Récepteurs couplés aux protéines G

Réponse pharmacologique

• L'activité biologique de la majorité des médicaments résulte de leur interaction avec une cible moléculaire.
• James Blake a établi en 1841 que la structure chimique d'un produit détermine son effet sur le vivant.
• Paul Ehrlich, prix Nobel 1908, a énoncé que pour avoir un effet, une substance doit être « fixée ». Corpus non agunt nisi fixata.

Points à considérer pour l'interaction médicament-cible

• Connaître le médicament et la cible.
• Identifier les liens chimiques unissant le médicament à sa cible.
• Déterminer les caractéristiques de l'affinité entre le médicament et sa cible.
• Déterminer le type de réponse engendrée par la liaison, comme l'activation, l'activation partielle ou le blocage.
• Quantifier la réponse par des études fonctionnelles via des courbes dose-réponse.

Liens Chimiques

• Liaisons covalentes sont des liens forts et irréversibles.
• Liaisons non covalentes incluent les liaisons ioniques.
• Liaisons hydrogènes.
• Liaisons de Van der Waals.

Classification des cibles de médicaments

• Les cibles humaines sont classées en 7 catégories par le NC-IUPHAR.
• Les récepteurs liés à la protéine G.
• Les canaux ioniques.
• Les récepteurs nucléaires.
• Les récepteurs catalytiques.
• Les enzymes.
• Les transporteurs.
• Autres cibles protéiques.
• Ni l'ADN, ni l'ARN ne sont inclus comme cibles à cause de la nature complexe des acides nucléiques

Récepteurs liés à la protéine G

• La plus grande famille de récepteurs membranaires, cible d'environ 30 % des médicaments utilisés en thérapeutique dans les années 2010.
• Environ 800 récepteurs liés à la protéine G identifiés chez l'humain.
• Environ 50 % des récepteurs sont impliqués dans des fonctions sensitives comme l'olfaction, le goût et la perception de la lumière.
• Les autres récepteurs sont impliqués dans la transmission des signaux à l'aide de ligands.
• Ils sont constitués de 7 segments transmembranaires avec un groupement extracellulaire N-terminal et un groupement intracellulaire C-terminal.
• Activations des voies de signalisation intracellulaire par liaison aux protéines G.

Protéines G

• Essentiellement intracellulaires, elles se lient aux nucléotides guanine.
• Elles participent à la transmission des signaux dans les cellules, recevant les messages des récepteurs membranaires.
• Elles transmettent le message à un effecteur ou plusieurs effecteurs, dont l'adénylate cyclase et la phospholipase C.
• Avantage majeur : amplification du signal émis, où un ligand lié au récepteur peut engendrer la production de plusieurs molécules d'effecteurs.
• Les protéines G sont constituées de 3 sous-unités : alpha, bêta et gamma.
• Les deux états possibles sont inactif (liée au GDP) et actif (liée au GTP).
• La liaison du ligand induit un échange du GDP par le GTP sur la sous-unité alpha, activant ainsi la protéine G.
• Une fois activée, la sous-unité alpha se détache des sous-unités bêta et gamma.

Isoformes des protéines G

• Chacune existe en plusieurs formes, influençant l'effet observé, avec au moins 16 isoformes α, 5 isoformes β et 13 isoformes γ.
• La protéine Gas (pour stimulatrice) se lie à l'enzyme adénylate cyclase, augmentant la synthèse de l'AMPc.
• La protéine Gai (pour inhibitrice) se lie à l'enzyme adénylate cyclase et l'inhibe.
• La protéine Gaq stimule la phospholipase C, générant des seconds messagers comme l'inositol triphosphate (IP3) et le diacylglycérol (DAG).
• Certaines protéines G sont identifiées sans fonction spécifique, comme Gao (other fonction).
• Nomenclature simplifiée avec des chiffres : Ga11, Ga12, etc.
• L'activation d'une protéine G déclenche la production de seconds messagers, notamment via les voies de l'AMPc et de l'IP3/DAG/PKC.
• Les sous-unités β et γ forment un complexe pouvant agir sur différents effecteurs.
• Le dimère activé βγ interagit avec des cibles comme les canaux ioniques, les phospholipases, les PI3 kinases et la cascade RAS/RAF/ERK.

Récepteur cholinergique muscarinique

• L'activation du récepteur provoque un changement de conformation du canal ionique potassique via le complexe βγ.
• Ce changement, combiné à la présence de phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2), permet l'ouverture du canal et la sortie des ions potassiques.

Mécanisme de désactivation des protéines G

• La protéine Gα déclenche sa désactivation après liaison à son effecteur.
• L'enzyme GTPase issue de la protéine Gα hydrolyse le GTP en GDP.
• L'hydrolyse permet à la sous-unité Gα de se relier aux sous-unités Gβγ et de retrouver sa forme initiale inactive.

Autres ligands des protéines G

• Les protéines G peuvent être la cible de pathogènes.
• La toxine de la bactérie Vibrio Cholerae se lie aux protéines Gs dans les intestins, entraînant une augmentation de l'AMPc intracellulaire et une sécrétion d'eau, causant des diarrhées sévères.
• Exemples de récepteurs liés aux protéines G : adrénaline, dopamine, muscarine, histamine, morphine, angiotensine.

Récepteur adrénergiques

• Membres des récepteurs liés aux protéines G.
• Les ligands endogènes de cette famille sont l'adrénaline (ou épinéphrine) et la noradrénaline (ou norépinéphrine).
• Structure : Constitué de 7 segments transmembranaires, activant une protéine G après liaison du ligand.
• Deux classes : Récepteurs α et β, subdivisés en sous-classes (α1, α2, β1, β2, β3), chacune associée à une protéine G distincte.
• Les récepteurs adrénergiques β (β1, β2 et β3) sont liés à la protéine Gs.
• La noradrénaline se lie à son récepteur, entraînant l'expulsion du GDP de la protéine G.
• La protéine G remplace le GDP par une molécule de GTP, changeant sa forme et se dissociant.
• Cette dissociation active la protéine G, qui active une molécule effectrice. La protéine Gs activée se lie et active l'enzyme adénylate cyclase, qui produit beaucoup d'AMPcyclique.
• Le GTP est ensuite hydrolysé en GDP, et la protéine G reprend sa forme initiale inactive.

Exemples de médicaments ciblant les récepteurs adrénergiques

• Aténolol: Cible principalement le récepteur adrénergique β1 dans le cœur (surtout).

Clonidine

• Cible le récepteur adrénergique α2 dans les neurones du système nerveux central.
• Se lie et active le récepteur α2 lié à la protéine Gi, ayant un effet de rétro-contrôle négatif sur la libération de noradrénaline.

Doxazosin

• Cible le récepteur alpha-1 dans les muscles lisses vasculaires, bloquant le récepteur alpha-1 lié à la protéine Gq.
• Effets : Vasodilatation des veines et artérioles, diminuant la résistance vasculaire et la pression artérielle.

Canaux ioniques

• Types : Activés par des ligands ou par le voltage, avec des modes de fonctionnement variés.

Récepteurs canaux activés par un ligand

• Protéines transmembranaires permettant le passage des ions à travers la membrane via un canal.
• Transport passif des ions lors de l'ouverture du canal après la liaison d'un ligand, permettant la transmission de messages dans le système nerveux et à la jonction neuromusculaire.
• Deux types : canaux à perméabilité cationique et canaux à perméabilité anionique.

Canaux cationiques

• L'activation par un ligand entraîne l'ouverture du canal ionique et le passage de cations (Na+, K+, Ca2+ et Mg2+).
• L'entrée massive de cations dépolarise la région post-synaptique et transmet l'impulsion excitatrice.
• Le récepteur à la nicotine et le récepteurs au glutamate sont des exemples de canaux cationiques.

Récepteurs nicotinique

• Structure : cylindre creux constitué de protéines, inséré à travers la membrane plasmique.
• Fonctionnement : La liaison de 2 molécules d'acétylcholine (ligand) modifie sa conformation, permettant l'entrée d'ions sodium (principalement).
• Effets : En fonction des sous-types de récepteurs nicotiniques, des cations comme le calcium vont pouvoir entrer dans certaines cellules.
• Conséquences à la jonction neuromusculaire: le récepteur nicotinique reste ouvert moins d'une milliseconde en raison des cholinestérases.

Rocuronium

• Cible le récepteur cholinergique nicotinique à la jonction neuromusculaire.
• Agit comme bloqueur, empêchant l'action de l'acétylcholine sur les muscles squelettiques.

Récepteurs-canaux anioniques

• Perméables aux ions Cl- et à quelques anions organiques, jouant un rôle prédominant dans les réponses cellulaires.
• L'activation induit une hyperpolarisation, inhibant l'action excitatrice.

Récepteur GABA- A

• Structure : glycoprotéine transmembranaire constituée de 5 sous-unités (pentamérique).
• Rôles des médicaments se liant au GABA-A: agir en tant que modulateur, en modulant l'effet du GABA.
• Action du GABA qui va créer un influx d'ions chlore.
• Fonctionnement : Les benzodiazépines potentialisent l'effet du GABA, augmentant la fréquence ou la durée ouverture du canal.

Potentiel d'action

• Un changement brusque de la charge voyage le longs des axones.
• Charge au repos : intérieure négative et extérieure positive.
• Les ions ne sont pas repartis également de part et d'autre de la membrane et la différence de charge est maintenue grâce à une pompe ionique.
• Pompe Na+/K+ qui fait sortir 3 ions de Na pour chaque entrée de 2 ions K+.
• La dépolarisation survient lorsque la charge intérieure de la cellule passe du négatif au positif par une entrée massive d'ions sodiques.
• Les canaux sodiques vont entrer dans la cellule via des canaux sodiques.
• La dépolarisation créé un courant électrique qui va voyager le long de l'axone
• Les canaux sodiques vont se fermer et les canaux potassiques vont s'ouvrir.
• La pompe Na+/K+ va se remettre en branle pour rétablir les valeurs historiques de charge de repos.
• Le phénomène où la charge nette intérieure est plus négative que lors de la phase du repos se nomme phase d'hyperpolarisation.

Canaux ioniques voltage-dépendants

• Grande famille de cibles, incluant des canaux potassiques, sodiques, calciques.

Canaux calciques voltage-dépendants

• Présents dans les membranes de la plupart des cellules excitables.
• Structure : 5 sous-unités dont 3 traversent la membrane.
• Les senseurs de voltage et la majorité des sites de liaison sont situés dans le canal ionique formé par la sous-unité α1.
• Il existe 10 sous-unités α1 regroupées en 3 familles.
• Canaux activés par haut voltage (forte dépolarisation) et sensible à la dihydropyridine (L-type - Cav1.x).
• Canaux activés par haut voltage et insensible à la dihydropyridine (CaV2.x).
• Canaux activés par faible voltage (Type-T ou CaV3.x).
• Les canaux de type L se situent dans le cœur, les muscles lisses, les neurones, les cellules endocrines et les muscles squelettiques.
• Une classe de médicaments cible ces canaux, les bloqueurs, qui ne partagent pas le même pharmacophore et donc, pas le même site de liaison.
• Sites de liaison distincts : dihydropyridines, benzothiazépines et phénylalylamines.
• Les phénylakylamines bloquent le canal ionique par la voie intracellulaire.

Amlodipine

• Qui a pour cible le canal calcique voltage dépendant.
• Cible le canal calcique L, site dihydropyridine
• Mécanisme : inhibe l'entrée de calcium dans les cellules musculaires lisses.

Récepteurs nucléaires

• Constituent une superfamille de protéines se liant à la région promotrice des gènes pour moduler la transcription en ARNmessagers.
• Sont impliqués dans la croissance, la reproduction et le métabolisme.
• La superfamille comporte environ 75 membres chez l'homme, dont la moitié serait orpheline.
• La superfamille est divisée 6 familles selon leur ligands naturels: AR, VDR, TR, RAR, PPAR Structure: Divisée en 5 ou 6 domaines (A, B, C, D, E, F) avec le domaine C étant le domaine de liaison à l'ADN. Les ligands peuvent être extracellulaires (sécrétion endocrine/paracrine) ou intracellulaires (intermédiaire métabolique). Ils interagissent avec leurs ligands dans le cytoplasme ou dans le noyau.

Mécanisme d'action

• S'ils sont dans le cytoplasme, la liaison avec le ligand permet l'entrée dans le noyau et l'activation de la transcription de gènes cibles.
• S'ils sont dans le noyau, ils peuvent être liés ou non à l'ADN jusqu'à la liaison à leur ligand, entraînant ou non une interaction avec l'ADN.

Hormones stéroïdiennes

• Hydrophobes, elles sont liées en grande partie pour circuler dans le sang et peuvent traverser la membrane plasmique par diffusion passive.
• Les récepteurs se trouvent à la fois dans le cytoplasme et le noyau, interagissant avec des protéines chaperonnes.
• L'hormone se lie et traverse la membrane, fixant sur L'ADN et il va induire une augmentation ou une inhibition de la transcription.

Dextrothyroxine

• Agent ciblant un récepteur nucléaire à l'hormone thyroïdienne, elle stimule le récepteur thyroïdien β et diminue le cholestérol, mais n'est pas commercialisée à cause d'effets secondaires cardiaques.

Récepteurs catalytiques

• Des récepteurs membranaires, généralement des dimères, avec un site de liaison du ligand à l'extérieur de la cellule.
• Ils ont une activité catalytique ou des interactions avec des enzymes du côté intracellulaire.

Récepteurs tyrosines-kinases

• Ils se lient hormones circulantes, des facteurs de croissance, etc
• Les grandes familles de récepteurs tyrosines-kinases qui possèdent les récepteurs de l'EGF, l'insuline, le PDGF, le VEGF, le FGF, le NGF, du HGF et Erythropoetins

Structure des récepteurs tyrosines-kinases

Un domaine de liaison extracellulaire, un domaine transmembranaire et un domaine de catalyse qui : * a pour conséquence de faire que le récepteur garde un phosphate à sa surface (phosphorylation)

• La liaison de ligands à deux récepteurs tyrosine-kinase adjacents entraîne leur agrégation en dimère.
• La dimérisation active le domaine catalytique, entraînant l'autophosphorylation.
• Le récepteur activé se lie à des molécules protéiques du cytosol et les phosphoryle, engendrant des réponses cellulaires.
• Un récepteur tyrosine-kinase peut déclencher plusieurs cascades différentes.

Imatinib

• Cible : Le site de liaison de l'ATP sur le récepteur à la tyrosine-kinase bcr-Abl qui est exprimé chez la majorité des patients qui ont un diagnostic de leucémie myéloïde chronique.
• Mécanisme : L'imatinib va se lier au niveau du site de liaison de l'ATP sur le récepteur à tyrosine-kinase bcr-Abl pour inhiber la catalyse.

Récepteurs peptides natriurétiques

• Les récepteurs peptidiques natriurétiques ont une fonction guanylate-cyclase.
• Les ligands naturels sont des peptides natriurétiques comme Atrial Natriuretic Peptide (ANP), Brain Natriuretic Peptide (BNPet Le peptide natriurétique de type C (CNP).
• Ils transforment le GTP en GMPcyclique, un messager cellulaire.
• Les peptides natriurétiques augmentent l'élimination du sodium dans le rein, diminuant la pression artérielle.

Structures des récepteurs à guanylate cyclase

• Domaine de liaison extracellulaire domaine « kinase homology ».
• Domaine « kinase homology » (régule l'activité catalytique), domaine de dimérisation.
• Domaine de catalyse guanylate cyclase (catalyse du GTP en GMPc).

MANP

• Cible le récepteur GC-A.
• Est présentement en développement
• Va entraîner une augmentation de GMPc.

Transporteurs

• La majorité des solutés biologiques sont des molécules organiques oU inorganiques chargées.
• Utilisent de l'énergie ou exploitent le gradient de concentration pour traverser les membranes.
• Pompes: ABCB, NA+/K+ ATPase, Ca2+/ATPase, et H+K+/ATPase.
• Transporteurs: SLC : OAT, NKCC, et NCX.

Pompes

• Maintient le sodium à l'extérieur et le potassium à l'intérieur.
• Dans les cellules eucaryotes, la distribution est inégale et à besoin d'ATP

Pompe à sodium ou Na+/K+/ATPase

• Présente dans toutes les cellules, avec une densité variable. La protéine est formée des sous unités α, β et aussi appelée FXYD.
• Trois ions sodium de sortir et deux ions Potassium d'entrer.

Médicaments inhibant la pompe Na+/K+/ATPase

• La Digoxine est un médicament extrait des feuilles de digitale, qui fait partie de la classe des glucosides ou stéroïdes cardiotoniques.
• La digoxine va se lier au site de liaison de la sous-unité alpha et va inhiber le fonctionnement de la pompe à sodium.

Pompe P-gp

• Les P- gp vont extraire des éléments de la cellule en utilisant de l'ATP.
• L'équipe de Victor Ling a isolé des cellules résistantes. L'équipe de Michael Gottesman au National Cancer Institute a pour objectif d'identifier le responsable.
• A l'Université McGill, l'équipe de Philippe Gros a isolé le gène.
• Structure : Il s'agit d'un transporteur qui est constitué de 12 domaines transmembranaires vers l'extérieur.

Pompe à protons des parois de l'estomac ou H+/K+,

• La sécrétion acide de l'estomac est assurée par la pompe.La pompe fait un échange avec un K+.

Transporteurs sans activité ATPasique

• Les système de transport sont unidirectionnels ou bidirectionnels.
• Na+/K+/Cl, ou NKCC font partie de la superfamille.

Echangeur Na+/Ca2+

• L'échangeur Na+/Ca2+ (ou NCX) joue un rôle important dans la régulation

Ce contenu aborde les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), leur structure et leur rôle dans la signalisation cellulaire. Les RCPG sont des cibles médicamenteuses importantes. La signalisation par relais impliquant les protéines G offre un avantage majeur.