BYOTRANSFORMASYON Prof Dr Hakan KARADA 1 KSENOBYOTKLERN BYOTRANSFORMASYONU

BİYOTRANSFORMASYON Prof. Dr. Ç. Hakan KARADAĞ 1

KSENOBİYOTİKLERİN BİYOTRANSFORMASYONU I. III. IV. V. VI. FARMAKOLOJİK SONUÇLARI SINIFLANDIRMA SİTOKROM P 450 SİSTEMİ KONJUGASYON ENZİM İNDÜKSİYONU VE İNHİBİSYONU GENETİK FARKLILIKLAR 2

I. FARMAKOLOJİK SONUÇLARI A. İNAKTİF BİR ÜRÜN OLUŞABİLİR Fenobarbital Hidroksifenobarbital B. AKTİF BİR ÜRÜN OLUŞABİLİR 1. Ön İlaç (pro-drug) (inaktif ilaç – aktif metabolit) Prednizon Prednizolon Kortizon Hidrokortizon Enalaprilat Ramiprilat Silazaprilat 3

B. AKTİF BİR ÜRÜN OLUŞABİLİR 1. Ön İlaç 2. Aktif Metabolit (aktif ilaç – aktif metabolit) Kodein Morfin (F) İmipramin Desmetilimipramin (F) Tioridazin Mezoridazin (F) Diazepam Desmetildiazepam (E) Klordiazepoksit Desmetilklordiazepoksit (E) Prokainamid NAPA (E) Fenilbutazon Oksifenbutazon (E) Propranolol 4 -Hidroksipropranolol (E) Meperidin Normeperidin (A) Aspirin Salisilik asit (A) Klorpromazin 7 -Hidroksiklorpromazin (A) Deetillidokain (A) Lidokain 4

B. AKTİF BİR ÜRÜN OLUŞABİLİR 1. Ön İlaç 2. Aktif Metabolit (aktif ilaç – aktif metabolit) 3. Toksik Metabolit Halotan Trifluoroasetik asit Sulfonamidler Asetilli türevler Metoksifluran Florid Asetaminofen N-asetil-p-benzokinonimin İsoniazid Monoasetilhidrazin Metil alkol Formaldehid + formik asit 5

II. SINIFLANDIRMA Faz I Reaksiyonları m Sentez reaksiyonları değildir. m Polariteyi artıran bir grup eklenir ya da oluşturulur. m Oksidasyon, redüksiyon ve hidroliz reaksiyonlarıdır. Faz II Reaksiyonları m m m Sentez reaksiyonlarıdır. İlaç endojen bir substrat ile birleştirilir. Glukuronik asit, sülfat, asetik asit, glisin, glutatyon vb. m Faz I reaksiyonlarına kıyasla daha hızlı reaksiyonlardır 6

II. SINIFLANDIRMA F az I : Oksidasyon Sitokrom P 450 (CYP) Alkol dehidrojenaz Monoamin oksidaz (MAO) Redüksiyon Faz II (Konjügasyon): Glukuronil Asetil Sülfat Metil Glutatyon (GSH) Glisin Sitokrom P 450 Hidroliz Esterazlar Amidazlar 7

Absorbsiyon Faz II İlaç Eliminasyon İlaçM-K İlaçK 8

9

10

11

Polar Gruplar -OH -NH 2 -SH Polar Bağlar C=O N-H C-N 12

13

EPOKSİD OLUŞUMU VE YAZGISI epoksid Ksenobiyotik Kc. ME t-dihidrodiol Epoksid redüktaz (seyrek) Benzopiren-7, 8 diol-9, 10 -epoksid Epoksid hidrolaz (epoksid hidrataz) EPOKSİD TÜREVİ hücredeki makromoleküller (g lu (DNA, RNA, proteinler) k i t ta G a tyo S im an z n Ht en ay S- ra m ep ns l r o lla ok fe sid ra +GS yo atılım H tra z ns fer az ) yeniden trans-dihidrodiol türevi glutatyon konjugatı epoksidlenme 14 atılım

III. SİTOKROM P 450 (CYP 450) SİSTEMİ m Ksenobiyotiklerin yarısından fazlası karaciğerde CYP 450 sistemi ile metabolize edilir. m Endoplazmik retikulumda yerleşmiştir. m Mikrozomal enzimler, karma fonksiyonlu oksidazlar diye de adlandırılır. m Vücutta yaygın dağılım gösterir. 15

16

CYP 450 ADLANDIRMA SİSTEMİ Nelson et al. DNA & Cell Biology 12: 1 -51, 1993. CYP 3 A 4 CYP – Sitokrom P 450 3 – Familya (> 40% sekans benzerliği) A – Alt-familya (> 55% sekans benzerliği) 4 – Spesifik gen/enzim (izozim, izoenzim) CYP –m. RNA veya protein CYP – gen (italik) CYP 1 A 1 – Sitokrom P 450 1 A 1’e ait bilgiyi kodlayan gen 17

21

Enzim Substrat İndükleyici İnhibitör CYP 1 A 2 Acetaminophen, alosetron, antipyrine, caffeine, clomipramine, clozapine, duloxetine, flutamide, frovatriptan, melatonin, mexiletine, mirtazapine, olanzapine, phenacetin, ramelteon, rasagiline, ropinirole, tacrine, tamoxifen, theophylline, tizanidine, triamterene, warfarin, zolmitriptan Charcoal-broiled foods, cruciferous vegetables, grilled meat, lansoprazole, omeprazole, primidone, rifampin, smoking Artemisinin, atazanavir, cimetidine, ciprofloxacin, enoxacin, ethinyl estradiol, fluvoxamine, furafylline, galangin, mexiletene, tacrine, thiabendazole, zileuton CYP 2 C 9 Alosetron, bosentan, celecoxib, chlorpropamide, diclofenac, dronabinol, flurbiprofen, fluvastatin, glimepiride, glipizide, glyburide, hexobarbital, ibuprofen, indomethacin, irbesartan, losartan, meloxicam, montelukast, naproxen, nateglinide, phenobarbital, phenytoin, piroxicam, rosiglitazone, rosuvastatin, sulfamethoxazole, sulfaphenazole, ticrynafen, tolbutamide, torsemide, trimethadione, valsartan, S-warfarin Aminoglutethimide, barbiturates, bosentan, carbamazepine, phenytoin, primidone, rifabutin, rifampin, rifapentine, St. John’s wort Amiodarone, clopidogrel, delavirdine, disulfiram, doxifluridine, efavirenz, fluconazole, fluvoxamine, fluorouracil, imatinib, leflunomide, metronidazole, miconazole, phenytoin, sulfamethoxazole, sulfaphenazole, sulfinpyrazone, tienilic acid, valproic acid, voriconazole Besinler de enzim aktivitesini değiştirebilir Sigara da 22

Enzim Substrat İndükleyici İnhibitör CYP 2 C 19 Aripiprazole, carisoprodol, citalopram, clomipramine, clopidogrel, clozapine, desipramine, diazepam, diphenhydramine, doxepin, escitalopram, fluoxetine, imipramine, lansoprazole, S-mephenytoin, methadone, moclobemide, naproxen, nelfinavir, nirvanol, olanzapine, omeprazole, pantoprazole, phenobarbital, phenytoin, proguanil, propranolol, rabeprazole, sertraline, thalidomide, voriconazole, R-warfarin Aminoglutethimide, artemisinin, barbiturates, carbamazepine, phenytoin, primidone, rifampin, rifapentine, St. John’s wort N 3 -Benzylnirvanol, N 3 benzylphenobarbital, chloramphenicol, cimetidine, clopidogrel, delavirdine, efavirenz, esomeprazole, felbamate, fluconazole, fluoxetine, fluvoxamine, isoniazid, moclobemide, modafinil, nootkatone, omeprazole, ticlopidine, voriconazole CYP 2 E 1 Acetaminophen, chlorzoxazone, dacarbazine, enflurane, ethanol (a minor pathway), halothane, isoflurane, isoniazid, sevoflurane, theophylline, trimethadione Ethanol, isoniazid Amitriptyline, chlorpromazine, cimetidine, clomethiazole, clotrimazole, clozapine, disulfiram, diethylthiocarbamate, diallyl sulfide, econazole, methimazole, methoxsalen, 4 methylpyrazole, miconazole, modafinil, ritonavir, selegiline, sildenafil, sulconazole, ticlopidine, tioconazole 23

Enzim Substrat İndükleyici İnhibitör CYP 2 D 6 Amitriptyline, atomoxetine, bufuralol, bupranolol, carvedilol, chlorpheniramine, chlorpromazine, clomipramine, clozapine, codeine, debrisoquine, desipramine, dextromethorphan, dihydrocodeine, encainide, flecainide, fluoxetine, fluvoxamine, guanoxan, haloperidol, hydrocodone, imipramine, maprotiline, 4–methoxy-amphetamine, metoclopramide, metoprolol, mexiletine, nebivolol, nortriptyline, oxycodone, palonosetron, paroxetine, perhexiline, perphenazine, phenformin, propafenone, propoxyphene, propranolol, risperidone, selegiline (deprenyl), sparteine, tamoxifen, thioridazine, timolol, tolterodine, tricyclic antidepressants, tramadol, trazodone, venlafaxine bilinmiyor Bupropion, cinacalcet, chloroquine, diphenhydramine, fluoxetine, haloperidol, imatinib, paroxetine, propafenone, propoxyphene, quinidine, terbinafine, thioridazine 24

Enzim Substrat İndükleyici İnhibitör CYP 3 A 4 Acetaminophen, alfentanil, alfuzosin, almotriptan, alprazolam, amiodarone, amlodipine, aprepitant, astemizole, atazanavir, atorvastatin, bepridil, bexarotene, bosentan, bromocriptine, budesonide, buspirone, carbamazepine, cisapride, clarithromycin, clonazepam, clopidogrel, cocaine, colchicine, conivaptan, cortisol, cyclosporine, dapsone, darunavir, dasatinib, delavirdine, dexamethasone, diazepam, dihydroergotamine, dihydropyridines, diltiazem, isopyramide, doxorubicin, droperidol, dutasteride, ebastine, efavirenz, eletriptan, eplerenone, ergotamine, erlotinib, erythromycin, estazolam, eszopiclone, ethinyl estradiol, ethosuximide, etoposide, everolimus, exemestane, felodipine, fentanyl, finasteride, flurazepam, fluticasone, fosamprenavir, galantamine, gefitinib, gestodene, granisetron, halofantrine, ifosfamide, imatinib, indinavir, irinotecan, isradipine, itraconazole, ixabepilone, lapatinib, lidocaine, loperamide, lopinavir, loratadine, lovastatin, macrolides, maraviroc, mefloquine, methadone, methylprednisolone, miconazole, midazolam, mifepristone, modafinil, nefazodone, nevirapine, nicardipine, nifedipine, nimodipine, nisoldipine, paclitaxel, paricalcitol, pimozide, pioglitazone, praziquantel, prednisolone, prednisone, progesterone, quetiapine, quinacrine, quinidine, quinine, ranolazine, rapamycin, repaglinide, rifabutin, ritonavir, saquinavir, sibutramine, sildenafil, simvastatin, sirolimus, solifenacin, spironolactone, sufentanil, sulfamethoxazole, sunitinib, tacrolimus, tadalafil, tamoxifen, tamsulosin, teniposide, terfenadine, testosterone, tetrahydrocannabinol, tiagabine, tinidazole, tipranavir, tolvaptan, topiramate, triazolam, troleandomycin, vardenafil, verapamil, vinblastine, vincristine, ziprasidone, zolpidem, zonisamide, zopiclone Aminoglutethimide, avasimibe, barbiturates, carbamazepine, efavirenz, glucocorticoids, nevirapine, pioglitazone, phenytoin, primidone, rifampin, rifapentine, St. John’s wort Amprenavir, azamulin, boceprevir, clarithromycin, conivaptan, diltiazem, erythromycin, fluconazole, grapefruit juice (furanocoumarins), indinavir, itraconazole, ketoconazole, lopinavir, mibefradil, nefazodone, nelfinavir, posaconazole, ritonavir, saquinavir, telaprevir, telithromycin, troleandomycin, verapamil, voriconazole Besinler de enzim aktivitesini değiştirebilir 25

Klinikte kullanılan ilaçların: m CYP 3 A 4 m CYP 2 D 6 m CYP 2 C (8, 9, 10, 18 ve 19) m CYP 1 A 2 ve CYP 2 E 1 toplam %55’inin %25’inin %15’inin %5’inin biyotransformasyonunu gerçekleştirir. 26

Konjugasyon Reaksiyonları Konjugasyon tipi Endojen reaktif Transferaz (bulunduğu yer) Örnekler Glukuro konjugasyon UDP-glukuronik asid UDP-glukuronil transferaz (mikrozomlar) Nitrofenol, morfin, asetaminofen, diazepam, dijitoksin, digoksin, sülfatiazol Asetilasyon Asetil-Ko. A N-asetil transferaz (sitozol) Sulfonamidler, isoniazid, klonazepam, dapson, meskalin Glutatyonla konjugasyon Glutatyon (GSH) GSH-S-transferaz (sitozol, mikrozomlar) Asetaminofen, etakrinik asid, bromobenzen Glisinle konjugasyon Glisin Asil-Ko. A glisintransferaz (mitokondri) Salisilik asid, benzoik asid, nikotinik asid, sinnamik asit, kolik asid, deoksikolik asid Sülfatla konjugasyon Fosfoadenozil fosfosülfat (PAPS) Sülfotransferaz (sitozol) Estron, anilin, fenol, 3 -hidroksikumarin, asetaminofen, metildopa Metilasyon S-Adenozil metionin (SAM) Transmetilaz (sitozol) Dopamin, epinefrin, piridin, histamin, tiyourasil Su ile konjugasyon Su Epoksid hidrolaz (mikrozom) Benzopiren 7, 8 epoksid, stiren 1, 2 oksid, karbamazepin epoksid (sitozol) Lökotrien A 4 27

OTOİNDÜKTÖRLER m m Barbitüratlar Karbamazepin Rifampin Alkol 30

Akımla Kısıtlı Eliminasyon Gösteren İlaçlar § § m m m m Karaciğerde tama yakın derecede metabolize edilen ilaçların metabolizma hızlarını karaciğer kan akımı belirler. Metabolizma hızları karaciğer kan akımına eşittir. Karaciğer kan akımının azaldığı durumlarda (örn. kardiyak hastalıklar) bu ilaçların metabolizmaları yavaşlayabilir. alprenolol amitriptilin klometiazol desipramin imipramin isoniazid labetalol m m m m lidokain meperidin morfin pentazosin propoksifen propranolol verapamil Bu ilaçların ortak özellikleri yağda çözünürlüklerinin ve plazma proteinlerine bağlanma oranlarının yüksek olmasıdır 32

Metabolizması Genetik Polimorfizm Gösteren Bazı İlaçlar Enzyme Involved Defect Genotype Drug and Therapeutic Use Clinical Consequences 1 CYP 1 A 2 N-Demethylation EM Caffeine (CNS stimulant) N-Demethylation PM Caffeine (CNS stimulant) Reduced CNS stimulation due to increased gene inducibility and thus increased metabolism/clearance in cigarette smokers and frequent ingesters of omeprazole. Enhanced CNS stimulation. Oxidation PM Nicotine (cholinoceptorstimulant) Nicotine toxicity. Lesser craving for frequent cigarette smoking. Oxidation EM Nicotine (cholinoceptorstimulant) Increased nicotine metabolism. Greater craving for frequent cigarette smoking. Oxidation PM Coumarin (anticoagulant) Increased risk of bleeding. Oxidation EM Coumarin (anticoagulant) Increased clearance. Greater risk of thrombosis. Oxidation, PM N-Dechloroethylation Oxidation Cyclophosphamide, ifosfamide (anti-cancer) Reduced clearance. Increased risk of ADRs. PM Efavirenz, nevirapine (anti- Reduced clearance. Increased risk of HIV) ADRs. CYP 2 A 6 CYP 2 B 6 34

Metabolizması Genetik Polimorfizm Gösteren Bazı İlaçlar Enzyme Involved Defect Genotype Drug and Therapeutic Use Clinical Consequences 1 CYP 2 C 8 Hydroxylation PM Repaglinide, rosiglitazone, pioglitazone (antidiabetic) Reduced clearance. Increased risk of ADRs. Hydroxylation PM Paclitaxel (anti-cancer) Reduced clearance. Increased risk of ADRs (myelosuppression). N-Deethylation/ N-Dealkylation PM Amodiaquine, chloroquine (antimalarial) Reduced clearance. Increased risk of ADRs. N-Deethylation PM Amiodarone (antiarrhythmic) Reduced clearance. Increased risk of ADRs. Hydroxylation PM Celecoxib, diclofenac, flurbiprofen, S-ibuprofen (NSAIDs) S-Warfarin, S-acenocoumarol (anticoagulants) Hydroxylation PM Tolbutamide (antidiabetic) Enhanced bleeding risk. Clinically highly relevant. Dose adjustment required. Cardiotoxicity. Hydroxylation PM Phenytoin (antiepileptic) Nystagmus, diplopia, and ataxia. CYP 2 C 9 35

Metabolizması Genetik Polimorfizm Gösteren Bazı İlaçlar Enzyme Involved Defect Genotype Drug and Therapeutic Use Clinical Consequences 1 CYP 2 C 19 N-Demethylation PM Oxidation PM N-Demethylation PM O-Demethylation PM Hydroxylation PM N-Demethylation EM O-Demethylation EM Hydroxylation EM Tamoxifen (anticancer) Oxidative cyclization EM Chlorproguanil (antimalarial) Increased metabolic activation, increased therapeutic efficacy; reduced risk of relapse. Dose adjustment required. Increased metabolic activation, increased therapeutic efficacy. Dose adjustment required. Oxidation EM Clopidogrel (antiplatelet) Increased metabolic activation, increased therapeutic efficacy. Dose adjustment required. CYP 2 C 19 polimorfizmleri Amitriptyline, Reduced clearance. Increased risk of ADRs. m CYP 2 C 19 normal kişiler (wild type, CYP 2 C 19*1) yoğun clomipramine Dose adjustment required. metabolize (EM) edicidir. (antidepressants) m CYP 2 C 19*2 ve CYP 2 C 19*3 alellerine sahip olanlar zayıf Moclobemide metabolize edici (PM) (MAOI) m CYP 2 C 19*17 aleline sahip olanlar, normal CYP 2 C 19 taşıyan Citalopram (SSRI) Increased risk ofekspresyonuna gastrointestinalveside effects. EM’lerden daha fazla CYP 2 C 19 hatta daha yüksek fonksiyonel aktiviteye sahiptir. Omeprazole (PPI) Increased therapeutic efficacy. Bu kişiler tamoksifen aldıklarında onu daha fazla aktif formuna çevirirler (etkinlik artar), Mephenytoin Overdose toxicity. antimalaryal klorproguanil ve antitrombositer klopidogrel’i (antiepileptic) daha fazla metabolize ederek etkinliğini artırabilirler. Escitalopram Increased gene transcription resulting in (antidepressants) increased activity and thus reduced therapeutic efficacy. Omeprazole (PPI) Reduced therapeutic efficacy. 36

Metabolizması Genetik Polimorfizm Gösteren Bazı İlaçlar Enzyme Involved Defect Genotype Drug and Therapeutic Use Clinical Consequences 1 CYP 2 D 6 Oxidation PM O-Demethylation PM Bufuralol (ß-adrenoceptor blocker) Codeine (analgesic) Oxidation PM N-Demethylation PM Oxidation PM O-Demethylation Exacerbation of ß blockade, nausea. Reduced metabolic activation to morphine and thus reduced analgesia. Orthostatic hypotension. Debrisoquin (antihypertensive) Nortriptyline (antidepressant) Sparteine Reduced clearance. Increased risk of ADRs. Oxytocic symptoms. PM Dextromethorphan (antitussive) Tramadol (analgesic) Reduced clearance. Increased risk of ADRs. Increased risk of seizures. Hydroxylation PM Tamoxifen (anti-cancer) O-Demethylation UM Codeine (analgesic) N-Demethylation UM O-Demethylation UM Nortriptyline (antidepressant) Tramadol (analgesic) Reduced metabolic activation to therapeutically active endoxifen and thus reduced therapeutic efficacy. Increased metabolic activation to morphine and thus increased risk of respiratory depression. Reduced therapeutic efficacy due to increased clearance. 37

Metabolizması Genetik Polimorfizm Gösteren Bazı İlaçlar Enzyme Involved Genotype Drug and Therapeutic Use Clinical Consequences 1 CYP 3 A 4 PM? CYP 3 A 5 PM? All drugs metabolized by this enzyme would be potentially affected Saquinavir, and other CYP 3 A substrates ALDH Defect PM BCHE Aldehyde dehydrogenation Ester hydrolysis GST GSH-conjugation PM PM Reduced clearance. Dose adjustment may be required to avoid drug-drug interactions. Usually less catalytically active than CYP 3 A 4. A higher frequency of a functional CYP 3 A 5*1 allele is seen in Africans than in Caucasians; the latter most often carry the defective CYP 3 A 5*3 allele. This may significantly affect therapeutics of CYP 3 A substrates in CYP 3 A 5*1 or CYP 3 A 5*3 homozygous individuals. Ethanol (recreational drug) Facial flushing, hypotension, tachycardia, nausea, vomiting. Succinylcholine (muscle Prolonged apnea. relaxant) Mivacurium Prolonged muscle paralysis. (neuromuscular blocker) Cocaine (CNS stimulant) Increased blood pressure, tachycardia, ventricular arrhythmias. Acetaminophen (analgesic), Impaired GSH conjugation due to gene Busulfan (anti-cancer) deletion. 38

Metabolizması Genetik Polimorfizm Gösteren Bazı İlaçlar Enzyme Involved Defect Genotype Drug and Therapeutic Use Clinical Consequences 1 NAT 2 N-Acetylation PM Hydralazine (antihypertensive) Isoniazid (antitubercular) TPMT S-Methylation PM 6 -Thiopurines (anti-cancer) Myelotoxicity. UGT 1 A 1 Glucuronidation PM Bilirubin (heme metabolite) Hyperbilirubinemia. Irinotecan (anti-cancer) Lupus erythematosus-like syndrome. Peripheral neuropathy. Reduced clearance. Dose adjustment may be required to avoid toxicity (GI dysfunction, immunosuppression). 1 Gözlenen veya öngörülen EM: yoğun metabolize edenler PM: yavaş metabolize edenler UM: çok hızlı metabolize edenler NAT: N-asetiltransferaz TPMT: Tiopürin S-metiltransferaz UGT: üridin difosfat-glukuronoziltransferaz BCHE: bütirilkolinesteraz ALDH: aldehidrojenaz GST: glutatyon-S-transferaz 39

İlaç Metabolizmasını Etkileyen Karaciğer Hastalıkları m m m Alkolik hepatit Aktif veya inaktif alkolik siroz Biliyer siroz Akut viral hepatit İlaca bağlı hepatit durumlarında mikrozomal enzimlerle gerçekleştirilen biyotransformasyon reaksiyonları yavaşlar. Akımla kısıtlı eliminasyon gösteren ilaçların metabolizması fazla etkilenmez; çünkü bu ilaçlar karaciğer hücreleri tarafından çok hızlı metabolize edilirler. 41

Biyotransformasyonun Gerçekleştiği Yapılar 1. Karaciğer 2. Gastrointestinal sistem mukozası ve lümeni İlk geçiş etkisi MAO, mikrozomal ve mikrozomal olmayan enzimler, konjugasyon 3. Akciğerler Hava yoluyla taşınan kimyasallara karşı MAO, KOMT, ADE, enzim çeşitliliği karaciğere yakın, ancak kapasite sınırlı 4. Nazal mukoza 5. Böbrekler tubulus epitel hücreleri sülfatla konjugasyon 43

Aşağıdakilerden hangisi Faz II biyoeliminasyon reaksiyonudur? 2003 Nisan a. Oksidasyon b. Epoksidasyon c. Hidroliz d. Redüksiyon e. Glukuronidasyon (Cevap E) Aşağıdakilerden hangisi bir ön ilaçtır? 2004 Nisan A) Metildopa B) Rezerpin C) Esmolol D) Klonidin E) Propranolol (Cevap A) Aşağıdakilerden hangisi ön ilaçtır? 2003 Nisan Oksidasyon reaksiyonu içeren ilaç metabolizması tipi aşağıdakilerden hangisidir? 2018/1 a. Saralazin b. Kaptopril c. Enalapril d. Teprotid e. Pepstatin A) Asetilasyon B) Metilasyon C) Aromatik hidroksilasyon D) Glukuronidasyon E) Glutatyonilasyon (Cevap C) 60