EL PROYECTO DEL GENOMA HUMANO Y LOS ASPECTOS NOVEDOSOS E INVESTIGACIONES DEL CITOCROMOP450

Resumen Actualmente, 57 genes activos del citocromo P450 (CYP) y 58 pseudogenes, se sabe que estn presentes en el genoma humano. Entre los genes descubiertos por iniciativas en el proyecto del genoma humano son CYP2R1, CYP2W1, CYP2S1, CYP2U1 y CYP3A43, este ltimo aparentemente codifica una pseudoenzima. La funcin, el polimorfismo y la regulacin de estos genes estn todava por descubrir en gran medida. El polimorfismo de APP que metabolizan frmacos es extensa e influye en el resultado de la terapia con medicamentos que causan la falta de respuesta o reacciones adversas a los medicamentos. La base de las diferencias en la distribucin global de las variantes polimrficas y la inactivacin de las mutaciones de genes y la deriva gentica posterior.

Sin embargo, tambin existen alelos polimrficos que llevan mltiples copias de genes activos y se sugieren que en caso de ser CYP2D6 que es causada por la seleccin positiva debido al desarrollo de resistencia alcaloide en el noreste de frica a unos 10.000 - 5000 Antes de Cristo. El conocimiento de los genes CYP y sus polimorfismos tiene una importancia fundamental para una terapia efectiva de drogas y para el desarrollo de frmacos, as como para la comprensin de la activacin metablica de los cancerigenos y otros xenobiticos. Aqu, se da un breve repaso de los conocimientos actuales.

IntroduccinLas enzimas del citocromo P450 en familias 1 -3 son responsables de entre 70 y 80% del total de la fase I del metabolismo dependiente de las drogas de uso clnico (Evans y Relling, 2004, Ingelman-Sundberg, 2004) y participar en el metabolismo de un gran nmero de productos qumicos xenobiticos.

Las formas polimrficas de P450 son muchas veces responsables de la aparicin de reacciones adversas a los medicamentos. Phillips et Al Demostr que el 56% de los medicamentos que son citados en la reaccin adversa a un medicamento (RAM), los estudios son metabolizados por enzimas de fase polimrfica 1 de los cuales el 86% son P450, mientras que informes indican que slo el 20% de los medicamentos que son substrados para enzimas no polimrficos estn en el ADR.

Se ha estimado que el costo de los ADRs segn la sociedad de Estados Unidos cuestan cerca de 100 millones de dlares, y queestos son la causa de ms de 100.000 muertes al ao en los EE.UU. y hasta el 7% de todos los ingresos hospitalarios se deben a reacciones adversas. El conocimiento sobre el sistema del citocromo P450 es fundamental tanto para la terapia de drogas y para el desarrollo de frmacos, as como para la comprensin de los mecanismos detrs de activacin metablica de compuestos potencialmente txicos y cancerigenos.

Genes del citocromo P450

La finalizacin de la secuencia del genoma humano le permiti a David Nelson proporcionar evidencia de la presencia de 57 genes activos diferentes que codifican el citocromo P450 (http://drnelson.utmem.edu/CytochromeP450.html) y 58 pseudogenes (Nelson et al., 2004).El nmero de genes activos es mucho menor que el visto en el arroz (323 genes), berro (249 genes) o en el ratn (102 genes), pero similar a lo que se observa en el perro (54 genes). Las principales formas de P450 que son importantes en el metabolismo de xenobiticos humanos se muestran en la Tabla 1.De particular importancia para el metabolismo de los frmacos son CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6 y CYP3A4, mientras que CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1, CYP2E1 y CYP3A4 son las isoformas ms importantes responsables de la activacin metablica de los precacerigenos. Entre los genes en familias 2-3, existen algunos nuevos como CYP2R1, CYP2S1, CYP2W1, CYP2U1 y CYP3A43 los cuales han aparecido como consecuencia de las iniciativas del proyecto del genoma humano. La funcin e importancia de los que todava no se conocen. CYP2R1 ha demostrado ser un activo en el 25-hidroxilacin de la vitamina D2 y D3, pero hasta entonces no se substrajo el xenobitico indispesable para esta enzima que ha sido identificada. CYP2S1 es una enzima extra heptica encontrada en el pulmn y en el tracto intestinal, inducible por dioxina (Rivera et al., 2002) y es capaz de metabolizar trans-retinol. Tambin es activo en el metabolismo de naftaleno, mientras que CYP3A43 parece ser un pseudoproteina. A pesar de tener muy poca actividad cuando est mutado para la aparicin en bacterias, la enzima es inactiva cuando se expresa en varios sistemas de mamferos diferentes, y, adems, la expresin de mRNA es insignificante. CYP2U1 se manifiesta de mejor manera en el cerebro y se ha demostrado que para metabolizar el cido araquidnico (AA) y otros cidos grasos de cadena larga. La funcin fisiolgica de CYP2U1 queda an por esclarecerse as como cualquier papel en el metabolismo de xenobiticos.Evolucin de las variantes P450s y P450 humanas

Los genes del citocromo P450 humano han indo evolucionando durante un perodo de 1,5 millones de aos. Una tremenda adaptacin al nuevo entorno terrestre fue tomo lugar hace unos 400 millones de aos, incluyendo varias duplicaciones de genes y modificaciones genticas. Adems, una expansin de similares en parte paralelo y la modificacin de los genes P450 se ha manifestado en el pez Fugu y en peces cebra, ambos genomas se aclararon con respecto a sus genes P450, esto fue dicho recientemente por David Nelson.

La alineacin de los genes P450 de los peces junto con las del ser humano revela una conservacin general importante del nmero y tipo de genes p450 activos, entre los peces fugu y cebra que tienen 17 y 42 miembros de la familia CYP2, respectivamente. Curiosamente, tanto CYP2R1 y CYP2U1 son ms bien conservados en ambas especies de peces, en comparacin con el humano, indicando un rol fundamental de estos dos formas de cicotromos P450.

La modificacin del perfil de expresin de genes entre diferentes tipos de citocromo P450 humano ha tenido lugar en los ltimos 100.000 aos, creando importantes diferencias interindividuales en la expresin de las diversas formas de xenobiticos metabolizadores de P450. En la actualidad, muchas variantes funcionales diferentes de los principales genes se han elucidado y la cantidad va de entre 4 y 46 para el P450 diferente(Tabla 2). La informacin actualizada del polimorfismo de los genes del citocromo P450 humano, que codifican enzimas activas en la biotransformacin de xenobiticos est presente en el servidor en del Instituto Karolinska.

La base detrs de estas diferencias intertnicas (vase la tabla 2) es el efecto fundador, la deriva gentica causada por la migracin de las poblaciones de un genotipo especfico, sino tambin por la seleccin gentica. Un ejemplo interesante es el CYP2D6. Esta enzima tiene una afinidad muy alta por alcaloides y no es inducible de una manera convencional sin aumento de la expresin gnica que se ve como un resultado de inductores. Por lo tanto, los ratones tienen 9 genes activos en este locus, mientras que en los seres humanos slo un gen polimrfico uno (CYP2D6) permanece. Esto es probablemente debido a la mayor necesidad de inactivacin alcaloide en ratones en comparacin con los seres humanos, que tienen una dieta ms restringida. Sin embargo, hay excepciones en los seres humanos. Por lo tanto, parece haber sido una seleccin de alelos que contienen mltiples copias del gen CYP2D6 activa sobre todo en el este de frica del Norte, donde hasta el 30% de la poblacin llevan dichos alelos.

Hemos planteado la hiptesis de que esta alta frecuencia en esta rea es causada por la seleccin de la dieta: los sujetos con un mayor contenido de CYP2D6 seran capaces de tener una mayor capacidad para la desintoxicacin de toxinas de plantas (alcaloides) y por lo tanto ser capaz de tolerar un panorama ampliado de plantas durante perodos de hambre. Sujetos sin esta capacidad se moriran de hambre con mayor severidad. En apoyo de esta hiptesis, se encontr que la actividad de CYP2D6, como monitores utilizando la Sonda in vivo de debrisoquina, demostrando que fue menor en los etopes que viven en Etiopa del mismo CYP2D y genotipo especfico, en comparacin con los etopes en Suecia.

Esto podra ser debido al contenido de alcaloides especficos en la dieta etope que constitutivamente sera interactuar con el sitio activo de CYP2D6, dando una inhibicin del metabolismo de debrisoquina entre etopes en Etiopa, mientras que las adaptaciones a la comida sueca por los etopes en Suecia se no administre con este grado de inhibicin.Los componentes especficos de las plantas etopes responsables de un efecto inhibitorio para justificar ms investigaciones , y la propuesta de seleccin de genes que contienen mltiples copias del gen CYP2D6 se definiran como la resistencia alcaloide en los seres humanos.

Una adaptacin gentica similar para el medio ambiente se ha producido durante el desarrollo de resistencia a los insecticidas entre Drosophila durante los aos de 1930 a 1960. La adaptacin de las moscas a los insecticidas ha implicado la incorporacin de un elemento de acuerdo en la regin rio arriba de Cyp6gl, aumentando de este modo su expresin de un 20 a 40 veces. Adems, tres mutaciones clave se han producido en el gen Cyp6a2, causando tres mutaciones con cambio de sentido, cambiar la enzima de ser inactivo en el metabolismo de insecticidas a ser muy competente de esta manera.TABLA 1Importancia relativa del polimorfismo en humanos P450Enzima%SUSTRATOSPRINCIPALES VARIANTES ALELICASEFECTOS CLIN. DEL POLIMORF.Sig.Polimorf

CYP1A15%CarcingenosNiNGUNANINGUNO-

CYP1A22%Drogas carcingenasCYP1A2*1KMenos la expresin e inducibilidad+

CYP1B1CarcingenosAlelos con defectos rarosNinguno-

CYP2A62%Nicotina, DrogasCYP2A6*4CYP2A6*9Metabolismo alterado por nicotina+

CYP2B62-4%DrogasCYP2C8*3Relativamente alto+

CYP2C81%DrogasCYP2D6*4Metabol. De taxol+

CYP2C910%DrogasCYP2D6*10Efecto secundarios++

CYP2C195%DrogasCYP2D6*17Dosis del frmaco+++

CYP2D625-30%DrogasCYP2D6*41Dosis del frmaco+++

CYP2E12-4%Carcinogenos, solventes, drogas-Farmaco eficaz+++++++++

CYP3A445-50%DrogasRarosSin respuestaEfecto secundario + ++

CYP3A5-DEL 1%DrogasCYP3A5*3Dosis del frmaco---

Efectos funcionales de la variabilidad interindividual en los genes CYP.

La generacin continua de nuevas variantes de los genes del citocromo P450 y la deriva gentica y la seleccin que se discuti anteriormente, han creado una situacin global con grandes diferencias intertnicas en la distribucin de las formas polimrficas de los genes P450. Sobre la base de la aparicin de mutaciones en estos genes, eliminacin de genes y duplicacion de genes, las poblaciones se pueden dividir en pobre (PM), intermedio (INI), eficiente (EM) o ultrarrpidos (UM) metabolizadores de frmacos.

Los PMs carecen de la enzima en cuestin, los LMS son a menudo heterocigotos para un gen defectuoso, el EM tienen dos alelos funcionales, mientras que los UM tienen mltiples copias de genes funcionales en un solo alelo.

impacto sobre la farmacocintica de los frmacos. Esta enzima metaboliza aproximadamente el 25% de todos los medicamentos de uso clnico, y una reciente evaluacin de Kirchheiner et al. (2004) se centra en las drogas psicoactivas revela que la dosificacin es una cuestin importante para aproximadamente el 50% de los medicamentos que se sabe que son metabolizados por la CYP2D6. Esto significa que el genotipo CYP2D6 importante es determinar el metabolismo de 12% de todos los frmacos usados clnicamente. Las reacciones adversas de medicamentos son mucho ms comunes en dosificacin normal entre los PM de CYP2D6, cf. Ingelman-Sundberg 2004 En sujetos de adicin siendo UM son en gran parte (de 5 a 10 veces) sobrerrepresentados entre los pacientes tratados con antidepresivos que no muestran respuesta al tratamiento. La incidencia de la PM de la poblacin europea es de aproximadamente 7%.

Sin embargo, la frecuencia de UM del tambin muy alto, 5,5% teniendo en cuenta el elevado nmero de sujetos portadores de los genes CYP2D6 duplicados sobre todo en el rea mediterrnea. Esto significa que un total de 50 millones de personas que viven en la parte oeste de Europa no se dosifican adecuadamente con medicamentos que son substrados del CYP2D6 por ejemplo. Adicionalmente donde el polimorfismo del citocromo P450 es de suma importancia para el tratamiento de drogas son, por ejemplo, tratamiento con warfarina en relacin con el genotipo CYP2C9, el tratamiento con inhibidores de la bomba de protones ISRS y en relacin con el polimorfismo CYP2C19, as como la contribucin de polimorfismo de CYP2B6 para el resultado del tratamiento con frmacos anti-VIH y frmacos contra el cncer, vase Ingelman-Sundberg, 2004. En contraste con las enzimas mencionadas, an no hay polimorfismo funcional importante que se haya demostrado para CYP3A4, una enzima muy conservada. Esto es probablemente debido a su importante papel en el metabolismo de esteroides y otros compuestos endgenos as como su gran impacto en el metabolismo de los constituyentes de la dieta.

Por contraste con el amplio conocimiento y la importancia del polimorfismo demostrado sobre la eficacia del tratamiento farmacolgico, y mucho menos se ha demostrado con respecto a cualquier importancia del polimorfismo del citocromo P450 en la activacin metablica de procancerigenos. Esto es en gran medida dependiente de la alta conservacin de los genes que codifican enzimas activas del citocromo P450 en el metabolismo de dichos compuestos (vase la Tabla 1).

Conclusiones.

En conclusin, la investigacin reciente en el rea de citocromo P450 ha puesto de manifiesto la aparicin de muchas nuevas enzimas extrahepticas en esta familia de enzimas con cierta importancia para la activacin metablica de los productos qumicos potencialmente txicos y cancergenos. Adems, se cree que la forma ms importante y comn de citocromo humano P450 variantes enzimas metabolizadoras de frmacos han sido identificados y caracterizados. Ahora sabemos mucho acerca de hasta qu punto tal polimorfismo se debe tomar en cuenta para disminuir la cantidad de reacciones adversas a los medicamentos y mejorar la eficacia teraputica del tratamiento farmacolgico.

Agradecimientos

El trabajo en el laboratorio de los autores es apoyado por becas de "El Consejo Sueco de Investigacin" y de NIH (NIGMS 1-R01 GM60548).

Tabla 2 Principales variantes polimrficas de enzimas del citocromo P450 y la frecuencia de los alelos.EnzimaNo. De alelos funcionales descritosMayor variacionMutacionConsecuencia

CYP2A616CYP2A6*2CYP2A6*4L160HEliminacin genticaEnzima InactivaSin enzima

CYP2C912CYP2C9*2CYP2C9*3R144CI359LAfinidad reducida del P450

CYP2C1916CYP2C19*2CYP2C19*3Sitio de empalmeCodn de paradaSubstr spec alteradoEnzima inactiva

CYP2D646CYP2D6*2xnCYP2D6*4CYP2D6*5CYP2D6*10CYP2D6*17Duplicacion genticasplic defectuosoEliminacion genticaP34S,S486TT1071,R296C,S486TEnzima inactivaAumenta actividadEnzima inactivaSin enzimaEnzima inestable

CYP2EI2CYP2EI*2CYP2EI*3CYP2EI*4R76HV3891V1791Afinidad para sust. RojosExpresion minima de enzimaNo hay efectos

CYP3A419Casos con variaciones raras Casos con variaciones rarasCasos con variaciones raras

*El nmero de alelos variantes se dan como se muestra en la web http://www.imm.ki.se/cypalletes , e incluye slo aquellos con nmeros de allos separados.*las frecuencias de los alelos son de muchos estudios diferentes proporcionados, resumidos en Ingelman-Sundberd et al. (1999)

EnzimaCaucasOriental

CYP2A61-31015

CYP2C98-137-902-3

CYP2C1913023-326-10

CYP2D61-512-214-61-2000-21650(En negritas)1

CYP2EIMenos de 10

CYP3A4Menos de 1ND

Tabla de Frecuencia de Alelos.