapeutische INR VKORC1/CYP2C9
Warfarine % tijd therapeutische INR VKORC1/CYP2C9
Warfarine % tijd therapeutische INR
VKORC1/CYP2C9
Mercaptopurine leukopenie TPMT
31
Abacavir – HLA-B *5701
32
Abacavir – HLA-B *5701
Hypersensitivity
• 5-8% Caucasians
• Rechallenge can be fatal
HLA-B *5701
Rodriguez, Pharmacogenomics 2008;9(10): 1531
Abacavir overgevoeligheid
• 1,956 patiënten
• 1:1 gerandomiseerd : screening vs no screening
• Prevalentie HLA-B *5701= 5,6% (109 patiënten)
• “Our results show that a PGx test can be used to prevent a specific toxic effect of a drug”
Mallal, N Engl J Med 2008;358(6):568
NPV= 100%; PVV= 48%
SPC “Voor het starten van de behandeling met abacavir zou elke hiv-patiënt gescreend moeten worden op
het drager zijn van het HLA-B*5701-allel, ongeacht het ras (zie rubriek 4.4). Abacavir moet niet worden
gebruikt bij patiënten die drager zijn van het HLA-B*5701-allel.
34
Abacavir – HLA-B *5701
Caucasian 4.2-7.6%
• South Europe 1-4
• Mediterranen 1-2
Asian
• USA 1
• China 0
• Japan 0
• Thailand 4-10
• India 5-20
• Middle East 1-2
African 0.2-3
African-American 2.4-9.0
Hispanics 1.9-4.7
Indians 2.1
Azathioprine/mercaptopurine metabolisme
AZA
Actieve stof Thioguanine nucleotide
6-MP
TPMT
Afbraak producten
Beenmerg-suppressie
Interventie Controle RR (95%CI)
Totaal (n) 399 370
Hematologische bijwerking 29 (7,2%) 29 (7,8%)
TMPT variant 1 / 39 (2,6%) 8 / 35 (22,9%) 0,11 (0,01-0,85)
Geen TPMT variant 29 / 360 (8,1%) 22 / 335 (6,6%) 1,2 (0,72-2,09)
• 783 patiënten
• 1:1 gerandomiseerd : screening vs no screening TPMT*2, TPMT*3A, and TPMT*3C
• HET: 50% dosisreductie, HOM 90% dosisreductie
• Primaire uitkomst: leuko’s < 3.0*10(9)/L of plaatjes < 100*10(9)/L)
• “10-fold reduction in hematologic ADRs among variant carriers without differences in
treatment efficacy”
Coenen MJ, Gastroenterology. 2015 907-17
Topic Trial
Thiopurine response Optimization by Pharmacogenetic testing
in Inflammatory bowel disease Clinics
Farmacogenetische test aangevraagd?
•Wie heeft wel eens een
farmacogenetische test aangevraagd?
•Welke test/welk geneesmiddel?
37
4%
97,6% van de artsen 99,7% van de apothekers
is ervan overtuigd dat genetische variatie de reactie op een geneesmiddel kan beïnvloeden Heeft u in de afgelopen 6 maanden een farmacogenetische test aangevraagd of aanbevolen?
15%
~400 huisartsen 667 apothekers
Enquête artsen en apothekers
Stanek, CPT 2012:450-458 ; Bank, Pharmacogenomics 2017:18(3):215-225
Verkoop Verkoop
Willen patiënten het?
• Haalbaarheid farmacogenetische
screening voor CYP2D6 en
CYP2C19 in huisartsenpraktijken
• Polyfarmacie patienten; >60 jaar
• Screening; geen ADE
• Deelname: 58.1%
• DNA extractie (Oragene®): 83.3%
• Call rate:
• 93.3% CYP2D6
• 100% CYP2C19
39 Swen, Eur J Clin Pharmacol 2011, 8 Oct
Persoonlijk standpunt farmacogenetische tests
TPMT – thiopurines
CYP2C19 – clopidogrel
CYP2C9-VKORC1 – coumarines
DPYD – 5FU/capecitabine
HLA-B – abacavir/carbamazepine
G6PD – rasburicase
UGT1A1 – irinotecan
IL28B – pegintron
SLCO1B1 – statine + myopathie
CYP2D6 – tamoxifen
CYP3A5 - tacrolimus
40
Farmacogenetisch lab: genotypering en advies
41
http://www.lumc.nl/org/kft/
Implementation study LUMC: IP3
Implementation of Pharmacogenetics in Primary care Project
• 200 patients included and pre-emptively genotyped
• Panel of genetic variants: CYP2C9; 2C19, 2D6, 3A5, DYPD, SLCO-1B1, TPMT
and VKORC1; 40 alleles
• 40 pharmacies (Leiden)
• 200 patients included
• 89.5% ≥ 1 “actionable” genotype
• 61.5 % ≥ 2
• 28.5% ≥ 3
• 9.5% ≥ 4
• 2.0% ≥ 5
• 31.0 % of patients therapeutic
recommendation; dose adjustment or
monitoring
Implementing PGx in Primary Care Project (IP3)
Adherence PGx guidelines
• >85% of the recommendations accepted
• Follow-up data being collected
8
57
3 1,5
8,5
14,5
7,5
amitriptyline
atorvastatin
citalopram
escitalopram
nortriptyline
simvastatin
venlafaxine
Drug (%)
N = 3.221.696 (Unique pat.)
First Rx* (4.138.909) Gene Phenotype Actionable#
Dose- adj. /switch**
PPI’s 1.026.441 CYP2C19 UM 41058 871
Coumarines 62.558 VKORC1 TT 10634 10634
Clopidogrel 98.709 CYP2C19 PM + IM 24677 24677
Statines 305.999 SLCO-1B1 Lage act. 78029 49024
Thiopurines 11.424 TPMT IM + PM 1828 1828
Tramadol 357.389 CYP2D6 IM + PM + UM 167972 8934
Codeine 519.728 CYP2D6 IM + PM + UM 244272 12993
TCA’s 127.804 CYP2D6 IM + PM + UM 60068 60068
Venlafaxine 26.603 CYP2D6 IM + PM 12503 11838
Flecainide 13.605 CYP2D6 IM + PM + UM 6394 680
Paroxetine 27.018 CYP2D6 IM + PM + UM 12698 675
Tamoxifen 10.807 CYP2D6 IM + PM 4809 4809
…. **based on prevalence from IP3 # based on DPWG guidelines
Impact Netherlands 2016
Case : capecitabine toxiciteit
• 15 - 30% patiënten ernstige toxiciteit (diarree, mucositis, HFS)
• 10% hiervoor opname
• 0.2-0.4% lethaal
Genotypering DPYD *1/*2A
Deenen, Ann Intern Med 2010
• Mw, 60 jr, gemetastaseerd CRC • CAPOX-B • (CAP 1000 mg/m2 2dd d1-14)
DPYD *2A: IVS14+1 G>A
DNA
mRNA
exon 13 exon 14 exon 15 5’ 3’
AG GT AG AG GT GT
>97% <3 %
GT AT
exon
13 5’ exon
14 exon
15
3’ exon
13
5’ exon
15
3’
functional DPD non-functional DPD
• Prospective *2A screening (n=2,038) • 50% dose reductions in patients with DPYD*2A
• Severe (grade ≥3) toxicity reduced to normal risk in DPYD*2A carriers • Drug induced deaths 10% 0% • Maintaining efficacy/no underdosing (PK comparable to wild types) • Feasible in clinical care, safe, cost-saving (€45 per patient)
Prospective *2A screening
[1] Deenen et al. 2015, J Clin Oncol
DPYD*2A carriers
N=18 (1.1%)
Upfront DPYD*2A screening
N=2,038 screened, 1,631 started
no SNP
N=1,613
Normal dose (standard of care)
50% reduced starting dose
Historical controls (n=3,974)
DPYD*2A carriers N=48 (1.2%)
Full dose
73% Grade ≥3 toxicity
23% Grade ≥3 toxicity
28% Grade ≥3 toxicity
Genotypering Rx Interpretatie en advies:
ziekenhuisapotheker Geindividualiseerde
therapie
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
2008 2010 2012 2014 2016
Genotyperingen
Farmacogenetica @ LUMC
Pre-therapeutisch testen:
• Oncologie: capecitabine/5-FU: DPYD (rs3918290, rs55886062, rs67376798, rs56038477)
• Transplantatie: CYP3A5 (rs776746, rs10264272)
• Psychiatrie: patienten met therapie resistente depressie; ECT: CYP2D6 en CYP2C19
• Gastroenterologie/Hepatologie:
azathioprine/6-mercaptopurine: TPMT
(rs1800462, rs1800460, rs1142345)
Simvastatine – SLCO1B1
• Statines
• Myopathy
• 1:10.000 patienten per jaar
• Afhankelijk van dosis
• Gebruik andere geneesmiddelen
• ciclosporine, amiodarone
51 SEARCH, N Engl J Med 2008;359(8):789
• Rs4363657 (SLCO1B1)
• C-allel: 4.3 maal verhoogde kans
• CC: 17.4 maal verhoogde kans
• 60% myopathy-gevallen verklaard
Simvastatine – SLCO1B1
54 SEARCH, N Engl J Med 2008;359(8):789
Implementatie: Horizon 2020
55
WWW.UPGX.EU
U-PGx - project
Implementatie pre-emptief farmacogenetisch testen van een
PGx panel in de routine patientenzorg in 7 EU landen gebruikmakend van de DPWG
adviezen
Evalueer patient uitkomst en kosten-effectiviteit in een gerandomiseerde studie
30% reductie incidentie ADR
U-PGx consortium H.J. Guchelaar (Coordinator), J.J. Swen, M. Kriek
M. Pirmohamed, R. Turner J. Stingl M. Ingelman-Sundberg
C. Mitropoulou M. van Rhenen, K.C. Cheung
D. Steinberger
V.H.M. Deneer M. Samwald
G. Sunder-Plassmann A. Cambon-Thomsen
M. Karlsson S. Jonsson
G. Toffoli E. Cecchin C.L. Davila Fajardo
G. Patrinos V. Dolzan
M. Schwab E. Schaeffeler
N=8,100
30% reductie incidentie ADR
Farmacogenetica paspoort
Met QR code
PREPARE: the Current Status
N=4,050 N=4,050
March 2017 Now
Arm Number of patients enrolled
PGx guided prescribing 407
Standard of care 703
TOTAL 1170
Cost-effectiveness PGx testing
Repurposing of whole exome sequencing data
Human Genetics Dr. Marjolein Kriek Dr. Jeroen Laros Clinical genetics Sander Bollen Dr. Gijs Santen Leiden Genome Technology Centre Dr. Yahya Anvar Dr. Guy Allard Clinical pharmacy and Toxicology Maaike van der Lee Dr. Jesse Swen
Background
• WES is routinely used for diagnosis of monogenic diseases
• Over 2000 individuals with WES data at the LUMC
• >90% form child-parent trio
• Entire exome is sequenced
• A majority is interested in a pharmacogenetic passport
Aim:
Is it feasible to use existing WES data for pharmacogenetics?
Complimentary PGx passport
Methods
Clinical genetics consultation
Diagnostic WES in
trio’s
Phasing of alleles
Variant calling Reference genome GRCh37
• DPYD • CYP2B6 • CYP2D6 • CYP2C9 • CYP2C19 • CYP3A5 • SLCO1B1 • TPMT • UGT1A1 • VKORC1 • Factor 5 Leiden • HLA-A • HLA-B
Phenotyping • ‘actionable’ = having a
guideline available
Stored data
Offered to obtain PGx information from WES N=230
Results
• 166 out of 230 individuals gave consent and have data available
• 94% of individuals were child-parents trio’s
• 5 variants, located outside of the genes/ lack of coverage:
• 1 for HLA-A*3101
• 2 or HLA-B*1502
• 1 for CYP2C19*17
• 1 for UGT1A1*28/*37
• 8 genotypes could not be resolved due to missing data
Results
• 92.7% had at least 1 actionable phenotype
• 13% had 4 or more actionable phenotypes
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
0 1 2 3 4 5 6
Number of actionable genes
Limitations
Limitations:
• Some variants could not be detected
• Rs12248560 (CYP2C19*17)
• 22% is expected to carry this mutation
• Rs1633021 (HLA-A *3101)
• Rs2844682 and Rs3909184 (HLA-B*1502)
• CYP2D6 ultra-rapid cannot be detected
• It is feasible to extract a PGx passport from routine WES
Conclusie
• Farmacogenetica
• is de erfelijkheid van geneesmiddel respons
• kan leiden tot veiliger en effectievere
farmacotherapie
• richtlijnen zijn beschikbaar
• geintegreerd voorschrijven en afleveren van
geneesmiddelen
69
The cancer genome
70
Somatic versus germline variants
mutation tumor drug RR
Her2-neu* breast cancer trastuzumab ~50%
ER* PR* breast cancer tamoxifen, arom.inhib ~50%
c-kit GIST imatinib ~50%
Ph+ CML, ALL imatinib ~95%
k-ras colorectal cancer cetuxi- panitumumab ~30%
EGFR NSCLC gefitinib ~75%
* = expression
72
EGFR-remmers
Karapetis, N Engl J Med 2008;359(17):1757-65
k-ras
mutant wild type
groei-signalen
perc
en
tag
e o
ve
rle
vin
g
tijd, maanden
KRAS mutant en/of
niet behandeld met cetuximab
KRAS wild-type en
behandeld met cetuximab
Activerende K-RAS mutatie voorspelt
ongevoeligheid anti-EGFR behandeling
‘tumorized’
tumor DNA
somatic mutations
‘personalized’
germline DNA
germline variation
73
Next generation sequencing
74
Cancer genome sequencing
75
Foundation One http://foundationone.com/
76
ROTATIE- study
77
78
Antihypertensive – inter- and intraindividual variation
• ROTATIE-study
• Population-based, cross-over, open label
• 102 mildly hypertensive patients; 35-60 yrs
• 3 ethnicities
• Creole (‘black’)
• Hindustani Surinamese (‘south Asian’)
• White Dutch (‘white’)
• 5 successive 6-week treatment episodes
• Single-drug antihypertensive treatment
• ACE-inhibitor; Beta-blocker; Calcium-antagonist; Diuretic; Angiotensin
receptor blocker
• Primary outcome: ΔSBP after 6 weeks drug therapy
• 24 h ambulatory BP measurement
• Multivariate mixed effects analysis
• Ethnicity, low sodium intake, age, gender, BMI, baseline BP, smoking,
polymorphisms in candidate genes related to drug action
Van Rijn-Bikker, Am J Hypert 2009;22(12):1295
79
Antihypertensiva – inter- en intraindividual variation
14%
9%
12%65%
environment genetics incl interactions unknow n intra-individual variation
Van Rijn-Bikker, Am J Hypert; 2009 Sep 24. Epub
ethnicity, Na intake, age, gender, BMI, baseline BP, smoking
Is the pharmacogenetic test result actionable?
• Endpoint current PGx
studies:
• OR= 1.90
• (Un)favorable genetic profile
• Increased risk
• Association with ..
• Relationship ..
• …
• Dosing algorithm
• Decision tree
• Scoring system
• Clinical guidelines
80
81
Predictive model: scoring system MTX efficacy in RA
Baseline Variable Score
premenopausal 1 Gender Female
postmenopausal 1
Male 0
Disease activity DAS at baseline 3.8 0
DAS at baseline >3.8, but 5.1 3
DAS at baseline >5.1 3.5
Immunological factors Rheumatoid factor negative and non - smoker 0
Rheumatoid factor negative and smoker 1
Rheumatoid factor positive and non - smoker 1
Rheumatoid factor positive a nd smoker 2
Genetic factors MTHFD1 1958 AA genotype 1
AMPD1 34 CC genotype 1
ITPA 94 A - allele carrier 2
ATIC 347 G - allele carrier 1
Other ge notypes 0
Baseline Variable Score
premenopausal 1 Gender Female
postmenopausal 1
Male 0
Disease activity DAS at baseline 3.8 0
DAS at baseline >3.8, but 5.1 3
DAS at baseline >5.1 3.5
Immunological factors Rheumatoid factor negative and non - smoker 0
Rheumatoid factor negative and smoker 1
Rheumatoid factor positive and non - smoker 1
Rheumatoid factor positive a nd smoker 2
Genetic factors MTHFD1 1958 AA genotype 1
AMPD1 34 CC genotype 1
ITPA 94 A - allele carrier 2
ATIC 347 G - allele carrier 1
Other ge notypes 0
≤
≤
Wessels, Arthritis & Rheum 2007;56(6):1765
Sum of score = ……………………………………………………...
82
Good clinical response
Good clinical
response (proportion
at t= 6 months)
Wessels, Arthritis & Rheum 2007;56(6):1765
83
Receiver Operating Curve (ROC)
1,0 0,8 0,5 0,3 0,0
0,8
0,5
0,3
1,0
sensitivity
1- specificity
non-genetic model
pharmacogenetic model
Wessels, Arthritis & Rheum 2007;56(6):1765
Development of powerful and barrier-free CDSS
http://safety-code.org/
SASG, UPAT, ULMF
LUMC, MUMV, CROA, PHUL
PREPARE PREemptive Pharmacogenomic testing for
preventing Adverse drug REactions Not the same patients
Number needed to genotype
• How many patients do I have
to screen/test to prevent one
from having a Adverse Drug
Reaction (grade 3-4 toxicity,
death, etc.)?
• For most single gene-drug
pairs the number needed to
genotype is:
• TPMT: 50 (leukopenia)
• 20-1000 patients