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. 2014 Jul-Sep;12(3):366–373. doi: 10.1590/S1679-45082014RW2859
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Personalized medicine and the clinical laboratory

João Renato Rebello Pinho 1, Roberta Sitnik 1, Cristóvão Luis Pitangueira Mangueira 1
PMCID: PMC4872953  PMID: 25295459

Abstract

Personalized medicine is the use of biomarkers, most of them molecular markers, for detection of specific genetic traits to guide various approaches for preventing and treating different conditions. The identification of several genes related to heredity, oncology and infectious diseases lead to the detection of genetic polymorphisms that are involved not only in different clinical progression of these diseases but also in variations in treatment response. Currently, it is possible to detect these polymorphisms using several methodologies: detection of single nucleotide polymorphisms using polymerase chain reaction methods; nucleic acid microarray detection; and nucleic acid sequencing with automatized DNA sequencers using Sanger-derived methods and new generation sequencing. Personalized medicine assays are directed towards detecting genetic variations that alter interactions of drugs with targets or the metabolic pathways of drugs (upstream and downstream) and can be utilized for the selection of drug formulations and detect different immunogenicities of the drug. Personalized medicine applications have already been described in different areas of Medicine and allow specific treatment approaches to be applied to each patient and pathology according to the results of these assays. The application of such a protocol demands an increasing interaction between the clinical laboratory and the clinical staff. For its implementation, a coordinated team composed of basic researchers and physicians highly specialized in their areas supported by a highly specialized team of clinical analysts particularly trained in molecular biology assays is necessary.

Keywords: Molecular medicine, Genetics, medical, Individualized medicine, Neoplasms, DNA, Blood coagulation, Pharmacogenetics, Hepatitis C, Anticoagulants

INTRODUCTION

Personalized medicine is the use of biomarkers, most of them molecular markers, for the detection of specific genetic traits to guide different approaches for preventing and treating various pathologies. The identification of several genes related to heredity, oncology, and infectious diseases leads to the detection of genetic polymorphisms that are involved in different clinical progression of these diseases and in variations in treatment response.

Currently, it is possible to detect nucleic acid polymorphisms using several methodologies. Routine detection of single nucleotide polymorphisms (SNPs) can be achieved in clinical laborator ies using real time polymerase chain reaction (PCR). Other techniques, such as microarray detection or nucleic acid sequencing can also be routinely applied, especially when several different polymorphisms might be relevant to predict a particular genotype.(1) New generation sequencing methodologies have now been incorporated into clinical laboratories, as they allow the simultaneous analysis of large regions of the genome and even the whole genome sequence, enabling the concurrent identification of different mutations in several genes.(2,3)

Personalized medicine assays are directed towards detecting genetic variations that alter interactions of drugs with targets or the metabolic pathways of drugs (upstream and downstream) and can be utilized for the selection of drug formulations and detection of diverse drug immunogenicities.(4)

The use of personalized medicine assays is broadening and several applications have already been described in different areas of medicine. Personalized medicine allows specific treatment approaches to be used for each patient and disease according to the results of these genetics assays. The application of such a protocol demands increasing interaction between the clinical laboratory and clinical staff. For its implementation, a coordinated team composed of basic researchers and physicians highly specialized in their areas supported by a highly qualified team of clinical analysts particularly trained in molecular biology assays is necessary.(5)

Some examples of clinical situations in which personalized medicine is already being used are detailed below.

BREAST CANCER

For breast cancer, many different immunohistochemistry and molecular biology markers are utilized to indicate the most appropriate treatment option and to assess the risk of metastasis or recurrence.(6)

Treatment options include aromatase inhibitors (such as exemestane and anastrazole), indicated for adjuvant treatment of post-menopausal women with breast cancer positive for estrogen receptors (ER).(7)

Tamoxifen is the standard therapy for ER-positive breast cancer in pre-menopausal women.(8) Proteins encoded by cytochrome P450 (CYP450) genes, CYP2D6 and CYP3A4, regulate the metabolism of tamoxifen. The efficacy of tamoxifen therapy is dependent on the CYP2D6 patient phenotype. More potent CYP2D6 inhibitors have had greater effects on plasma endoxifen concentrations, particularly antidepressants, such as paroxetine. Thus, knowledge of a drug’s ability to inhibit CYP2D6 enzyme activity may help clinicians anticipate clinically important drug interactions that would interfere with the metabolism of tamoxifen to its metabolites (N-desmethyltamoxifen, 4-hydroxytamoxifen, and endoxifen). The metabolite endoxifen maintains similar activity to N-desmethyltamoxifen and 4-hydroxytamoxifen but is found at higher levels in the plasma of patients receiving tamoxifen. Patients with the CYP2D6*1 allele maintain higher levels of the active metabolites. Patients with inherited variations in the CYP2D6 gene are poor tamoxifen metabolizers, resulting in diminished therapeutic activity and increased potential for adverse drug reactions (ADRs).(9)

High levels of HER-2/neu or ERBB2 (v-erb-b2 erythroblastic leukemia viral oncogene homolog 2, neuro/glioblastoma-derived oncogene homolog) expression have been associated with increased disease recurrence in breast cancer, but show a better response to trastuzumab.(10)

Finally, sequencing some genes, particularly BRCA (breast cancer) 1 and 2, guides surveillance and preventive treatment based on susceptibility risk for breast and ovarian cancers.(11)

COLON CANCER

Colon cancer therapy and recurrence rates might also be accessed through genetic assays. Individuals who are homozygous for the UGT1A1 (UDP glucuronosyltransferase 1 family, polypeptide A1) *28 allele are at increased risk for neutropenia following initiation of irinotecan treatment, and a reduction in the starting dose should be considered for these patients.(12)

Non-mutated forms of BRAF (v-raf murine sarcoma viral oncogene homolog B1) and KRAS (v-Ki-ras2 Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog) genes are required for response to tyrosine kinase inhibitors (TKI).(13) Immunohistochemistry studies with EGFR showed that patients with high expression are more likely to respond to these drugs than those with reduced expression.(14)

Panels of genes have also been developed to assess risk score or to guide therapy: (1) a seven-gene signature (plus five reference genes) provides a risk score that indicates whether a patient is likely to have tumor recurrence and guides the introduction of adjuvant therapy;(15) (2) another assay used to guide therapy provides information about the expression of key molecular targets - KRAS, TS (thymidylate synthase), and TOP1 (topoisomerase 1);(16) (3) expression profiles and mutations in ERCC1 (excision repair cross-complementing rodent repair deficiency, complementation group 1), TS, EGFR, BRAF, KRAS provide information for the selection of various therapies.(16)

Up to 30% of colorectal cancer has evidence of a familial component, and about 5% is associated with well-characterized inherited mutations. The sequencing of MLH1 (mutL homolog 1), MSH2 (mutS homolog 2), and MSH6 (mutS homolog 6) genes is recommended for surveillance and preventive treatment for the hereditary non-polypoid colon cancer or Lynch’s syndrome, which involves malignancies in other organs as well. There are also many other hereditary colorectal cancer syndromes, such as familial colorectal cancer type X, familial adenomatous polyposis, MUTYH-associated polyposis, Peutz-Jeghers syndrome, juvenile polyposis syndrome, PTEN (phosphatase and tensin homolog gene) hamartoma syndrome, and serrated polyposis syndrome.(17)

LEUKEMIAS AND LYMPHOMAS

Philadelphia chromosome detection by fluorescent in situ hybridization (FISH) or the detection and quantification of the BCR/ABL (breakpoint cluster region/c-abl oncogene 1, non-receptor tyrosine kinase) gene translocation are routinely used in patients with chronic myeloid leukemia (CML)(18) or acute lymphoblastic leukemia (ALL).(19) Imatinib mesylate, dasatinib, or nilotinib are indicated for patients with BCR/ABL and the disease should be followed up by serial quantitative measures of the BCR/ABL.(18) Patients treated with nilotinib who carry a UGT1A1*28 mutation have a high risk of hyperbilirubinemia.(20)

Arsenic trioxide and tretinoin are indicated for induction of remission and consolidation in patients with acute promyelocytic leukemia (APL), since this disease is characterized by the presence of t (15;17) translocation by FISH or PML/RARA (promyelocytic leukemia/retinoic acid receptor, alpha) expression detected by PCR.(21)

Patients with inherited poor or absent TPMT (thiopurine S-methyltransferase) activity are at increased risk for severe toxicity due to mercaptopurine, thioguanine, and azathioprine at conventional doses, and there is a recommendation for TPMT genotyping to adjust the dose for the treatment of ALL.(22)

Tositumomab is indicated for the treatment of patients with non-Hodgkin lymphoma expressing CD20 antigen.(23) Denileukin difitox is indicated for the treatment of patients with persistent or recurrent cutaneous T-cell lymphoma whose malignant cells express the CD25 component of the interleukin 2 (IL-2) receptor.(24)

LUNG CANCER

There are several genes involved in the selection of the most appropriate therapies for lung cancer. Expression profiles and mutations in ERCC1, TS, EGFR, RRM1 (ribonucleotide reductase M1), KRAS, and EML4-ALK (echinoderm microtubule associated protein like 4 - anaplastic lymphoma receptor tyrosine kinase) provide information for the selection of various treatments.(16) Gemcitabine interferes with the DNA synthesis function of ribonucleotide reductase through its active subunit (RRM1), and low levels of RRM1 expression are associated with improved response to gemcitabine/carboplatin therapy.(25) KRAS is mutated in about 30% of lung cancers, which exhibit resistance to EGFR-directed drugs (gefitinib and erlotinib) used in therapy. EGFR-activating mutations occur in approximately 10% of Caucasian patients with non-small cell lung cancer (NSCLC)and up to 50% of Asian patients. Data from multiple studies indicate a predictive role for EGFR-activating mutations with respect to response rate and progression-free survival with TKI therapy, particularly in the first-line setting.(4,13) Crizotinib is indicated for the treatment of patients with locally advanced or metastatic NSCLC that is anaplastic lymphoma kinase (ALK)-positive, which occurs in 1 to 7% of these patients.(26)

MELANOMA

Veramufenib is a kinase inhibitor indicated for the treatment of patients with unresectable or metastatic melanoma with an amino acid substitution from valine (V) to glutamic acid (E) at position 600 in BRAF. The BRAF V600E mutation is found in about half of melanoma patients.(27)

MULTIPLE CANCERS

Tumors of unknown primary origin can be classified using gene expression profiles available in commercial or non-commercial assays.(3,16)

Tumor resistance to 5-fluorouracil (5-FU) is correlated with high levels of TS gene expression in colorectal tumors, primary adenocarcinoma of the stomach and lung cancer.(28) Rarely, unexpected severe toxicity (e.g., stomatitis, diarrhea, neutropenia, and neurotoxicity) associated with 5-fluorouracil has been attributed to a deficiency of dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) activity.(29)

Rasburicase administered to patients with glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) deficiency can cause severe hemolysis and patients should be screened prior to starting therapy, especially those at higher risk for G6PD deficiency, like patients of African or Mediterranean ancestry.(30)

ERCC1 helps repair DNA damage caused by platinum-based therapy: its low expression is associated with longer survival in advanced colorectal cancer treated with 5-fluorouracil/oxaliplatin while its high expression is associated with response to irinotecan therapy.(31) Among gastric cancer patients, those treated with a FOLFOX (5-fluorouracil/leucovorin/oxaliplatin) regimen or first-line cisplatin-based regimens respond significantly better if they show lower levels of ERCC1 expression.(32) Low ERCC1 is also a favorable indicator for response to platinum therapy in lung cancer.(25)

PHARMACOGENOMICS

Pharmacogenomics studies the variability in response to drugs due to genetic variations. In the United States, the overall incidence of adverse reactions to drugs is about 6.7%, with about 0.3% of fatal accidents. Pharmacogenomics allows the precise treatment of a disease in each affected individual to improve drug efficacy and to reduce ADRs. ADRs are one of the most important causes of death in the United States with approximately 100 thousand deaths per year (fourth cause of death in the United States) and occur in 32% of hospitalized patients (with 6.7% of patients with serious but non-fatal ADRs). Besides the intrinsic and severe complications and the increased hospitalization times due to ADRs, they are also involved in increasing costs in the healthcare systems. In the United States, ADRs cost at least US$ 4 billion in annual direct costs of treatment, are responsible for 5% of hospital admissions, and increase the hospitalization length of stay, in average, by 2 days, increasing the cost approximately US$ 2,500 per patient.(33,34)

The chemical conversion of xenobiotics (drugs and other non-essential exogenous compounds) occurs mainly in the liver and leads to their conversion into hydrophilic substrates allowing urinary excretion. This metabolism can convert procarcinogenic compounds into cytotoxic and mutagenic ones. Pharmacogenomics studies the differences in metabolism between different individuals. It is important to emphasize that one xenobiotic metabolism may affect the metabolism of another and it is always relevant to know the complex and sometimes unexpected interactions among different drugs to better understand its pharmacokinetics in a specific individual.(35)

There are two phases in the metabolic pathway of xenobiotics. Phase 1 is called biotransformation and involves the attachment of functional groups and transformation of existing functional groups by oxidation, reduction, hydroxylation, hydrolysis etc. Phase 2 is called conjugation, i.e., changing an existing functional group by acetylation, glycosylation, amino acid binding etc. These changes lead to a more hydrophilic compound, allowing its renal excretion.(35)

Phase 1 involves oxidations, such as the introduction of ketone, hydroxyl, or epoxide groups mediated by alcohol and aldehyde dehydrogenases, changing into amino groups by amino oxidases; alcohol conversions in aldehydes and acids by cytochrome P450 enzymes; reductions of ketones and nitro groups by nitro- and azoreductases; hydrolysis, i.e., the breakdown of ester groups into alcohol and acid by esterases.(35)

Phase 2 involves changes in polar sites, such as by acetylation, amino acid conjugations, glucorinidation, methylation, and sulfation, catalyzed by different classes of transferases (i.e., acetyl, glutathione, glucuronosyl, methyl, and sulfur).(35)

CYP450 is a large family of genes that encode liver enzymes responsible for drug and toxin metabolism. CYP450 involves seven different active genes, distributed into 17 families. CYP1, CYP2, and CYP3 are primarily involved in drug metabolism. CYP2A6, CYP2B6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, and CYP3A4/5 are responsible for the metabolism of clinically important drugs. The most important reactions catalyzed by these enzymes are aliphatic oxidation, aromatic hydroxylation, sulfoxide formation, N-oxidation, N-hydroxylation, N-/O-/S- dealkylation, and oxidative or reductive dehalogenation.(36)

CYP2D6 and CYP2C19 enzymes metabolize approximately 25 to 30% of prescription drugs. CYP2D6 substrates include antiarrhythmics, antidepressants, beta-blockers, neuroleptics and other drugs, such as codeine, debrisoquine, phenformin, indoramin, and tamoxifen. The main drugs metabolized by CYP2C19 are amitriptyline, some barbiturates, clopidogrel, chlorproguanil, citalopram, cyclophosphamide, diazepam, imipramine, mephenytoin, and omeprazole.(37)

Each individual can be classified as one of the four types of drug metabolizers: (1) ultrarapid metabolizers (UM) carry multiple copies (three or more) of functional alleles and produce excessive enzymatic activities; (2) extensive metabolizers (EM) carry at least one normal functional allele; (3) intermediate metabolizers (IM) carry one reduced activity allele and one null allele or two reduced activity alleles; (4) poor metabolizers (PM) carry two mutant alleles which result in complete loss of enzyme activity.(38-40)

Genetic variants of these enzymes are found among different ethnic populations with a large variation in the genetic profile. These profiles have been determined for different populations around the world.(41,42)

Psychiatric drugs have many side effects that may cause interruption or failure of treatment. The time to optimum effect is long (3 to 8 weeks), requiring repeated dosages of serum for expensive tests that are also found in many clinical laboratories. Moreover, the selection and dosage of drugs is largely empirical and doses range from 5 to 20 times among different patients. Polymorphisms in CYP2D6 are one reason for the different individual responses as this enzyme metabolizes many of these drugs. For example, 7 to 10% of the Caucasian population did not have CYP2D6 activity (PM).(43)

Analysis of CYP2D6 gene dosage can guide therapy for depression. There are 45 million depressed people with nearly 15 million using medications. There are more than 400 thousand new cases of depression each year. In many countries, the first-line treatment is selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs), but 20 to 25% of patients do not respond to them and tricyclic antidepressants can be used as a second option for the treatment. Both classes of drugs are metabolized by CYP2D6. The CYP2D6 metabolizer profile for each patient has an important impact on time and costs of hospitalization, as generally the time spans needed for stabilizing drug dosage are longer in PM.(44)

Codeine and its derivatives are metabolized by CYP2D6 and are found in analgesics and antitussives, like oxycodone and hydrocodone. CYP2D6 genotyping is useful before starting therapy, since UM might experience dizziness, nausea, and agitation, while PM will have very limited benefits with codeine, but will not suffer the side effects or become chemically dependent on opioids.(45,46)

HEPATITIS C

IL-28B gene polymorphisms have been reported as the strongest predictor of hepatitis C therapy response, early viral kinetics, and spontaneous viral clearance, and they might explain part of the association between therapy response and host ethnicity. Particularly in hepatitis C virus (HCV) genotype 1-infected patients, these SNPs (rs12979860 C/T, and rs8099917 T/G) have been shown to be highly associated with response to pegylated interferon/ribavirin treatment.(47-49) In a study carried out in Brazil, IL28B rs12979860 and rs8099917 polymorphisms were predictors of therapy response not only in carriers of HCV genotype 1 but also in genotypes 2 and 3.(50) With the new direct acting antivirals (DAAs) these results are not so relevant, although favorable genotypes are associated with better response levels to some shorter course treatments, and not all HCV infected patients are currently eligible for DAAs. IL28B polymorphism is still related to treatment outcomes, but the potent antiviral effect of these agents attenuates the strength of association. In some subgroups, as HIV/HCV-coinfected patients, pegylated interferon/ribavirin treatment will continue in use for most patients, and thus host factors will retain their predictive value for treatment outcomes for some time.(51)

Ribavirin-induced hemolytic anemia can complicate the management of patients treated for hepatitis C. Up to 15% of patients have to reduce ribavirin dosing due to severe anemia. A significant association was found between the hemoglobin drop in patients under antiviral therapy and inosine triphosphate (ITPA) deficiency associated with rs1127354 and rs7270101 polymorphisms in this gene.(52) Reliable formulae for predicting the likelihood of ribavirin-induced anemia considering ITPA polymorphisms have been constructed that might be useful in developing individual optimization of ribavirin dosages to minimize drug-induced adverse events and further optimize anti-HCV treatment.(53)

PLATELET ANTIAGGREGANTS

Clopidogrel is a platelet antiaggregant agent that has to be converted into its active metabolite (R 130694) by the action of different CYP450 isoforms, mainly CYP2C19. This prevents activation of the glycoprotein IIb/IIIa receptor complex, thus reducing platelet aggregation. This gene is highly polymorphic: CYP2C19*2, CYP2C19*3, CYP2C19*4, and CYP2C19*5 are inactive forms; CYP2C19*17 has increased activity. CYP2C19*2 and CYP2C19*3, inactive alleles, are frequent in the general population; CYP2C19*4 and CYP2C19*5 are rarer.(54 ) An algorithm proposes that CYP2C19 genotyping testing should always be performed before or at the start of therapy. If the patient is a carrier of genotypes *1/*1, *1/*17, or *17/*17, standard dosing of clopidogrel can be utilized. On the other hand, if the patient is a carrier of at least one of the inactive alleles, prasugrel or another alternative therapy should be applied, as the expected effect of clopidogrel will not be present.(55)

ANTICOAGULANTS

Warfarin is the most utilized anti-coagulant and it inhibits the regeneration of vitamin K epoxide to its reduced form, inhibiting synthesis of vitamin K-dependent clotting factors in the liver. Its full anticoagulant effect is manifested within 72 to 96 hours and its activity is monitored by the International Normalized Ratio (INR), with the goal of INR between 2 and 3. Warfarin is an enantiomeric mixture of equal concentrations of the R and S forms, mostly absorbed through the digestive tract. Warfarin is indicated in several syndromes in which thromboembolism might be present, such as atrial fibrillation, deep vein thrombosis, pulmonary embolism, stroke, and many others. The coagulation cascade requires vitamin K in the reduced form as a co-factor for gamma-glutamyl-carboxylase (GGCX) to convert inactive factors II, VII, IX, and X to the active form. Vitamin K is oxidized during this process to vitamin K epoxide. Warfarin inhibits the vitamin K epoxide reductase complex subunit 1 (VKORC1) that restores the available vitamin K to the reduced state, decreasing vitamin K availability, diminishing active factors II, VII, IX, and X, and thus inhibiting coagulation. The rate of metabolism of S-warfarin is approximately three times faster than for R-warfarin, and it is catabolized to its inactive metabolites S-6-OH-warfarin and S-7-OH-warfarin mainly by CYP2C9.(56) Warfarin is a widely used anticoagulant with large inter-individual dose ranges and a narrow therapeutic index, as an insufficient dose may lead to thrombosis while an excessive dose can be associated with bleeding and hemorrhages. An increased bleeding risk for patients carrying either the CYP2C9*2 or CYP2C9*3 alleles has been shown. Certain single nucleotide polymorphisms in the VKORC1 gene (especially the 1639G>A allele) have been associated with lower dose requirements for warfarin.(57) Different dosing algorithms have been proposed for warfarin considering age, sex, weight, or body surface area, race, use of other drugs (such as amiodarone, simvastatin, any azole), treatment indication (heart valve prosthesis, thromboembolic disease), INR, and VKORC1 (3673G>A) and CYP2C19 (*2, *3, *5) polymorphisms.(57,58)

CONCLUSIONS

The approach for the patient in several areas of medicine is growing in complexity and an integrated vision of all the aspects involving each illness in each individual is now possible. Most of these advances have come from the progress obtained from a better and more comprehensive knowledge of the human genome during the last years. This increasing understanding of human genes has allowed predictions of how some mutations would generate clinical entities with diverse behaviors concerning their aggressiveness and treatment responses. The application of such tests is now routinely available, and the most frequent uses of this approach are described in the text.

REFERENCES

  • 1.Evans WE, Relling MV. Moving towards individualized medicine with pharmacogenomics. Nature. 2004;429(6990):464–468. doi: 10.1038/nature02626. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 2.Zhang J, Chiodini R, Badr A, Zhang G. The impact of next-generation sequencing on genomics. J Genet Genomics. 2011;38(3):95–109. doi: 10.1016/j.jgg.2011.02.003. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 3.Kilpivaara O, Aaltonen LA. Diagnostic cancer genome sequencing and the contribution of germline variants. Science. 2013;339(6127):1559–1562. doi: 10.1126/science.1233899. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 4.Krejsa C, Rogge M, Sadee W. Protein therapeutics: new applications for pharmacogenetics. Nat Rev Drug Discov. 2006;5(6):507–521. doi: 10.1038/nrd2039. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 5.Wu AH, Babic N, Yeo KT. Implementation of pharmacogenomics into the clinical practice of therapeutics: issues for the clinician and the laboratorian. Personalized Med. 2009;6(3):315–327. doi: 10.2217/pme.09.1. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 6.Arpino G, Generali D, Sapino A, Del Matro L, Frassoldati A, de Laurentis M, et al. Gene expression profiling in breast cancer: a clinical perspective. Breast. 2013;22(2):109–120. doi: 10.1016/j.breast.2013.01.016. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 7.Nicolini A, Giardino R, Carpi A, Ferrari P, Anselmi L, Colosimo S, et al. Metastatic breast cancer: an updating. Biomed Pharmacother. 2006;60(9):548–556. doi: 10.1016/j.biopha.2006.07.086. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 8.Early Breast Cancer Trialists’ Collaborative Group (EBCTCG) Effects of chemotherapy and hormonal therapy for early breast cancer on recurrence and 15-year survival: an overview of the randomised trials. Lancet. 2005;365(9472):1687–1717. doi: 10.1016/S0140-6736(05)66544-0. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 9.Jin Y, Desta Z, Stearns V, Ward B, Ho H, Lee KH, et al. CYP2D6 genotype, antidepressant use, and tamoxifen metabolism during adjuvant breast cancer treatment. J Natl Cancer Inst. 2005;97(1):30–39. doi: 10.1093/jnci/dji005. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 10.Lim B, Cream LV, Harvey HA. Update on clinical trials: genetic targets in breast cancer. Adv Exp Med Biol. 2013;779:35–54. doi: 10.1007/978-1-4614-6176-0_2. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 11.Struewing JP, Hartge P, Wacholder S, Baker SM, Berlin M, McAdams M, et al. The risk of cancer associated with specific mutations of BRCA1 and BRCA2 among Ashkenazi Jews. N Engl J Med. 1997;336(20):1401–1408. doi: 10.1056/NEJM199705153362001. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 12.Liu X, Cheng D, Kuang Q, Liu G, Xu W. Association of UGT1A1*28 polymorphisms with irinotecan-induced toxicities in colorectal cancer: a meta-analysis in Caucasians. Pharmacogenomics J. 2014;14(2):120–129. doi: 10.1038/tpj.2013.10. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 13.Ong FS, Das K, Wang J, Vakil H, Kuo JZ, Blackwell WL, et al. Personalized medicine and pharmacogenetic biomarkers: progress in molecular oncology testing. Expert Rev Mol Diagn. 2012;12(6):593–602. doi: 10.1586/erm.12.59. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 14.Ensinger C, Sterlacci W. Implications of EGFR PharmDx kit for cetuximab eligibility. Expert Rev Mol Diagn. 2008;8(2):141–148. doi: 10.1586/14737159.8.2.141. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 15.Kelley RK, Venook AP. Prognostic and predictive markers in stage II colon cancer: is there a role for gene expression profiling? Clin Colorectal Cancer. 2011;10(2):73–80. doi: 10.1016/j.clcc.2011.03.001. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 16.The age of personalized medicine [2014 Feb 17;];The personalized medicine product portfolio: selected personalized medicine drugs, treatments, and diagnostics as of September 2011 [Internet] 2011 http://www.ageofpersonalizedmedicine.org/personalized_medicine/portfolio
  • 17.Patel SG, Ahnen DJ. Familial colon cancer syndromes: an update of a rapidly evolving field. Curr Gastroenterol Rep. 2012;14(5):428–438. doi: 10.1007/s11894-012-0280-6. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 18.Jabbour E, Kantarjian H. Chronic myeloid leukemia: 2012 update on diagnosis, monitoring, and management. Am J Hematol. 2012;87(11):1037–1045. doi: 10.1002/ajh.23282. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 19.Liu-Dumlao T, Kantarjian H, Thomas DA, O’Brien S, Ravandi F. Philadelphia-positive acute lymphoblastic leukemia: current treatment options. Curr Oncol Rep. 2012;14(5):387–394. doi: 10.1007/s11912-012-0247-7. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 20.Shibata T, Minami Y, Mitsuma A, Morita S, Inada-Inoue M, Oguri T, et al. Association between severe toxicity of nilotinib and UGT1A1 polymorphisms in Japanese patients with chronic myelogenous leukemia. Int J Clin Oncol. 2014;19(2):391–396. doi: 10.1007/s10147-013-0562-5. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 21.de Thé H, Le Bras M, Lallemand-Breitenbach V. The cell biology of disease: Acute promyelocytic leukemia, arsenic, and PML bodies. J Cell Biol. 2012;198(1):11–21. doi: 10.1083/jcb.201112044. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 22.Zhou S. Clinical pharmacogenomics of thiopurine S-methyltransferase. Curr Clin Pharmacol. 2006;1(1):119–128. doi: 10.2174/157488406784111627. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 23.Sharkey RM, Press OW, Goldenberg DM. A re-examination of radioimmunotherapy in the treatment of non-Hodgkin lymphoma: prospects for dual-targeted antibody/radioantibody therapy. Blood. 2009;113(17):3891–3895. doi: 10.1182/blood-2008-11-188896. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 24.O’Malley DP, Chizhevsky V, Grimm KE, Hii A, Weiss LM. Utility of BCL2, PD1, and CD25 Immunohistochemical Expression in the Diagnosis of T-cell Lymphomas. Appl Immunohistochem Mol Morphol. 2014;22(2):99–104. doi: 10.1097/PAI.0b013e31828ef1f7. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 25.Bepler G, Williams C, Schell MJ, Chen W, Zheng Z, Simon G, et al. Randomized international phase III trial of ERCC1 and RRM1 expression-based chemotherapy versus gemcitabine/carboplatin in advanced non-small-cell lung cancer. J Clin Oncol. 2013;31(19):2404–2412. doi: 10.1200/JCO.2012.46.9783. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 26.Timm A, Kolesar JM. Crizotinib for the treatment of non-small-cell lung cancer. Am J Health Syst Pharm. 2013;70(11):943–947. doi: 10.2146/ajhp120261. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 27.Jang S, Atkins MB. Which drug, and when, for patients with BRAF-mutant melanoma? Lancet Oncol. 2013;14(2):e60–e69. doi: 10.1016/S1470-2045(12)70539-9. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 28.Lurje G, Manegold PC, Ning Y, Pohl A, Zhang W, Lenz HJ. Thymidylate synthase gene variations: predictive and prognostic markers. Mol Cancer Ther. 2009;8(5):1000–1007. doi: 10.1158/1535-7163.MCT-08-0219. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 29.Amstutz U, Froehlich TK, Largiadèr CR. Dihydropyrimidine dehydrogenase gene as a major predictor of severe 5-fluorouracil toxicity. Pharmacogenomics. 2011;12(9):1321–1336. doi: 10.2217/pgs.11.72. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 30.Browning LA, Kruse JA. Hemolysis and methemoglobinemia secondary to rasburicase administration. Ann Pharmacother. 2005;39(11):1932–1935. doi: 10.1345/aph.1G272. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 31.Lenz HJ. Pharmacogenomics and colorectal cancer. Adv Exp Med Biol. 2006;587:211–231. doi: 10.1007/978-1-4020-5133-3_18. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 32.Wei J, Zou Z, Qian X, Ding Y, Xie L, Sanchez JJ, et al. ERCC1 mRNA levels and survival of advanced gastric cancer patients treated with a modified FOLFOX regimen. Br J Cancer. 2008;98(8):1398–1402. doi: 10.1038/sj.bjc.6604317. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 33.Ingelman-Sundberg M. Pharmacogenetics: an opportunity for a safer and more efficient pharmacotherapy. J Intern Med. 2001;250(3):186–200. doi: 10.1046/j.1365-2796.2001.00879.x. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 34.Pirmohamed M, Park BK. Genetic susceptibility to adverse drug reactions. Trends Pharmacol Sci. 2001;22(6):298–305. doi: 10.1016/s0165-6147(00)01717-x. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 35.Rushmore TH, Kong AN. Pharmacogenomics, regulation and signaling pathways of phase I and II drug metabolizing enzymes. Curr Drug Metab. 2002;3:481–490. doi: 10.2174/1389200023337171. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 36.Nelson DR, Kamataki T, Waxman DJ, Guengerich FP, Estabrook RW, Feyereisen R, et al. The P450 superfamily: update on new sequences, gene mapping, accession numbers, early trivial names of enzymes, and nomenclature. DNA Cell Biol. 1993;12(1):1–51. doi: 10.1089/dna.1993.12.1. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 37.Swen JJ, Nijenhuis M, de Boer A, Grandia L, Maitland-van der Zee AH, Mulder H, et al. Pharmacogenetics: from bench to byte-an update of guidelines. Clin Pharmacol Ther. 2011;89(5):662–673. doi: 10.1038/clpt.2011.34. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 38.Zhou SF. Polymorphism of human cytochrome P450 2D6 and its clinical significance: Part I. Clin Pharmacokinet. 2009;48(11):689–723. doi: 10.2165/11318030-000000000-00000. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 39.Zhou SF. Polymorphism of human cytochrome P450 2D6 and its clinical significance: part II. Clin Pharmacokinet. 2009;48(12):761–804. doi: 10.2165/11318070-000000000-00000. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 40.Desta Z, Zhao X, Shin JG, Flockhart DA. Clinical significance of the cytochrome P450 2C19 genetic polymorphism. Clin Pharmacokinet. 2002;41(12):913–958. doi: 10.2165/00003088-200241120-00002. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 41.Ozawa S, Soyama A, Saeki M, Fukushima-Uesaka H, Itoda M, Koyano S, et al. Ethnic differences in genetic polymorphisms of CYP2D6, CYP2C19, CYP3As and MDR1/ABCB1. Drug Metab Pharmacokinet. 2004;19(2):83–95. doi: 10.2133/dmpk.19.83. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 42.Rosemary J, Adithan C. The pharmacogenetics of CYP2C9 and CYP2C19: ethnic variation and clinical significance. Curr Clin Pharmacol. 2007;2(1):93–109. doi: 10.2174/157488407779422302. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 43.de Leon J, Armstrong SC, Cozza KL. Clinical guidelines for psychiatrists for the use of pharmacogenetic testing for CYP450 2D6 and CYP450 2C19. Psychosomatics. 2006;47(1):75–85. doi: 10.1176/appi.psy.47.1.75. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 44.Kirchheiner J, Nickchen K, Bauer M, Wong ML, Licinio J, Roots I, et al. Pharmacogenetics of antidepressants and antipsychotics: the contribution of allelic variations to the phenotype of drug response. Mol Psychiatry. 2004;9(5):442–473. doi: 10.1038/sj.mp.4001494. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 45.Kelly LE, Madadi P. Is there a role for therapeutic drug monitoring with codeine? Ther Drug Monit. 2012;34(3):249–256. doi: 10.1097/FTD.0b013e3182557325. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 46.Leppert W. CYP2D6 in the metabolism of opioids for mild to moderate pain. Pharmacology. 2011;87(5-6):274–285. doi: 10.1159/000326085. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 47.Ge D, Fellay J, Thompson AJ, Simon JS, Shianna KV, Urban TJ, et al. Genetic variation in IL28B predicts hepatitis C treatment-induced viral clearance. Nature. 2009;461(7262):399–401. doi: 10.1038/nature08309. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 48.Tanaka Y, Nishida N, Sugiyama M, Kurosaki M, Matsuura K, Sakamoto N, et al. Genome-wide association of IL28B with response to pegylated interferon-alpha and ribavirin therapy for chronic hepatitis C. Nat Genet. 2009;41(10):1105–1109. doi: 10.1038/ng.449. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 49.Suppiah V, Moldovan M, Ahlenstiel G, Berg T, Weltman M, Abate ML, et al. IL28B is associated with response to chronic hepatitis C interferon alpha and ribavirin therapy. Nat Genet. 2009;41(10):1100–1104. doi: 10.1038/ng.447. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 50.Cavalcante LN, Abe-Sandes K, Angelo AL, Machado TM, Lemaire DC, Mendes CM, et al. IL28B polymorphisms are markers of therapy response and are influenced by genetic ancestry in chronic hepatitis C patients from an admixed population. Liver Int. 2012;32(3):476–486. doi: 10.1111/j.1478-3231.2011.02653.x. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 51.Soriano V, Poveda E, Vispo E, Labarga P, Rallón N, Barreiro P. Pharmacogenetics of hepatitis C. J Antimicrob Chemother. 2012;67(3):523–529. doi: 10.1093/jac/dkr506. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 52.Rau M, Baur K, Geier A. Host genetic variants in the pathogenesis of hepatitis C. Viruses. 2012;4(12):3281–3302. doi: 10.3390/v4123281. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 53.Tsubota A, Shimada N, Abe H, Yoshizawa K, Agata R, Yumoto Y, et al. Several factors including ITPA polymorphism influence ribavirin-induced anemia in chronic hepatitis C. World J Gastroenterol. 2012;18(41):5879–5888. doi: 10.3748/wjg.v18.i41.5879. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 54.Kubica A, Kozinski M, Grzesk G, Fabiszak T, Navarese EP, Goch A. Genetic determinants of platelet response to clopidogrel. J Thromb Thrombolysis. 2011;32(4):459–466. doi: 10.1007/s11239-011-0611-8. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 55.Scott SA1, Sangkuhl K, Gardner EE, Stein CM, Hulot JS, Johnson JA, Roden DM, Klein TE, Shuldiner AR. Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium. Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium guidelines for cytochrome P450-2C19 (CYP2C19) genotype and clopidogrel therapy. Clin Pharmacol Ther. 2011;90(2):328–332. doi: 10.1038/clpt.2011.132. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 56.Belozerceva LA, Voronina EN, Kokh NV, Tsvetovskay GA, Momot AP, Lifshits GI, et al. Personalized approach of medication by indirect anticoagulants tailored to the patient-Russian context: what are the prospects? 10EPMA J. 2012;3(1) doi: 10.1186/1878-5085-3-10. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 57.Perini JA, Struchiner CJ, Silva-Assunção E, Santana IS, Rangel F, Ojopi EB, et al. Pharmacogenetics of warfarin: development of a dosing algorithm for Brazilian patients. Clin Pharmacol Ther. 2008;84(6):722–728. doi: 10.1038/clpt.2008.166. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 58.Consortium International Warfarin Pharmacogenetics, Klein TE, Altman RB, Eriksson N, Gage BF, Kimmel SE, Lee MT, Limdi NA, Page D, Roden DM, Wagner MJ, Caldwell MD, Johnson JA. Estimation of the warfarin dose with clinical and pharmacogenetic data. N Engl J Med. 2009;360(8):753–764. doi: 10.1056/NEJMoa0809329. Erratum in: N Engl J Med. 2009;361(16):1613. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
Einstein (Sao Paulo). 2014 Jul-Sep;12(3):366–373. [Article in Portuguese]

Medicina personalizada e o laboratório clínico

João Renato Rebello Pinho 1, Roberta Sitnik 1, Cristóvão Luis Pitangueira Mangueira 1

Abstract

Medicina personalizada é o uso de biomarcadores, em sua maioria marcadores moleculares, para a detecção de traços genéticos específicos, a fim de orientar diversas abordagens para a prevenção e o tratamento de diferentes doenças. A identificação de vários genes relacionados a doenças hereditárias, oncológicas e infecciosas permite a detecção de polimorfismos genéticos que estão envolvidos em diferentes evoluções clínicas dessas doenças, bem como com variações na resposta ao tratamento. Atualmente, já é possível detectar esses polimorfismos utilizando diversas metodologias: a detecção de polimorfismos de nucleotídeo único pela reação de polimerização em cadeia; a detecção de microarranjos de ácidos nucleicos; e o sequenciamento de ácidos nucleicos com sequenciadores de DNA automatizados usando métodos derivados de sequenciamento Sanger ou de nova geração. Os ensaios de medicina personalizada são dirigidos para detectar variações genéticas que alteram interações de fármacos com alvos ou vias metabólicas de fármacos (anabólicas e catabólicas), podendo ser utilizados para a seleção de formulações farmacêuticas e para detectar diferentes imunogenicidades da droga. As aplicações de medicina personalizada já foram descritas em várias áreas da Medicina e permitem que abordagens de tratamento específicas sejam aplicadas para cada paciente e para cada doença, de acordo com os resultados dos ensaios utilizados. A aplicação de um protocolo desse tipo exige uma relação intensa entre o laboratório e o corpo clínico. Para sua execução, é necessária uma equipe coordenada, composta por investigadores de pesquisa básica e médicos altamente especializados em suas áreas, apoiada por um time bastante especializado de analistas clínicos treinados em testes de biologia molecular.

Keywords: Medicina molecular, Genética médica, Medicina individualizada, Neoplasias, DNA, Coagulação sanguínea, Farmacogenética, Hepatite C, Anticoagulantes

INTRODUÇÃO

A medicina personalizada abrange o uso de biomarcadores, em sua maioria marcadores moleculares, para detectar traços genéticos específicos e orientar diferentes abordagens na prevenção e no tratamento de várias doenças. A identificação de vários genes relacionados a doenças hereditárias, oncológicas e infecciosas leva à detecção de polimorfismos genéticos, que estão envolvidos em diferentes evoluções clínicas dessas doenças e em variações nas respostas ao tratamento.

Atualmente, é possível detectar polimorfismos de ácidos nucleicos usando várias metodologias. A detecção rotineira de polimorfismos de nucleotídeos únicos (SNPs, sigla do inglês single nucleotide polymorphisms) pode ser conseguida em laboratórios clínicos usando a reação em cadeia da polimerase (PCR) em tempo real. Outras técnicas, como detecção de microarranjos ou sequenciamento de ácidos nucleicos, também podem ser rotineiramente aplicadas, especialmente quando vários polimorfismos diferentes podem ser relevantes na previsão de um genótipo em particular.(1) Métodos de sequenciamento de nova geração têm sido incorporados em laboratórios clínicos, já que permitem a análise simultânea de amplas regiões do genoma e até da sequência inteira dele, viabilizando, assim, a identificação concomitante de diferentes mutações em vários genes.(2,3)

Os ensaios de medicina personalizada são focados na detecção de variações genéticas que alteram as interações de drogas com alvos ou as vias metabólicas das drogas (anabólicas e catabólicas ou upstream e downstream), podendo ser utilizados para a seleção de formulações de drogas e detecção de diversas imunogenicidades de drogas.(4)

O uso de ensaios de medicina personalizada está se ampliando e várias aplicações já foram descritas em diferentes áreas da medicina. A medicina personalizada permite que métodos terapêuticos específicos sejam usados para cada paciente e doença, conforme os resultados desses ensaios genéticos. A aplicação de tal protocolo demanda uma interação crescente entre o laboratório e a equipe clínica. Para sua implementação, é necessário contar com uma equipe coordenada, com pesquisadores de área básica e médicos altamente especializados em seus campos de estudo, com suporte de um time muito qualificado de analistas clínicos treinados, de forma específica, em ensaios de biologia molecular.(5)

Alguns exemplos de situações clínicas em que a medicina personalizada já está sendo utilizada são detalhados a seguir.

CÂNCER DE MAMA

Para câncer de mama, diferentes marcadores imuno-histoquímicos e de biologia molecular são usados para indicar a opção de tratamento mais apropriada e avaliar os riscos de metástases ou recorrência.(6)

As opções de tratamento incluem inibidores de aromatase (como exemestano e anastrazol), indicados para o tratamento adjuvante de mulheres em pós-menopausa com câncer de mama positivo para receptores de estrógenos (ER).(7)

O uso do tamoxifeno é a terapia padrão para câncer de mama ER-positivo em mulheres na pré-menopausa.(8) As proteínas codificadas por genes do citocromo P450 (CYP450), CYP2D6 e CYP3A4 regulam o metabolismo do tamoxifeno. A eficácia da terapia com tamoxifeno depende do fenótipo de CYP2D6 da paciente. Os inibidores mais potentes de CYP2D6 tiveram maiores efeitos sobre as concentrações plasmáticas de endoxifeno, particularmente os antidepressivos, como paroxetina. Assim, o conhecimento da capacidade de uma droga de inibir a atividade enzimática de CYP2D6 pode ajudar os clínicos a preverem interações medicamentosas clinicamente significantes, o que poderia interferir no metabolismo de tamoxifeno em seus metabólitos (N-desmetil-tamoxifeno, 4-hidroxi-tamoxifeno e endoxifeno). O metabólito endoxifeno mantém atividade similar às do N-desmetil-tamoxifeno e do 4-hidroxi-tamoxifeno, mas é encontrado em níveis mais elevados no plasma de pacientes que recebem o tamoxifeno. Pacientes com o alelo CYP2D6*1 mantêm níveis mais elevados dos metabólitos ativos. Pacientes com variações hereditárias no gene CYP2D6 são fracos metabolizadores de tamoxifeno, o que resulta na diminuição da atividade terapêutica e no aumento do potencial para reações adversas às drogas (RADs).(9)

Níveis de expressão elevados de HER-2/neu ou ERBB2 (v-erb-b2 erythroblastic leukemia viral oncogene homolog 2, neuro/glioblastoma-derived oncogene homolog) foram associados a um aumento de recorrência da doença no câncer de mama, mas demonstram melhor resposta ao trastuzumabe.(10)

Finalmente, o sequenciamento de alguns genes, particularmente de BRCA (breast cancer) 1 e 2, orienta a vigilância e o tratamento preventivo, baseado em risco de suscetibilidade para câncer da mama e do ovário.(11)

CÂNCER DE CÓLON

A terapia do câncer de cólon e suas taxas de recorrência também podem ser avaliadas por meio de ensaios genéticos. Os indivíduos homozigóticos para UGT1A1 (UDP glucuronosiltransferase 1, polipeptídio A1) alelo *28 têm um risco aumentado para neutropenia após o início do tratamento com irinotecano e, nesses pacientes, deve ser levada em consideração uma redução na dose inicial.(12)

Formas não mutadas de genes de BRAF (v-raf murine sarcoma viral oncogene homolog B1) e KRAS (v-Ki-ras2 Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog) são necessárias para a resposta aos inibidores da tirosina quinase (TKI).(13) Estudos de imuno-histoquímica com EGFR demonstraram que pacientes com alta expressão têm maior propensão a respostas a essas drogas do que aqueles com expressão reduzida.(14)

Também foram desenvolvidos painéis de genes para avaliar o escore de risco ou orientar a terapia: (1) uma assinatura de sete genes (mais cinco genes de referência) fornece um escore de risco que indica se um paciente possivelmente terá recorrência de um tumor e orienta a introdução de terapia adjuvante;(15) (2) outro ensaio usado para orientar a terapia fornece informação sobre a expressão de alvos moleculares chaves - KRAS, TS (thymidylate synthase), e TOP1 (topoisomerase 1);(16) (3) perfis de expressão e mutações em ERCC1 (excision repair cross-complementing rodent repair deficiency, complementation group 1), TS, EGFR, BRAF e KRAS fornecem informações para a seleção de várias terapias.(16)

Até 30% dos casos de câncer colorretal têm evidência de um componente familiar, e cerca de 5% estão associados a mutações hereditárias bem caracterizadas. O sequenciamento de genes de MLH1 (mutL homolog 1), MSH2 (mutS homolog 2) e MSH6 (mutS homolog 6) é recomendado para vigilância e tratamento preventivo do câncer não polipoide do cólon ou da síndrome de Lynch, que envolve doenças malignas em outros órgãos também. Igualmente, há muitas outras síndromes hereditárias de câncer colorretal, como o câncer colorretal familiar tipo X, a polipose familiar adenomatosa, a polipose associada a MUTYH, a síndrome de Peutz-Jeghers, a síndrome de polipose juvenil, a síndrome do hamartoma PTEN (phosphatase and tensin homolog gene) e a síndrome da polipose serrada.(17)

LEUCEMIAS E LINFOMAS

A detecção do cromossomo Filadélfia por hibridização fluorescente in situ (FISH) ou a detecção e quantificação da translocação do gene BCR/ABL (breakpoint cluster region/c-abl oncogene 1, non-receptor tyrosine kinase) são usadas de rotina em pacientes com leucemia mieloide crônica (LMC)(18) ou linfoblástica aguda (LLA).(19) Mesilato de imatinibe, dasatinibe ou nilotinibe são indicados para pacientes com BCR/ABL, e a doença deve ser acompanhada por medidas quantitativas seriadas de BCR/ABL.(18) Os pacientes tratados com nilotinibe que possuem a mutação UGT1A1*28 têm um risco alto de apresentar hiperbilirrubinemia.(20)

O trióxido de arsênico e a tretinoína são indicados para a indução da remissão e a consolidação em pacientes com leucemia promielocítica aguda (LPA), já que essa doença é caracterizada pela presença de translocação t (15;17) por FISH ou expressão PML/RARA (leucemia promielocítica/receptor de acido retinoico, alfa), detectada por PCR.(21)

Os pacientes com atividade hereditária pobre ou ausência de TPMT (tiopurina S-metiltransferase) apresentam um maior risco de toxicidade grave por mercaptopurina, tioguanina e azatioprina, em doses convencionais, e há uma recomendação de genotipagem de TPMT para ajustar a dose de tratamento da LLA.(22)

O tositumomabe é indicado para o tratamento de pacientes com linfoma não Hodgkin que expressa o antígeno CD20.(23) Denileucina difitox é indicado para o tratamento de pacientes com linfoma cutâneo de células T persistente ou recorrente, cujas células malignas expressam o componente CD25 do receptor de interleucina 2 (IL-2).(24)

CÂNCER DE PULMÃO

Existem vários genes envolvidos na seleção das terapias mais apropriadas para o câncer de pulmão. Os perfis de expressão e mutações em ERCC1, TS, EGFR, RRM1 (ribonucleotídeo redutase M1), KRAS e EML4-ALK (echinoderm microtubule associated protein like 4 - anaplastic lymphoma receptor tyrosine kinase) fornecem informações para a seleção de vários tratamentos.(16) A gencitabina interfere na função de síntese de DNA da ribonucleotídeo redutase por meio de sua subunidade ativa (RRM1), e os baixos níveis de expressão de RRM1 estão associados a melhor resposta ao tratamento com gencitabina/carboplatina.(25) KRAS é mutado em cerca de 30% dos casos de câncer de pulmão, que mostram resistência a drogas direcionadas a EGFR (gefitinibe e erlotinibe) usadas na terapia. As mutações ativadoras de EGFR ocorrem em aproximadamente 10% dos pacientes caucasianos com câncer de pulmão não pequenas células (CPCNP) e em até 50% dos pacientes asiáticos. Dados de múltiplos estudos indicam um papel preditivo para mutações ativadoras de EGFR com respeito à taxa de resposta e sobrevida livre de progressão com a terapia TKI, particularmente no contexto de primeira linha.(4,13) O uso do crizotinibe é indicado para o tratamento de pacientes com CPCNP avançado localmente ou metastático, que seja positivo para quinase do linfoma anaplásico (ALK), que ocorre em 1 a 7% desses pacientes.(26)

MELANOMA

O veramufenibe é um inibidor de quinase indicado para o tratamento de pacientes com melanoma irressecável ou metastático com uma substituição de aminoácido de valina (V) por acido glutâmico (E) na posição 600 de BRAF. A mutação BRAF V600E é encontrada em cerca de metade dos pacientes com melanoma.(27)

MÚLTIPLOS TUMORES

Tumores de origem primária desconhecida podem ser classificados usando os perfis de expressão gênica disponíveis em ensaios comerciais ou não comerciais.(3,16)

A resistência tumoral ao 5-fluorouracil (5-FU) correlaciona-se a altos níveis de expressão do gene TS em tumores colorretais, adenocarcinoma primário do estômago e câncer do pulmão.(28) Em casos raros, a toxicidade grave inesperada (por exemplo: estomatite, diarreia, neutropenia e neurotoxicidade) associada a 5-fluorouracil foi atribuída a uma deficiência da atividade de dihidropirimidina desidrogenase (DPD).(29)

A rasburicase administrada a pacientes com deficiência de glicose-6-fosfato desidrogenase(G6PD) pode causar hemólise grave, e os pacientes devem passar por uma triagem antes de iniciar a terapia, especialmente aqueles com alto risco de deficiência de G6PD, como os de ascendência africana ou mediterrânea.(30)

ERCC1 ajuda a reparar o dano ao DNA causado por terapia baseada na platina: sua baixa expressão está associada a uma sobrevida mais longa em câncer colorretal tratado com 5-fluorouracil/oxaliplatina, enquanto sua alta expressão está associada a resposta ao irinotecano.(31) Dentre os pacientes com câncer gástrico, aqueles tratados com um esquema FOLFOX (5-fluorouracil/leucovorina/oxaliplatina) ou com esquema de primeira linha à base de cisplatina respondem de maneira significativamente melhor se mostrarem níveis mais baixos de expressão de ERCC1.(32) Os níveis baixos de ERCC1 são também um indicador favorável de resposta à terapia com platina no câncer de pulmão.(25)

FARMACOGENÔMICA

A farmacogenômica estuda a variabilidade de resposta a drogas em função de variações genéticas. Nos Estados Unidos, a incidência geral de RADs é de cerca de 6,7%, sendo 0,3% acidentes fatais. A farmacogenômica permite o tratamento preciso de uma doença em cada indivíduo afetado, a fim de melhorar a eficácia da droga e de reduzir as RADs. Tais reações representam uma das principais causas de morte nos Estados Unidos, com aproximadamente 100 mil mortes por ano (quarta causa de morte no país), e ocorrem em 32% dos pacientes hospitalizados (com 6,7% dos pacientes que apresentam RADs graves sérias, mas não fatais). Além das complicações intrínsecas e severas, e do tempo de hospitalização aumentado por causa das RADs, essas reações também estão envolvidas nos custos crescentes em sistemas de saúde. Nos Estados Unidos, as despesas com RADs são de, no mínimo, US$4 bilhões em custos diretos anuais de tratamento, representam 5% das internações, e aumentam o período de hospitalização, em média, em 2 dias, o que eleva o custo em aproximadamente US$2.500 por paciente.(33,34)

A conversão química de xenobióticos (drogas e outros compostos exógenos não essenciais) ocorre principalmente no fígado e leva à sua conversão para substratos hidrofílicos, o que permite sua excreção urinária. Esse metabolismo pode converter compostos pró-carcinogênicos em compostos citotóxicos e mutagênicos. A farmacogenômica estuda as diferenças de metabolismo entre diferentes indivíduos. É importante enfatizar que um metabolismo xenobiótico pode afetar o metabolismo de outro, sendo sempre relevante conhecer as interações complexas e, por vezes, inesperadas entre diferentes drogas, a fim de compreender melhor sua farmacocinética em um indivíduo específico.(35)

Há duas fases na via metabólica de xenobióticos. A fase 1 é chamada de biotransformação e envolve a fixação de grupos funcionais, além da transformação de grupos funcionais existentes pela oxidação, redução, hidroxilação, hidrólise etc. A fase 2 é chamada de conjugação, ou seja, a alteração de um grupo funcional existente pela acetilação, glicosilação, ligação a aminoácidos etc. Essas mudanças levam a um composto mais hidrofílico, permitindo sua excreção renal.(35)

A fase 1 envolve oxidações, como a introdução de grupos cetona, hidroxila ou epóxido mediada pelas desidrogenases de álcool e aldeído, levando à transformação em grupos de aminoácidos pelas amino oxidases; conversões de álcoois em aldeídos e ácidos pelas enzimas do CYP450; reduções de grupos cetona e nitro por nitrorredutases e azorredutases; hidrólise, isto é, a quebra de grupos éster em álcool em ácido pelas esterases.(35)

A fase 2 envolve alterações nos sítios polares, como por acetilação, conjugação de aminoácidos, glucorinidação, metilação e sulfatação, catalisados por diferentes classes de transferases (por exemplo: acetil, glutationa, glicuronosil, metil e enxofre).(35)

O CYP450 é uma grande família de genes que codificam enzimas hepáticas responsáveis pelo metabolismo de drogas e toxinas. O CYP450 envolve sete diferentes genes ativos, distribuídos em 17 famílias. CYP1, CYP2 e CYP3 estão envolvidos primariamente no metabolismo de drogas. CYP2A6, CYP2B6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1 e CYP3A4/5 são responsáveis pelo metabolismo de drogas clinicamente importantes. As reações mais importantes catalisadas por essas enzimas são oxidação alifática, hidroxilação aromática, formação de sulfóxidos, N-oxidação, N-hidroxilação, desalquilação N-/O-/S, e desalogenação oxidativa ou redutiva.(36)

As enzimas CYP2D6 e CYP2C19 metabolizam aproximadamente 25 a 30% das drogas prescritas. Os substratos de CYP2D6 incluem antiarrítmicos, antidepressivos, betabloqueadores, neurolépticos e outras drogas, como codeína, debrisoquina, fenformina, indoramina e tamoxifeno. As principais drogas metabolizadas por CYP2C19 são amitriptilina, alguns barbitúricos, clopidogrel, cloroproguanil, citalopram, ciclofosfamida, diazepam, imipramina, mefenitoína e omeprazol.(37)

Cada indivíduo pode ser classificado como sendo de um dos quatro tipos de metabolizadores de drogas: (1) metabolizadores ultrarrápidos (MU), que carregam múltiplas cópias (três ou mais) de alelos funcionais e produzem atividades enzimáticas excessivas; (2) metabolizadores extensivos (ME), que carregam pelo menos um alelo funcional ativo; (3) metabolizadores intermediários (MI), que carregam um alelo de atividade reduzida e um alelo nulo ou dois alelos de atividade reduzida; (4) metabolizadores pobres (MP), que carregam dois alelos mutantes, o que resulta em perda de atividade enzimática.(38-40)

As variantes genéticas dessas enzimas se encontram entre diferentes populações étnicas, com uma grande variação no perfil genético. Esses perfis já foram determinados para diferentes populações ao redor do mundo.(41,42)

As drogas psiquiátricas possuem muitos efeitos colaterais que podem causar interrupção ou falha de tratamento. O tempo para efeito ótimo é longo (3 a 8 semanas) e requer doses repetidas de soro para testes caros que também podem ser encontrados em muitos laboratórios clínicos. Ademais, a seleção e a dosagem de drogas são basicamente empíricas, e as doses variam de 5 a 20 vezes de um paciente a outro. Os polimorfismos de CYP2D6 são uma das razões para as diferentes respostas individuais, pois essa enzima metaboliza muitas dessas drogas. Por exemplo: de 7 a 10% da população branca não tinha atividade de CYP2D6 (MP).(43)

A análise da dosagem do gene CYP2D6 pode guiar o tratamento para depressão. Existem 45 milhões de pessoas deprimidas, sendo que cerca de 15 milhões usam medicamentos. São mais de 400 mil novos casos de depressão a cada ano. Em muitos países, o tratamento de primeira escolha são os inibidores seletivos de recaptação de serotonina (SSRIs), mas 20 a 25% dos pacientes não respondem a eles, e os antidepressivos tricíclicos podem ser usados como uma segunda opção. Ambas as classes terapêuticas são metabolizadas por CYP2D6. O perfil de metabolizador de CYP2D6, para cada paciente, tem um importante impacto sobre o tempo e os custos de hospitalização, já que geralmente os intervalos necessários para estabilizar a dosagem da droga são mais longos em MP.(44)

A codeína e seus derivados são metabolizados por CYP2D6 e são encontrados em analgésicos e antitussígenos, como oxicodona e hidrocodona. A genotipagem de CYP2D6 é útil antes de iniciar a terapia, já que os indivíduos MU podem sentir tonturas, náuseas e agitação, enquanto os MP têm benefícios muito limitados com a codeína, mas não sofrem os efeitos colaterais nem se tornam quimicamente dependentes de opioides.(45,46)

HEPATITE C

A determinação de polimorfismos gênicos da IL-28B já foi descrita como a mais forte preditora de resposta à terapia para hepatite C, de cinética viral inicial, e de depuração viral espontânea e, possivelmente, ela explique parte da associação entre a resposta à terapia e a etnia do hospedeiro. Especialmente em pacientes infectados com o vírus da hepatite C (VHC) genótipo 1, esses SNPs (rs12979860 C/T, e rs8099917 T/G) já se mostraram muito associados à resposta ao tratamento com interferon pegilado/ribavirina.(47-49) Em estudo realizado no Brasil, polimorfismos de IL28B rs12979860 e rs8099917 foram preditores da resposta à terapia não apenas em carregadores de VHC genótipo 1, mas também nos genótipos 2 e 3.(50) Com os novos antivirais de ação direta (AADs), esses resultados não são tão relevantes, embora genótipos favoráveis estejam associados a melhores níveis de resposta a tratamentos de curta duração, e nem todos os pacientes infectados com VHC são atualmente elegíveis para receber AADs. O polimorfismo de IL28B está ainda relacionado a desfechos de tratamento, mas o potente efeito antiviral desses agentes atenua a potência da associação. Em alguns subgrupos, como o de pacientes coinfectados com HIV e VHC, o tratamento com interferon pegilado/ribavirina continua em uso para a maioria dos pacientes, e, assim, fatores do hospedeiro mantêm seu valor preditivo quanto a resultados do tratamento por algum tempo.(51)

A anemia hemolítica induzida por ribavirina pode complicar o cuidado de pacientes tratados para hepatite C. Até 15% dos pacientes precisam reduzir sua dosagem em função de anemia grave. Uma associação significante foi encontrada entra a queda em hemoglobina em pacientes sob terapia antiviral e deficiência de inosina trifosfato (ITPA) associada a polimorfismos rs1127354 e rs7270101 nesse gene.(52) Já foram desenvolvidas fórmulas confiáveis para a predição da probabilidade de anemia induzida por ribavirina, considerando os polimorfismos de , que podem ser úteis no desenvolvimento da otimização individual de dosagens de ribavirina para minimizar os eventos adversos induzidos por drogas e otimizar ainda mais o tratamento anti-VHC.(53)

ANTIAGREGANTES PLAQUETÁRIOS

Clopidogrel é um antiagregante plaquetário que tem de ser convertido para seu metabólito ativo (R 130694) pela ação de diferentes isoformas de CYP450, especialmente CYP2C19. Isso previne a ativação do complexo receptor glicoproteína IIb/IIIa, reduzindo, assim, a agregação plaquetária. Esse gene é altamente polimórfico: CYP2C19*2, CYP2C19*3, CYP2C19*4 e CYP2C19*5 são formas inativas; e CYP2C19*17 tem atividade aumentada. CYP2C19*2 e CYP2C19*3, alelos inativos, são frequentes na população geral; CYP2C19*4 e CYP2C19*5 são mais raros.(54) Um algoritmo propõe que os testes de genotipagem de CYP2C19 sejam sempre feitos antes ou no início da terapia. Se o paciente é carregador de genótipos *1/*1, *1/*17 ou *17/*17, a dosagem padrão de clopidogrel pode ser utilizada. Por outro lado, se o paciente é portador de pelo menos um dos alelos inativos, prasugrel ou outra terapia alternativa deve ser aplicada, já que o efeito esperado do clopidogrel não estará presente.(55)

ANTICOAGULANTES

A varfarina é o anticoagulante mais utilizado e inibe a regeneração do epóxido da vitamina K para sua forma reduzida, inibindo a síntese de fatores de coagulação no fígado que são dependentes de vitamina K. Seu pleno efeito anticoagulante é manifestado de 72 a 96 horas e sua atividade é monitorada pelo Índice de Normalização Internacional (INR), sendo o objetivo mantê-lo entre 2 e 3. A varfarina é uma mistura enantiomérica de concentrações iguais das formas R e S, a maior parte absorvida pelo trato digestivo. A varfarina está indicada em várias síndromes em que o tromboembolismo pode estar presente, como fibrilação atrial, trombose venosa profunda, embolia pulmonar, acidente vascular cerebral, e muitos outros. A cascata de coagulação requer vitamina K na forma reduzida como cofator para a gama-glutamil carboxilase (GGCX) converter fatores inativos II, VII, IX e X na forma ativa. A vitamina K é oxidada durante esse processo para epóxido de vitamina K. A varfarina inibe a subunidade 1 do complexo vitamina K epóxido redutase (VKORC1), que restaura a disponibilidade da vitamina K no estado reduzido, reduzindo a disponibilidade da vitamina K, diminuindo os fatores ativos II, VII, IX e X, e inibindo, portanto, a coagulação. A taxa de metabolismo de S-varfarina é aproximadamente três vezes mais rápida que para a R-varfarina, sendo catabolizada para seus metabólitos inativos S-6-OH-varfarina e S-7-OH-varfarina principalmente por meio de CYP2C9.(56) A varfarina é um anticoagulante amplamente usado com grande variação de doses entre indivíduos e um índice terapêutico estreito, já que uma dose insuficiente pode levar à trombose, enquanto uma dose excessiva pode ser associada a sangramentos e hemorragia. Já foi demonstrado haver um risco aumentado de sangramento para pacientes que carregam os alelos CYP2C9*2 ou CYP2C9*3. Certos polimorfismos de nucleotídeo isolado no gene VKORC1 (especialmente o alelo 1639G>A) têm sido associados a necessidades de doses menores de varfarina.(57) Diferentes algoritmos de doses têm sido propostos para a varfarina, levando em consideração idade, sexo, peso ou superfície corpórea, raça/etnia, uso de outras drogas (como amiodarona, sinvastatina e qualquer azol), indicação de tratamento (prótese de valva cardíaca e doença tromboembólica), INR, e polimorfismos de VKORC1 (3673G>A) e CYP2C19 (*2, *3, *5).(57,58)

CONCLUSÃO

A abordagem para o paciente em várias áreas da medicina está crescendo em complexidade, e já é possível uma visão integrada de todos os aspectos que envolvem cada doença em cada indivíduo. A maioria desses avanços veio do progresso obtido por uma compreensão melhor e mais completa do genoma humano ao longo desses últimos anos. Esse conhecimento crescente dos genes humanos permitiu prever como algumas mutações iriam gerar doenças com comportamentos clínicos diferentes em relação à sua agressividade e resposta ao tratamento. A aplicação rotineira de tais testes atualmente é possível, e os usos mais frequentes dessa abordagem estão descritos no texto.


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