Noticia Nº24: TPMT, farmacogenética y mi puzzle no resuelto.

Estructura tridimensional del enzima tiopurina metiltransferasa. La primera parte de mi vida profesional la dediqué a esta proteína, de función desconocida en mamíferos….

Las enfermedades autoinmunes son un problema de salud fundamental en nuestra sociedad. La colitis ulcerosa, la enfermedad de Crohn, el lupus eritematoso, artritis reumatoide o la esclerosis múltiple son algunas enfermedades de éste tipo, provocadas por el “fuego amigo”: el ataque indiscrimado de algunos tipos de células del sistema inmune contra algunos tejidos del organismo, como las mucosas. Este ataque provoca una reacción inflamatoria en el tejido afectado, seguida por su degradación. Suelen ser enfermedades crónicas en las que ocasionalmente tienen lugar intensos brotes seguidos de periodos de latencia y son enfermedades degenerativas, dolorosas y, por el momento, en general incurables. Estas enfermedades tienen un origen complejo, en el que se suman factores genéticos, hereditarios y ambientales. En muchos casos, no se puede desentrañar un origen molecular, lo cual dificulta el encontrar curaciones.

Yo tuve contacto con éstas enfermedades por dos vías: a través de mi tesis doctoral, en la que se estudiaba la farmacogenética y toxicidad de uno de los tratamientos farmacológicos para éstas enfermedades, y a través de mi padre, que padeció la enfermedad de Crohn durante mas de 30 años, provocando debido a las cirugías, complicaciones y constantes tratamientos farmacológicos, un proceso degenerativo y una gran pérdida de calidad de vida. No se sabe exactamente cómo se produce la enfermedad, pero algunos modelos recientes implican a la compleja interacción entre el ecosistema bacteriano intestinal y la mucosa.

Crohns_Model
Papel de las bacterias en el posible origen de la enfermedad de Crohn. Tomado de http://www.nature.com/nrgastro/journal/v8/n3/fig_tab/nrgastro.2011.3_F1.html

Segun éste modelo, la disbiosis o alteración de la población microbiana debido a infecciones, factores ambientales o dietarios o factores genéticos, unida a una respuesta inmune inapropiada, conduce a daños en el epitelio intestintal, infección de la mucosa o la submucosa, alteración en la respuesta a la infección e inflamación crónica, dando origen al ciclo inflamatorio de la enfermedad de Crohn. El tratamiento básico (y normalmente eficaz) consiste en antiinflamatorios, en especial la la mesalazina o ácido 5-aminosalicílico y su profármaco la  sulfasalazina (la conocida salazopirina). Un profármaco es una molécula que libera, por ruptura, el principio activo tras su administración. Así la sulfasalazina es un doble profármaco, ya que libera el antiinflamatorio ácido 5-aminosalicílico y el antibacteriano sulfapiridina tras ser ingerida.  

 

metabolismo salazopirina
El concepto de PROFÁRMACO: la salazopirina en el tratamiento para la enfermedad de Crohn libera dos principios activos: la mesalazina y la sulfapiridina.

 

Otro tratamiento común y muy eficaz, utilizado normalmente cuando la eficacia de los antiinflamatorios disminuye, son los inmunosupresores, moléculas que inhiben la respuesta del sistema inmune. Uno de los mas utilizados y el fármaco que yo estudié durante mi tesis doctoral, es la azatioprina. Esta molécula es un profármaco de la 6-mercaptopurina. La molécula de azatioprina se rompe reductivamente para formar la 6-mercaptopurina. Esta se incorpora en el metabolismo de las purinas, inhibiendo algunos pasos y en último término imposibilitando la formación de ADN nuevo, con lo que se inhibe la proliferación celular. Este efecto hizo que se aplicase como un quimioterápico en el cáncer, pero pronto se vió que muchos tumores presentan resistencia a la 6-mercaptopurina, que, en cambio, era un fuerte inmunosupresor. De hecho, es un tóxico que en cantidad suficiente puede provocar una severa mielosupresión.

 TPMT Y FARMACOGENETICA

La 6-mercaptopurina es detoxificada y eliminada por dos vías: la conversión en ácido tioúrico por la xantina oxidasa y su eliminación junto con el ácido úrico, y la metilación, es decir, la transformación del tiol en un grupo tioéter, transformándose en la inactiva 6-metilmercaptopurina. TPMT es la abreviatura de tiopurina metil-transferasa. Es una proteína, un enzima, que pertenece a la familia de metiltransferasas de moléculas pequeñas, enzimas que transfieren un grupo metilo (-CH3) a un substrato (una molécula pequeña) desde un donador de grupos metilo: la S-adenosilmetionina. El enzima TPMT se descubrió al estudiar el metabolismo de la 6-mercaptopurina y observarse que, en sus transformaciones en el organismo, se inactiva por transferencia de metilo y formación de la 6-metilmercaptopurina.

metabolismo aza

Este es el metabolismo de la azatioprina. Como se ve, el fármaco es detoxificado por dos vias (oxidación y metilación). Su efecto terapéutico es la inmunosupresión, pero en exceso produce toxicidad por mielosupresión. Que ocurriría si, por ejemplo, inhibimos una de las vías:

metabolismo aza 2

Si bloqueamos la transformación en ácido tioúrico por cotratamiento con alopurinol, un fármaco para la gota, hay mayor disponibilidad de 6-mercaptopurina activa y por tanto entramos en gran riesgo de toxicidad. Esto es una interacción farmacológica, y su estudio fundamenta la información que contienen los prospectos de los fármacos acerca de interacciones y que siempre hay que respetar para asegurar la eficacia y evitar toxicidad.

Pero, ¿que ocurre con la TPMT?. Si inhibimos esa vía, tenemos una situación mucho peor:

metabolismo aza 3

 

La inactividad del enzima TPMT conduce a que un paciente tratado con azatioprina desarrolle un cuadro severo de toxicidad por mielosupresión. Dado que el enzima TPMT se descubrió al estudiar el metabolismo de éstos fármacos, no conocemos ninguna sustancia que interfiera con la TPMT. Pero resulta que hay personas que, al ser tratadas con azatioprina, desarrollan alta toxicidad y otras que no. Al estudiar la causa de ésto, se descubrió que el enzima TPMT no es igual para todos los humanos: hay un polimorfismo genético asociado a la TPMT. ¿que significa ésto?

Pues significa que el gen que codifica el enzima TPMT contiene unas variaciones, heredables, llamadas SNP (pronunciado “snip”), que son cambios en puntos muy concretos. Estos pequeños cambios dan lugar a un cambio en la secuencia del enzima que modifican su estructura y su actividad. Es decir, un pequeño cambio en el gen puede dar lugar a una inactivación del producto del gen, es decir, de la proteína. O dicho de otro modo: el genotipo da lugar a diferentes fenotipos.

genotipo-fenotipo
El genotipo (que no lo vemos) da lugar al fenotipo (lo que vemos). Esta imagen la he “tomado prestada” de http://biologia.uab.es/base/myimages/cursogenetica/genotipo-fenotipo.jpg

Se han identificado 23 mutantes diferentes, con SNP en diferentes puntos, dando un rango de actividad muy variable o incluso cero. Según estudiamos en mi tesis, en España el 18% de la población tiene deficiencia de actividad TPMT y mas o menos el 1% tiene TPMT inactiva. Estas personas con TPMT inactiva ponen su vida en riesgo si son tratados con azatioprina, por lo que deben ser identificados en caso de tratamiento. Esto es lo que se conoce como individualización del tratamiento farmacológico: dos personas no tienen por qué reaccionar igual al mismo tratamiento. Y todo este éstudio se conoce como FARMACOGENÉTICA: el estudio de cómo la variabilidad genética de una persona afecta a su tratamiento con medicamentos.

Asi que dediqué mi tesis doctoral a estudiar como se distribuye la actividad TPMT en la población española, identificar a los pacientes de riesgo y en generar unas recomendaciones a los médicos para dosificar la azatioprina en pacientes con enfermedades autoinmunes. Los polimorfismos genéticos son muy importantes, no sólo desde el punto de vista de la farmacogenética. Nuestro aspecto está condicionado por ellos, ya que cosas como el color de los ojos y otros caracteres fenotípicos varían segun los polimorfismos genéticos que transporta ese individuo.

EL MISTERIO DE LA TPMT

El enzima TPMT se encuentra fuertemente expresada en humanos en las células de la sangre y la médula ósea, en el hígado y riñón. Sabemos que es fundamental en el tratamiento por azatioprina, pero, aparte de eso…¿que hace ahí?.

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Cambios en la estructura tridimensional de la TPMT según los diferentes polimorfos genéticos que se expresen. Los cambios en la estructura pueden inactivar el enzima.

La verdad es que no sabemos el papel fisiológico del enzima TPMT. Tampoco hemos podido ver una pauta común en ese 1% de personas que transportan las mutaciones, pero eso es extraordinariamente dificil: habría que revisar todo el historial médico de todas esas personas (unas 500.000) para tratar de descubrir si aparece algo que nos de una pista, algo poco probable, pues dado que el enzima TPMT está implicado en el metabolismo de moléculas pequeñas, su función puede ser asumida por otras o puede no afectar a ninguna vía fundamental. En lo que yo pude observar, no parecía que hubiera nada extraño en todas las personas identificadas sin TPMT.

Hay otra cosa mas: en enzima TPMT esta muy conservado a lo largo de la evolución. Se encuentra en todos los órdenes biológicos, desde bacterias a plantas y animales. En bacterias se encuentra un ortólogo (esto significa que nuestro gen de la TPMT y el de las bacterias derivan de la evolución de un gen de un ancestro común…) del enzima TPMT con actividad parecida (es decir, puede metilar la 6-mercaptopurina de modo similar a la humana). En bacterias, la TPMT parece que está implicada en la resistencia a la toxicidad del teluro, eliminandose en forma de compuestos organico-teluro volátiles. También, en bacterias, parece implicarse en la bioquímica del selenio, un oligoelemento esencial. De hecho, la metilación de selenio en caso de intoxicación en humanos, que produce un olor característico en el aliento por emisión de dimetilseleniuro, esta catalizada por la TPMT. En suelo y agua, la TPMT bacteriana provoca la emisión de dimetilseleniuro cuando se suplementa el ambiente con compuestos inorgánicos de selenio. Pero, aparte de su papel en la metilación de selenio y teluro, en bacterias tampoco entendemos el papel fisiológico del enzima.

En resumen, tenemos un enzima presente en todos los órdenes biológicos, altamente preservado en la evolución y probablemente presente desde los primeros organismos vivos…pero cuya función biológica es desconocida. ¿cómo descubrir su función? ¿como saber qué hace ahí, en nuestras células? No tengo ni idea. Diseñar una estrategia para estudiar la posición de la TPMT en el mapa bioquímico habría sido una buena continuación de mi trabajo. Me da pena haberme quedado con ésta incógnita, pero me alegro de que la primera parte de mi carrera científica sirviera para ayudar a personas a encontrarse mejor con sus tratamientos para las dolencias provocadas por las enfermedades autoinmunes.

 

Esta entrada participa en el XLVI Carnaval de Química alojado en el blog descubrirlaquimica2 de @descubrequimica.

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