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Cibles, mécanisme d’action I. Les différentes cibles moléculaires : introduction

Substance (médicament, médiateur) vont se fixer au niveau de la cellule sur une cible moléculaire qui active une voie de signalisation à l’origine d’une réponse cellulaire ex : réponse contractile, sécrétoire, métaboliques, etc … Ces réponses cellulaires, vont être intégré à un niveau supérieur pour entrainer des modifications d’une fonction de l’organisme (ex : pression artérielle, activité motrice, activité psychique ,etc .. ) Environ 1400 substances actives dont 1250 produites de manière chimique et 150 par biotechnologie qui se répartissent de la façon suivante sur 350 cibles dont : - 60 dans les organismes pathogènes (virus, bactéries, parasites) - 290 dans le génome humain Plusieurs médicaments peuvent viser la même cible, soit des effets identiques (= copies thérapeutiques) ou alors des effets opposés (= agonistes et antagonistes d’un recep) Une fois qu’on a situé ces cibles il faut les décrire, 3 principales dont la famille des récepteurs, enzymes, et protéines de perméabilité membranaire avec les : - canaux ioniques - pompes ioniques - transporteurs ioniques Cibles potentielles des médocs peuvent être localisé soit au niveau de la mb plasmique (40 % des cibles total des médocs); Ces rc peuvent avoir une localisation au niveau du noyau (nucléaires) -> 10% ; Les enzymes sont très importantes puisqu’elle représente 1/4 des cibles des médocs, Les protéines de perméabilité membranaire : 14 % ; Il reste 10 % autres , parmi il y a 5% cibles différentes (connues) qui sont ex 1 : protéines des microtubules qui lient la vinblastine (pervenche , anticancéreux) et ex 2 : transporteurs des neuromédiateurs et 5 % de cibles inconnues (ex : certain anti-épileptique, paracétamol)

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II.

Les différentes familles de récepteurs

1) Notions de récepteurs, agonistes, antagonistes Récepteurs : - Protéines situées à la surface des cellules (récepteurs membranaires) ou dans le noyau (récepteur nucléaires) - Fixe une molécule spécifique (ex : neuromédiateurs, hormones, médicaments) Liaison médiateur-récepteur ↓ Activation du récepteur ↓ voies de signalisation Réponse cellulaire Quand la molécule se fixe sur le récepteur : Activation ou inhibition : - d’enzymes - de canaux ioniques - de la transcription de l’ADN - etc Qui conduit à un effet biologique -> modification de l’organisme Ligand : Toute molécule capable de se fixer à un récepteur ou à une autre cible. Ex : agoniste, antagoniste Agoniste naturel : (ex : adrénaline) - Agoniste endogène (ou physiologique) - Liaison au récepteur - Stimulation du récepteur - Entraine un effet biologique Agonistes de synthèse : Agonistes entier : ____ - Liaison au récepteur - Stimulation du récepteur - Amplitude de l’effet biologique = amplitude agoniste naturel Palier à un déficit de médiateur (ex: manque de dopamine dans la Parkinson) -> on donne des agonistes entiers qui ont le même effet que les agonistes endogènes Agoniste partiel : ____ - Liaison au récepteur - Stimulation du récepteur - Amplitude de l’effet biologique < amplitude agoniste naturel On préfère bien sûr utiliser les agonistes entiers 2

Antagoniste : ____ - Liaison au récepteur - Pas d’effet biologique propre -> pas d’activation du RP o s’oppose à la liaison de l’agoniste o diminution de la réponse induite par l’agoniste L’antagoniste prend la place de l’agoniste et empêche l’action de l’agoniste.

Antagoniste compétitif - Même site de liaison que le médiateur (site orthostérique) - Peut être déplacé par un excès d’agoniste Compétition entre agoniste et antagoniste qui se lient sur le même site Antagoniste non compétitif - Site de liaison différent de celui du médiateur (site allostérique) - Diminution de l’affinité du récepteur pour son médiateur Cette notion de compétitif existe pour les agonistes aussi Agoniste inverse : - liaison au récepteur - Stimulation du récepteur - effet opposé à celui de l’agoniste naturel - autres propriétés notamment celle de bloquer l’activité constitutive du récepteur (le RP peut être activé en absence de ligand) 2) Classification 2 grandes familles de récepteurs : - Récepteurs membranaires (40%) - Récepteurs nucléaires (10%) Stratégies de communication cellulaire par des signaux chimiques : 3 classes de signaux physico-chimiques : -

hydrosolubles/hydrophiles : o hormones glycoprotéique, facteur de croissance, NT o Ne traverse pas les membranes plasmiques o Durée de vie courte (ms-minutes)

-

Liposolubles / hydrophobes : o hormones -> stéroïdiennes, thyroïdiennes, rétinoïdes (dérivé Vit A) o traverse la membrane plasmique -> RP intracellulaires o durée de vie longue (heures-jours)

-

GAZ / NO

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Les médiateurs des récepteurs se répartissent en 3 groupes en fonction des voies de signalisation : -

neuromédiateurs ou NT o signalisation synaptique ou neuronale Hormones o signalisation endocrine Hormones locales ou autacoïdes o signalisation autocrine ou paracrine

1er groupe : Neuromédiateurs ou neurotransmetteurs Substances sécrétées par les neurones. Zone de transmission de la signalisation très spécialisée = synapses chimiques Durée d’action courte (molécules hydrophiles) et à courte distance du lieu de sécrétion. Ex : - Neuromédiateurs non peptidiques : acétylcholine, noradrénaline, adrénaline, dopamine, sérotonine, histamine, glutamate, GABA - Neuromédiateurs peptidiques : peptides opioïdes (enképhalines, endorphines (morphine like)), neurokinines (substance P) 2ème groupe : Hormones Sécrétées par des cellules endocrines ou synthétisées dans le sang à partir de précurseurs. Circulantes. Durée d’action longue et à distance du lieu de sécrétion. Ex : adrénaline (à la fois hormone + NT), insuline, hormones thyroïdiennes 3ème groupe : Hormones locales ou autacoïdes Sécrétées par des cellules non neuronales. Durée d’action courte et à courte distance du lieu de sécrétion. 2 types de signalisation : paracrine et autocrine Ex : Histamine (à la fois hormone locale et NT), NO

A) Les récepteurs membranaires Les récepteurs membranaires incluent différentes classes : - Récepteurs Couplés aux Protéines G : RCPG - Récepteurs canaux (ionotropiques) - Récepteurs enzymes : couplés à une activité enzymatique Classification en fonction : - De leur structure - Des voies de signalisation associées à ces structures D’une façon générale, les récepteurs membranaires comportent : - Un domaine extracellulaire comportant le site de liaison pour le ligand - Un domaine transmembranaire - Un domaine intracellulaire 4

a. Récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) Activation par des agonistes très variés : -

Agents sensoriels : photon, odeurs, gouts Protéines : TSH, LH, FSH, Thrombine Neurotransmetteurs : acétylcholine, dopamine, (nor)adrénaline, sérotonine, histamine, GABA (récepteur GABA-B) Médiateurs Lipidiques : leucotriènes, thromboxane (métabolisme de l’acide arachidonique) Neuropeptides : endorphines, endothélines

180 ligands endogènes caractérisés Mais tous ne sont pas connus -> Identification de RP orphelins (les récepteurs dont l’activation par les ligands ne sont pas encore connues) 1 même médiateur peut se fixer sur plusieurs types de RP (prot G ou non). Ex : acétylcholine peut se fixer sur RP couples aux protéines G mais aussi d’autres, le GABA aussi RCPG : Protéines transmembranaires - conservées de la levure à l’homme - Estimation du nombre de RCPG : entre 780 et 860 - Contrôlent toutes les principales fonctions de l’organisme -> Modulation du potentiel de membrane, croissance et prolifération, expression de gênes -> impliqués dans de nombreuses maladies -> Cible pharmacologique majeure : - 25 % de médocs (agonises et antagonistes) - 40 % des dépenses en médocs Configuration générale : 3 partenaires : un récepteur, une protéine G et un effecteur

Protéine G

Effecteur

Récepteur

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1. Le récepteur RCPG : 1 peptide formé de 7 hélices α transmembranaires (20-22 AA) reliées par des boucles extracellulaires (petite taille) (e1, e2, e3) et intracellulaires (taille variable) (i1, i2, i3) Extrémité N-terminale ou amino-terminale ou NH2 dans la partie extracellulaire. Elle comprend des sites de glycosylation et fixation du messager

Récepteur

Extrémité C-terminale ou carboxy-terminale ou COOH dans la partie intracellulaire. Elle comprend des sites de phosphorylation qui ont lieu sur les résidus sérine (S) et thréonine (T) phosphorylations représentent des moyens de régulation importants des récepteurs La boucle i2 et i3 et la partie terminale COOH intracellulaire -> interaction avec la prot G (contact et amplification du signal)

Les 7 hélices α forment un puits étroit et profond de 20 Å Au fond du puits : poche hydrophobe délimitée par les hélices 3,4,5 et 6 contenant les résidus impliqués dans l’interaction avec les ligands Fixation du ligand => modification de la structure tridimensionnelle du récepteur => répercussions aux boucles i2, i3 et extrémité COOH => recrutement et activation de la prot G

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2. Protéine G

GDP

γ

Protéine G

Cytoplasmique, face interne de la membrane plasmique Trimère : sous unités α β γ activité GTPasique (hydrolyse du GDP et GTP) Ces sous unités ont un rôle très important dans la régulation du récepteur et certains phénomènes d’internalisation 4 grandes familles basées sur les différentes SU alpha :

Famille Gs : αs (plupart des tissus), αolf (neuroépithélium olfactif et cerveau) Gs (αs) : activation de l’adénylate cyclase Sensible à la toxine cholérique produite par le vibrio cholerae → choléra Famille Gi : αi (plupart des tissus), αt (cellules en cônes, bâtonnets de la rétine), αgust (cellules gustatives) Gi (αi) : inhibition de l’adénylate cyclase Sensible à la toxine pertussique, produite par bardetella pertussis → coqueluche Famille Gq: αq, α11 (plupart des tissus), α14-15 (cellules hematopo) Gq (αq) : activation de la phospholipase C Insensible aux toxines cholériques et pertussique Famille G12 : α12 (plupart des tissus), α13 (cellules gustatives)

FIN PREMIER COUR

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3. Effecteur Enzymes : Adénylate cyclase : ATP → AMPc (AMP cyclique) -> activation PKA -> activation de facteurs de transcription (CREB) Phospholipase C : PIP2 → DAG (activation PKC) + IP3 (augmente le Ca2+ à partir du RE) (IP3 se fixe sur récepteur du RE et laisse sortir le calcium du RE) PIP2 : phosphatidylinositol 4,5 diphosphate DAG : diacylglycérol PKC : protéine kinase C IP3 : inositol triphosphate Phospholipase A2, etc Canal ionique : Ouverture ou fermeture de canaux calcique, sodique, potassique… Cycle d’activation :

M ou canal ionique)

Rc G

E

(2nd messagers : ions, AMPc…)

Cycle fonctionnel des protéines G : Au repos : trimère alpha beta et gamma avec liaison GDP-α Liaison agoniste sur RCPG -> activation protéine G -> diminution affinité alpha pour GDP et augmentation affinité pour GTP => Echange GDP -> GTP Occupation alpha par GTP -> dissociation de alpha et Beta gamma (beta et gamma ne se dissocie pas) la forme libre alpha peut interagir avec des effecteurs Très rapidement activité GTPasique de SU alpha hydrolyse GTP en GDP -> réformation du trimère alpha, beta, gamma Piège GTP, GDP, AMPC, ATP

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Pathologies associées au RCPG Les RCPG Mutations activatrices Récepteur de la TSH (thyroïd stimulating hormone) → adénomes thyroïdiens Récepteur de la rhodopsine → rétinites pigmentaires Mutations inhibitrices Récepteur de la mélanocortine → hypopigmentation Récepteur de la vasopressine (hormone antidiurétique) → diabète insipide Les protéines G hétérotrimériques Maladies acquises : Agent exogène → choléra, coqueluche Mutation somatiques → blocage de l’activité GTPasique → α sous forme active de manière permanente. Localisation : hypophyse, ovaires, surrénales, présence d’adénomes potentielle. Maladies génétiques : pseudohypoparathyroïdies Résistance à la parathormone (PTH) → diminution de l’activité biologique de la protéine G Quelques exemples : -

Acétylcholine o R muscariniques : RCPG -> ▪ dans l’oeil : acétylcholine => myosis ▪ Ex : atropine (antagoniste) -> dilatation de la pupille -> examen du fond d’oeil o R nicotiniques : R canaux (antagoniste : curares)

-

Adrénaline o Tous sont des RCPG (α1, α2, ß1, ß2) ▪ Salbutamol (agoniste récepteur B2) • -> dilatation bronchique -> Asthme, BPCO • -> dilatation utérus -> accouchement prématuré

-

Dopamine o Tous sont des RCPG ▪ Dopamine rôle dans motricité volontaire, maladie de Parkinson avec destruction des neurones dopaminergiques ▪ Soin : Agoniste des RD2 : Parkinson ▪ ▪

Dopamine rôle émetisant : nausées et vomissements Soin : Antagonistes des RD2

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b. Récepteur canaux Dans les cellules eucaryotes, distribution inégale des ions de part et d’autre de la mb plasmique Na+ : e=140 et i = 14 K : e=3 et i = 160 Ca : e=1 et i=10-4 Cl : e=150 et i=14 peu de membres MAIS => Rôles physiologiques majeurs => cibles pharmacologiques importantes Comportent un canal ionique Liaison médiateur → ouverture canal ionique → entrée des ions ou sortie -> réponse Structures pentamériques : 5 unités peptidiques (α (présent en 2 exemplaires), β, γ, δ) Structure d’un monomère : formé de 4 segments transmembranaires : M1, M2, M3, M4 relié par des boucles intra et extra cR. Les 2 extrémités C-term et N-term sont dans le milieu extracellulaire

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Exemple : le récepteur nicotinique de l’acétylcholine : α2 β γ δ Pont disulfure entre 2 structures pentamériques Organisation en rosette. α : responsable du site de liaison de l’agoniste (dans ce cas : acétylcholine). Implication du segment M2 dans la formation du canal ionique. Transmission du signal : - Entre 2 cellules nerveuses : jonction synaptique - Entre 1 cellule nerveuse et 1 cellule musculaire : plaque motrices Deux familles : - Récepteurs canaux à perméabilité cationique - Récepteurs canaux à perméabilité anionique Récepteurs canaux à perméabilité cationique → dépolarisation Canal perméable aux cations (ex : Na+, Ca2+) Lorsqu’ils sont activés : -> entrée dans la cellule d’ions positifs → Dépolarisation de la cellule → Potentiel d’action post-synaptique excitateur (PPSE) → Augmentation de l’excitabilité de la cellule Ex : Récepteur nicotinique de l’acétylcholine Récepteur 5-HT3 de la sérotonine (5-HT : 5-hydroxytryptamine) Récepteur NMDA (N-méthyl-D-aspartate) du glutamate En thérapeutique… - Récepteur nicotinique de l’acétylcholine Agoniste : Varénicline : indication : sevrage tabagique Antagonistes : curarisants (Vécuronium) : indication : anesthésiologie -

Récepteur 5-HT de la sérotonine Antagonistes : famille des Sétrons (ex : Ondansétron). Indications : nausées, vomissements induits par les anticancéreux

-

Récepteur NMDA du glutamate =acide aminé excitateur Antagoniste : mémantine. Indication : maladie d’Alzheimer

Récepteurs canaux à perméabilité anionique → hyperpolarisation Canal perméable aux anions (ex : Cl-) → Ions négatifs → Hyperpolarisation → Potentiel d’action post-synaptique inhibiteur (PPSI) → Diminution de l’excitabilité de la cellule -> Effet inhibiteur sur la sécrétion de neuromédiateur dans le SNC

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Ex : Récepteur GABA-A (ici c’est la GABA-A, le GABA-B est un récepteur de type RCPG) (GABA : acide γ-aminobutyrique) Récepteur de la glycine En thérapeutique… -

Récepteurs GABA-A : nombreux sites de liaison (GABA, Benzodiazépines barbituriques, alcool, norstéroides…). Liaison à un site allostérique (du site de liaison du GABA) et modifie l’ouverture du canal

Site de liaison pour les BZD : - Agoniste : benzodiazépines (ex : Bromazépam) qui ont des propriétés : 1. Anxiolytiques 2. Sédatives 3. Myorelaxantes (relaxation musculaires) 4. Anticonvulsivants, antiépileptiques 5. Amnésiantes… Ces molécules augmentent l’affinité du GABA pour son site de liaison et modifient l’ouverture du canal en augmentant la fréquence d’ouverture du canal CL Les sites de liaison des BZD sont sur les sous unités alpha et gamma Antagoniste : flumazénil. Indication : surdosage/intoxication par les BZD Agonistes inverses : pas utilisés en thérapies Site de liaison pour les barbituriques : - Agonistes : barbituriques (ex : Phénobarbotal) indication : antiépileptiques Augmente affinité du GABA et durée d’ouverture du canal CL -

Récepteur de la glycine o localisation : moelle épinière, TC o Rôle : contrôle de la motricité o Agoniste : glycine, β-alanine, taurine o Antagoniste : strychnine. Indication : taupicide o Antidote : BZD

c. Récepteurs enzymes : couplés à une activité enzymatique

Domaine de liaison extracellulaire Hélice α

Domaine enzymatique

Structure générale : Domaine de liaison extracellulaire Partie transmembranaire : hélice α Domaine enzymatique (porté par le récepteur lui-même schéma à gauche, ou par une protéine associée au récepteur schéma à droite) Activités tyrosine kinase, sérine/thréonine kinase et guanylate cyclase

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1) Activité tyrosine kinase → phosphorylation de résidus tyrosine Activité sérine / thréonine kinase → phosphorylation de résidus sérine et thréonine Transfert une fonction du radical phosphorique de l’ATP sur une protéine -> phosphorylation des protéines = Modification post traductionelles Kinase : phosphoryle phosphatase : déphosphoryle Modifications structurales et fonctionnelles : - Activation ou inhibition act enzymatique - Changement de localisation cR - Association à d’autres protéines Signification de la phosphorylation ? Un interrupteur biochimique Phosphorylation très souvent relié à l’activation du signal plutôt que la désactivation du signal et déphosphorylation c’est l’inverse 1 - Fixation du ligand (agoniste) 2 - Dimérisation du récepteur 3 - Autophosphorylation du récepteur (transphosphorylation - pTyr) => récepteur activé 4- Phosphorylation en cascade de prot intracellulaires => propagation du signal 5 - Activation de facteurs de transcription et réponse cellulaire Activité enzymatique portée par le récepteur - Activité tyrosine kinase : o Récepteur de l’insuline o Récepteur des facteurs de croissance - Activité sérine / thréonine kinase : o Récepteur du TGF β (transforming growth factor β) Activité enzymatique portée par une protéine cytosolique associée au récepteur : - Activité tyrosine kinase : JAK (Janus Kinase) o R de l’interleukine 2 o R de l’interférons - Activité sérine / thréonine kinase o R de l’interleukine 1

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Exemple : le récepteur de l’insuline L’insuline (ligand) se fixe au niveau de la chaine α qui porte le domaine de liaison du médiateur Les chaines β sont transmembranaires. C’est la chaine β qui comprend le domaine enzymatique. 2 chaines α, 2 chaines β reliées par des ponts disulfures. Quand le récepteur est activé par la fixation du ligand, il va y avoir phosphorylation du récepteur et de tout un tas de protéines. Parmi toutes ces protéines, une est (plaque tournante des importante : la IRS1 : insuline receptor substrate 1 phosphorylations).

Domaine de liaison extracellulaire

Domaine enzymatique

2 chaines β

2 chaines α

En thérapeutique … Activité enzymatique portée par le récepteur : Activité tyrosine kinase : - Récepteur de l’insuline o Agoniste : insuline : indication : diabete insulino-dépendant (DID) -

Récepteur des facteurs de croissance o VEGF (vascular endothelium growth factor) o EGF (epithelium growth factor) o Anticorps monoclonaux dirigés contre : ▪ le peptide VEGF : anti-VEGF ex : Bevacizumab ▪ le récepteur à EGF : anti-récepteur EGF ex : Trastuzumab ▪ indication : anticancéreux

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Activité sérine/thréonine kinase : - Récepteur du TGF Beta - pas d’applications thérapeutiques - Indication : études en cours dans certains cancers Activité enzymatique portée pa...