02- Pharmacologie: Cibles et Mécanismes d'Action

• Pharmacologie : Cibles et Mécanismes d'Action des Médicaments

Les Différentes Cibles Moléculaires

Introduction

• Paul Ehrlich (1845-1915) a reçu le Prix Nobel en 1908 avec I Metchnikovik.
• Ehrlich a démontré le principe que les substances n'agissent que si elles sont fixées.
• La liaison d'un médicament à une cible implique une affinité, résultant de l'aptitude du médicament à reconnaître cette cible.
• L'effet d'un médicament résulte de sa liaison avec une cible moléculaire, activant cette cible et sa voie de signalisation.
• Cette activation aboutit à une réponse cellulaire, se propageant de cellule à cellule pour atteindre un tissu ou un organisme entier.
• 1300 médicaments sont actuellement disponibles ciblant environ 300 cibles pharmacologiques.
• Différents médicaments peuvent cibler la même cible et produire des effets similaires ou opposés.
• Récepteurs Membranaires : 40%.
• Récepteurs Nucléaires : 10%.
• Enzymes : 25%.
• Canaux Ioniques et Transporteurs : 15%.
• Autres : 10% (exemple: l'ADN, ciblé par des anticancéreux).

Récepteurs, Agoniste, Antagoniste

• Un récepteur est une protéine située à la surface cellulaire (récepteur membranaire) ou dans le noyau (récepteur nucléaire).
• Les récepteurs fixent des molécules spécifiques, comme des neuromédiateurs, des hormones, ou des médicaments.
• La liaison d'un médiateur à un récepteur active le récepteur, ce qui entraîne une réponse cellulaire.
• Les neuromédiateurs sont les médiateurs endogènes
• Les neuromédiateurs sont sécrétés par les neurones.
• Ils agissent sur de courtes distances en post-synaptique, avec une courte durée d'action.
• Après libération, ils subissent une dégradation enzymatique ou une recapture par des transporteurs. Exemples de neurotransmetteurs: Noradrénaline, Acétylcholine, Dopamine, Sérotonine, Histamine, Glutamate, GABA, Neuropeptides.
• Les hormones sont sécrétées par des cellules endocrines ou dans le compartiment sanguin et sont circulantes.
• Les hormones ont une durée d'action longue avec action à distance.
• Exemples: Adrénaline, hormones thyroïdiennes, insuline, glucagon.
• Les hormones locales (autacoïdes) sont sécrétées par des cellules non neuronales, agissant à courte distance avec une courte durée d'action.
• Exemple : prostaglandines libérées par l'endothélium des vaisseaux, agissant sur le muscle lisse vasculaire.
• Un ligand est une molécule capable de se fixer à un récepteur.
• Un agoniste naturel, aussi appelé agoniste endogène, se lie au récepteur et stimule son activité.
• La stimulation du récepteur par l'agoniste peut avoir differentes repercussions.
• Activation/inhibition d’enzyme
• Ouverture/fermeture de canaux ioniques
• Modulation de canaux ionique
• Stimulation ou inhibition de la transcription de l'ADN
• Tous ces éléments mènent à une réponse cellulaire et à un effet biologique.
• Un agoniste complet se lie au récepteur et produit une amplitude d'effet biologique identique à celle de l'agoniste naturel.
• Dans une courbe de concentration-effet, l'effet pharmacologique augmente avec la concentration jusqu'à un plateau atteint lorsqu'un nombre suffisant de récepteurs sont occupés.
• Par définition, un agoniste naturel est un agoniste complet, capable d'obtenir 100% de l'effet biologique.
• Un agoniste partiel stimule le récepteur, mais avec une amplitude d'effet biologique inférieure à celle de l'agoniste naturel, atteignant un plateau d'effet plus bas.
• Certains médicaments peuvent aussi avoir un effet similaire partiel à celui d'un agoniste naturel.
• Un antagoniste neutre se lie au récepteur sans le stimuler, bloquant ainsi la liaison de l'agoniste et diminuant la réponse induite par l'agoniste.
• Un agoniste inverse se lie au récepteur avec effet opposé à celui d'un agoniste naturel.
• Certains récepteurs ont une activité constitutive intrinsèque, avec deux conformations (active et inactive).
• L'agoniste inverse entraîne un changement de configuration du récepteur, diminuant l'activité constitutive et induisant une réponse biologique inverse.
• Un agoniste naturel favorise la configuration active du récepteur, tandis que l'agoniste inverse favorise la configuration inactive. Exemples de médicaments : Benzodiazépine agoniste : anxiolytique, anticonvulsivante, myorelaxante. Benzodiazépine agoniste inverse : anxiogène, convulsivante, contracturante.

Canaux Ioniques, Activateurs, Bloqueurs

• Les canaux ioniques sont des structures de protéines transmembranaires avec une perméabilité ionique sélective.
• Il existe deux types de canaux ioniques : dépendant de la stimulation d'un récepteur ou dépendant du potentiel de membrane.
• Les canaux dépendants d'un récepteur sont associés à un récepteur, et leur ouverture se produit suite à la stimulation du récepteur par un agoniste, entraînant une entrée d'ions et une réponse cellulaire.
• Les canaux dépendants du potentiel de membrane s'ouvrent en réponse à une différence de potentiel membranaire, permettant l'entrée d'ions et une réponse cellulaire.
• Les canaux ioniques peuvent être activés, bloqués ou modulés, et possèdent une perméabilité ionique sélective.
• Bloqueurs : la Nifédipine (antagoniste calcique) ferme les canaux calciques, empêchant l'entrée de calcium et entraînant un relâchement de la musculature lisse (médicaments antihypertenseurs).
• Activateurs : le Nicorandil ouvre les canaux potassiques, favorisant la sortie de potassium et entraînant une hyperpolarisation cellulaire, induisant un relâchement du tonus artérielle (traitement de l'angor).

Enzymes, Substrat, Faux Substrat, Inhibiteur, Pro-drogue

• Une enzyme est une protéine qui transforme un substrat en métabolite.
• La liaison enzyme-substrat entraîne la production d'un métabolite naturel (ex: cyclo-oxygénase transformant l'acide arachidonique en prostaglandines).
• Un substrat exogène est un analogue structural du substrat naturel qui se fixe sur le site catalytique de l'enzyme avec une liaison réversible ou irréversible.
• Un inhibiteur bloque l'accès à l'enzyme, empêche la liaison du substrat naturel en inhibant la liaison enzymatique.
• Exemple d'inhibiteur : Aspirine, qui inhibe la cyclooxygénase et la synthèse des prostaglandines, entraînant un effet anti-inflammatoire.
• Les promédicaments nécessitent une réaction enzymatique (clivage) pour libérer le métabolite actif.
• La simvastatine est une pro-drogue inactive qui est métabolisée par des carboxy-estérases pour libérer la simvastatine acide (métabolite actif) inhibant HMG CoA réductase et entraînant un effet hypocholestérolémiant.
• L'intérêt des promédicaments réside dans leur meilleure absorption digestive en cas de faible biodisponibilité de la molécule active.
• L'a-méthyl dopa est un faux substrat de la Dopa-décarboxylase.
• Le Dopa est un substrat naturel qui se transforme en Noradrénaline qui cause une action hypertensive.
• L'action antihypertensive est l'opposé de l'action d'une Noradrénaline.

Transporteurs, Substrat, Faux Substrat, Inhibiteur

• Les transporteurs permettent le passage d'ions et de molécules organiques incapables de traverser les membranes cellulaires.
• Ils sont utilisés pour des composés insolubles dans les lipides, ions hydrophiles, ou molécules trop grosses.
• Les transporteurs sont des protéines transmembranaires avec des sites de reconnaissance pour différentes molécules comme le glucose, le sodium/calcium ou les neurotransmetteurs.
• Dans le transport normal, une molécule se lie au transporteur du côté externe, ce qui cause un changement de conformation permettant la libération de la molécule du côté interne.
• La fixation d'un inhibiteur sur le transporteur bloque le transport de la molécule.
• Les inhibiteurs de la recapture de sérotonine prolongent l'effet sérotoninergique, entraînant des effets antidépresseurs (Fluoxétine/Prozac).
• Un faux substrat sont des composées exogènes qui sont transportés dans les neurones.
• L'amphétamine emprunte le transporteur de la noradrénaline afin d'entrer dans les neurones causant un effet psychostimulant.

Les Différentes Familles de Récepteurs

Généralités

• Les récepteurs membranaires incluent
• Récepteurs Couplés à une Protéine G (RCPG/métabotropique)
• Récepteurs canaux (ionotropiques).
• Récepteurs enzymes (couplés à une activité enzymatique).
• Les récepteurs membranaires sont formés par
• Un domaine extracellulaire où se lie le ligand.
• Un domaine transmembranaire
• Un domaine intracellulaire.

Les RCPG

• Les récepteurs RCPG ont une structure avec un domaine N-terminal extracellulaire (liaison du ligand), sept hélices α transmembranaires, et un domaine C-terminal intracellulaire couplé à une protéine G activant un effecteur (enzyme ou canal ionique).
• Il existe 700 types de RCPG.
• Ils répondent à divers stimulus tels que des neurotransmetteurs, des ions, des stimuli sensoriels (douleur), des lipides, des peptides et des hormones.
• 25% des médicaments ciblent les RCPG avec des agonistes et des antagonistes.
• Salbutamol/Ventoline (agoniste récepteur ß2 adrénergique ->dilatation bronchique contre l'asthme)
• Acébutolol (antagoniste récepteur ß1 adrénergique cardiaque->diminue l'activité cardiaque contre l'hypertension artérielle).

Les Récepteurs Canaux

• Les récepteurs canaux sont des pentamères avec un canal ionique qui s'ouvre lorsque le médiateur se lie.
• L'ouverture du canal permet aux ions d'entrer.
• La liaison du médiateur en extracellulaire permet l'entrée d'ions positifs tels que Na+ et Ca2+.
• Cela entraîne une dépolarisation cellulaire et un potentiel d'action post-synaptique excitateur(PPSE) avec une augmentation de l'excitabilité de la cellule.
• Les récepteurs cholinergiques nicotiniques se lie avec le médiateur Acetylcholine entraînant l'entrée du Na+, se situant dans le système nerveux central.
• La nicotine est un substitut nicotinique contre le sevrage tabagique.
• Le Curare est un antagoniste de la fixation d'acétylcholine et entraine un relâchement musculaire pour la chirurgie.
• Les récepteurs NMDA du glutamate sont les neuromédiateurs excitateurs du système nerveux central( Glutamate) permettant l'entrée du Na+ et Ca2+.
• L'Amantadine est un bloqueur du canal ironique traitant Parkinson et le topiramate est un antagoniste NMDA traitant l'épilepsie.
• La liaison du médiateur en extracellulaire permet l'entrée d'anions Cl- qui cause une hyperpolarisation et crée un potentiel d'action post-synaptique inhibiteur (PPSI) ce qui conduit à une diminution de l'excitabilité de la cellule.
• Le récepteur GABA-A est un médiateur inhibiteur du système nerveux central (Benzodiazépines) et augmente l'ouverture du Cl- et potentialisent ses effets inhibiteurs pour traiter l'anxiolyse, la sédation, l'anti-convulsion et l'état myorelaxant.
• : Un même neuromédiateur peut agir sur un récepteur canal et un récepteur RCPG.

Les récepteurs enzymes

• Les récepteurs enzymes contiennent: une Hélice transmembranaire , un domaine de liaison extracellulaire et un domaine enzymatique intracellulaire.
• La liaison d'un médiateur, comme l'ANF, entraîne la phosphorylation de résidus tyrosyl et l'activation de facteurs de transcription, stimulant ainsi la synthèse protéique et la croissance cellulaire.
• Le récepteur de l'insuline (molécule hypoglycémiante) permet le traitement du diabète.
• Le récepteur au VEGF stimule la croissance micros-vaisseaux et est traité par le bévacizumab.
• La fixation du médiateur en EC active la Guanylate cyclase en IC transformant le GTP en GMPc pour activer les proteines kinases qui causent une reponse cellulaire.
• Le récepteur des peptides natriurétiques répend à l'ANF qui régule la pression artérielle.

Les Récepteurs Nucléaires

• Les Récepteurs Nucléaires sont localisés dans le cytosol et ciblent les ligands lipophiles.
• Ils permettent une fixation à une région promotrice de gènes et augmentent ou diminuent la synthèse d'une protéine, on notamment des récepteurs à la vitamine D, aux hormones stéroïdes ou thyroïdes.
• La liaison a un médiateur-récepteur intracellulaire qui se fixent sur des séquences spécifiques de l'AND et augmentent ou diminuent la transcription.
• Ils ont également une augmentation ou diminution d'une synthèse d'ARN messageer/protéique ce qui induit une réponse cellulaire.
• Les récepteurs des glucocorticoïdes diminuent la synthèse de molécules pro-inflammatoires( Cortisone).
• Le récepteur de la progestérone est impliqué dans la gestation et traité avec des progestérones contre les contractions utérines.
• Le récepteur à la vitamine D est impliqué dans l'absorption du calcium (Calcitriol).

Principaux canaux et mouvements ioniques

Généralités

• Ils sont formés par des protéines qui traversnt la membrane plasmique et permettent aux ions de traverser au bon fonctionnement du corps.
• Ils permettent également de contrôler les gradients de concentration des ions entre les milieux intra et extracellulaires et sont présents dans toutes les cellules.
• Les canaux ioniques sont impliqués dans les fonctions physiologiques du système nerveux(système cardiaque et musculaires).
• Na+ extra > Na+ intra
• Ca2+ extra >> Ca2+ intra
• Cl- extra > Cl- intra
• K+ extra < K+ intra

Caractéristiques

• Aptitude à laisser passer un ou plusieurs ions.
• Non sélectifs si plusieurs ions sont utilisés, exemple, Na ET Ca2+.
• Séléctifs pour avec un seul ion, exemple, Na+ OU Ca2+.
• Le Nombre de passages du peptide et de domaines sont multiples avec des boucles intra et extracellulaires.
• Des examples de la structure moléculaire:
  • La canal Na+ porte 4 grands domaines transmembranaires comme pour le canal Ca2+.
  • Ce qui permet de les différencier c’est la forme et les structures des boucles IC et EC.
  • Le canal K+ qui ne comporte qu’1 grand domaine transmembranaire.
• L'ouverture du canal est selon un stimulus ou selon le voltage.
• Elle est voltage dépendant sous la condition d'une variation de potentiel membranaires (Ex : Na+, Ca2+ et K+).
• Elle est ligand dépendant avec la fixation du ligand sur son récepteur associé au canal (Na+ et Cl-), par exemple, les récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine.

Rôles

• Les ions sont transportés de façon active contre leurs gradients grâce à des pompes ioniques (Na/K+)

• Rôle dans le potentiel de membrane

  • Nécessité de l'hydrolyse de l'énergie
  • Permet la sortie du Na+ et l'entré du K+

• Mécanisme : fixation ATP -> Modification conformation de la pompe -> Libération ionique -> Hydrolyse de l'ATP

• La concentration et les forces électrostatiques régulent la sélectivitéde des mouvements d'ions.

• Il existe des canaux ioniques spécifiques qui font entrer Na+ et sortir K+ selon le gradient de concentration. Via la pompe ATPase Na+/K+, elle permet la charge négatif aux anions sur la membrane grâce à ses 3 cations Na+ extérieurs et 2 cations K+.

• A cet état d'équilibre, la membrane cellulaire est chargé négativement (– 70mV)

• Rôle dans la génération du potentiel d’action

  • Un influx nerveux entraîne les ouvertures des canaux sodiques -> La membrane se dépolarise -> ouverture des canaux potassiques (sortie de K+). -- La Na/K ATPase rétablit les gradients des éléments d'une dépolarisation.

• Les anesthésiques locaux bloquent la transmissions de l'influx nerveux en inhibant sa dépolarisation avec supression de la sensibilité dans perte de conaissance(Lidocaire).

• Roles des récepteurs dans la libération des neurotransmetteurs

  • Arrivée des neurotransmetteurs -> ouverture des canaux calciques -> Le CA2+ entre et le neuromédiateur se fuse entre les membranes dans l'exocytose.

• Récepteur canal: ionotrope(ouverte ou fermé) .

• Les récepteurs canaux sont sélectifs aux types d'ions spécifiques au niveau des synapse avec un exemple, GABA-A.

• Récepteur couplé aux protéines G (RCPG) qui causent un activation versée à des neurotransmetteur (GABA-B et canaux potassiques)