Desaphy chemioterapia 5 - farmacoresistenza · mieloide cronica (CML) e la leucemia limfoblastica acute dell’adulto (ALLA). La traslocazione permette l’espressione di una proteina

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.


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


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


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).


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).


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)


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


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


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


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


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

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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

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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

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dhps: diidropteroate sintetasi

dhfr: diidrofolatoriduttasi

crt: clorochina resistenza trasportatore

Atp6: calcium-dependent ATPase

FINE

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