De la cible du médicament à la réponse de l’organisme

De la cible du médicament à la réponse de l’organisme

Plan

Introduction

I-Réponse cellulaire et réponse de l’organisme

II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation

III-Les alternatives médicamenteuses

Introduction

L’étude du mécanisme d ’action des médicaments = pharmacodynamie

Aspect quantitatif de la pharmacodynamie = pharmacométrie

Introduction

La pharmacométrie, étude des:

-paramètres d’affinité des médicaments pour leurs cibles: KD, ….

-paramètres fonctionnels: paramètres de quantification de l’effet des médicaments, c’est à dire de la réponse de l ’organisme à ces xénobiotiques: DE50, CE50…

Introduction

Les paramètres pharmacodynamiques peuvent être appréciés à différents niveaux d’intégration: de la cible moléculaire purifiée à l’organisme entier.

IN VITRO IN VIVO

Récepteurs purifiés

Organisme entier

Organe isolé

Cellules isolées

Fragments membranaires

Etudes de liaison spécifique

Etudes fonctionnelles

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Introduction

I-Réponse cellulaire et réponse de l’organisme

II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation

III-Les alternatives médicamenteuses

I-Réponse cellulaire et réponse de l ’organisme

La réponse cellulaire au médicament est appréciée en quantifiant:

-la variation d’un élément de la voie de signalisation mise en jeu (mouvement ionique, messager intracellulaire)

La réponse cellulaire au médicament est appréciée également en quantifiant:

-la réponse fonctionnelle de cellules ou d’organes isolés (réponses transcriptionnelles, métaboliques, contractiles, sécrétoires…)

Rel

axat

ion

(%)

La réponse de l’organisme entier:

-correspond à l’intégration de la réponse cellulaire au niveau du tissu puis de l’organe et du système (cardiovasculaire, moteur, digestif..). Fonction de l’organisme, étroitement dépendante des régulations physiologiques endogènes

La réponse de l’organisme entier:

Le cheminement du message du médicament

Cible moléculaire cellule tissuorgane système fonction

Exemple:

Cible : récepteur muscarinique de l ’acétylcholinecellules endothéliales et cellules musculaires lisses tissu organe: vaisseau

système vasculaire fonction: relaxation

But de la quantification des réponses cellulaires ou de l’organisme: comparaison des réponses d’une même cible à plusieurs ligands

Nécessité de standardiser les paramètres d’étude ainsi que les conditions expérimentales: comparaison des résultats d ’un laboratoire à l’autre

Paramètres fonctionnels de la réponse au médicament:

-réponses quantales: DE50

-réponses graduelles DE50 ou CE50

-effets in vitro des agonistes et des antagonistes (CE50, CI50, pD2, pA2)

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Introduction

I-Réponse cellulaire et réponse de l ’organisme

II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation

III-Les alternatives médicamenteuses

II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation

Le message initié par la liaison du médicament à sa cible moléculaire correspond à une chaîne de réactions biochimiques intracellulaires dénommée voie de signalisation

Cible moléculaire signalisation réponse cellulaire

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II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation

II-1 La régulation de la transcription des gènes

II-2 La phosphorylation de protéines et les messagers intracellulaires

II-3 L ’intervention du calcium

II.1- La régulation de la transcription des gènes

La transcription des gènes est la copie de leur ADN sous forme d’ARN messager qui lui même est traduit sous forme de protéines au niveau des ribosomes.

La transcription est étroitement régulée par liaison à la région promotrice des gènes d’un ensemble complexe de proteines

Ces protéines régulatrices= facteurs de transcription

Activation ou inhibition de certains facteurs de transcription sous la dépendance des médiateurs = neuromédiateurs, hormones, facteurs de croissance

En se liant aux récepteurs de ces médiateurs, les médicaments sont capables de diminuer ou augmenter la synthèse de protéine(s).

L’effet du médicament va correspondre à l’augmentation ou la diminution de cette protéine dans les cellules riches en récepteurs correspondants

La régulation de la transcription initiée par:

- les récepteurs de la membrane plasmique

- les récepteurs nucléaires des médiateurs

La régulation de la transcription initiée par les récepteurs de la membrane plasmique:

La stimulation de ces récepteurs par les médicamentsphosphorylation de facteurs de transcription localisés dans le cytosol (=activation des facteurs de transcription) migration dans le noyau

régulation de la transcription

activation des facteurs de transcription (FT) par stimulation des récepteurs membranaires

La régulation de la transcription initiée par les récepteurs nucléaires des médiateurs:

Liaison des médiateurs lipophiles aux récepteurs nucléairesrégulation de la transcription

activation des récepteurs nucléaires (R), facteurs de transcriptions activés par liaison d ’un médiateur.

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II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation

II-1 La régulation de la transcription des gènes

II-2 La phosphorylation de protéines et les messagers intracellulaires

II-3 L ’intervention du calcium

II.2- La phosphorylation de protéines et les messagers intracellulaires

La phosphorylation de protéines intracellulaires (sur les résidus séryls, thréonyls ou tyrosyls) est un mécanisme commun à la plupart des voies de signalisation issues de la membrane plasmique.

Ce processus peut intervenir:

- en première position

- plus tardivement

-en première position: dans la signalisation des récepteurs à activité protéine kinase

Récepteurs à activité protéine kinase protéines phosphorylées réponses cellulaires (croissance et multiplication cellulaire)

Cf chapitre les récepteurs membranaires des médiateurs cibles de médicament

- plus tardivement: dans la signalisation caractérisée par l’augmentation de messagers intracellulaires:

- AMPc

- GMPc

- diacylglycérol=DAG

- ions calcium

Phosphorylation de protéines via les messagers intracellulaires AMPc, GMPc, DAG, ions calcium:

-AMP cyclique: généré à partir d’ATP par les adénylates cyclases (enzymes membranaires dont l’activité peut être stimulée ou inhibée par liaison d ’agonistes aux RCPG). Stimule la protéine kinase A: PKA

Phosphorylation de protéines via les messagers intracellulaires AMPc, GMPc, DAG, ions calcium:

- GMP cyclique: généré par les récepteurs à activité guanylate cyclase et par les guanylates cyclases cytosoliques activées par liaison du NO (cf chapitre récepteurs nucléaires des

médiateurs cibles de médicaments). Active la protéine kinase G: PKG

Phosphorylation de protéines via les messagers intracellulaires AMPc, GMPc, DAG, ions calcium:

- le diacylglycérol, DAG: généré à partir du lipide membranaire phosphatidylinositol diphosphate par la phospholipase C. Stimule la protéine kinase C: PKC

- les ions calcium: lorsque leur concentration cytosolique est augmentée (cf chapitre les protéines de

perméabilité membranaire cibles de médicaments), le calcium lié à la calmoduline stimule les Cam-kinases

Phosphorylation de protéines par les multiples protéines kinases sont responsables de réponses transcriptionnelles, métaboliques, contractiles ou sécrétrices variées

Exemple de l ’AMPc et de la PKA: activation de la lipolyse par phosphorylation de la triglycéride lipase

AMPc

PKA inactive PKA active

triglycéride lipase inactive

triglycéride lipase active P

Triglycérides, diglycérides

Acides gras libres et glycérol

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II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation

II-1 La régulation de la transcription des gènes

II-2 La phosphorylation de protéines et les messagers intracellulaires

II-3 L ’intervention du calcium

II.3- L ’intervention du calcium

La concentration cytosolique des ions Ca2+ dans la cellule au repos est très faible: 10-7 M.

L ’augmentation du taux de calcium, jusqu ’à 10-5 M entraîne des réponses contractiles, sécrétoires ou métaboliques.

Contrairement aux autres ions, les ions Ca2+ ont un rôle de messager intracellulaire

Quand la concentration augmente (influx de calcium extracellulaire ou mobilisation des stocks de calcium du réticulum), les ions Ca2+ se lient à de petites protéines:

- la troponine C

- la calmoduline

- les synaptotagmines

-la troponine C:

localisée au niveau de l’appareil contractile des fibres musculaires squelettiques et cardiaques.

Augmentation de Ca2+ favorise la contraction musculaire et la force de contraction cardiaque (effet inotrope positif)

Muscle strié

liaison Ca - troponine C interaction actine-myosine contraction

- la calmoduline:

analogue ubiquitaire de la troponine C.

Liaison calmoduline à 4 ions calcium augmentation de l’activité de certaines enzymes (Cam-kinase, kinase des chaines légères de myosine; MLCK) contraction

Muscle lisse

liaison Ca - calmoduline activation MLCK myosine phosphorylée contraction

- les synaptotagmines:

petites protéines localisées dans les extrémités des neurones

Assurent la sécrétion de neuromédiateurs par exocytose

Augmentation de calcium consécutive à l ’ouverture de canaux calciques sous l ’influence de l ’influx nerveux

Neurones

liaison Ca - synaptotagmines exocytose de neuromédiateurs

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II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation

III-Les alternatives médicamenteuses

III-Les alternatives médicamenteuses

L’alternative médicamenteuse (possibilité de remplacer un médicament par un autre) se pose à deux stades:

-lors de la conception

-lors de la prescription

Lors de la conception:

pour l’industrie pharmaceutique, proposition de médicaments de cible originale en alternative aux médicaments conventionnels pour obtenir une réponse thérapeutique semblable

Lors de la prescription :

Choix d’une cible offrant le meilleur rapport bénéfice/risque parmi les différentes cibles offrant une réponse thérapeutique semblable

Le choix peut s’exercer entre:

-un médicament princeps et ses génériques

-un médicament chef de file et ses successeurs de structure proche

-des médicaments initiant des réponses semblables en se liant à des cibles distinctes (exemples des alternatives médicamenteuses suivantes)

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II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation

III-Les alternatives médicamenteuses

Exemple du système rénine angiotensine aldostérone

Le système rénine angiotensine aldostérone

1889: TigerstedtExtraits aqueux du cortex de lapin induisent une HTANature protéinique

1930-1940: Goldblatt HTA par ligature d’une artère rénaleNature hormonale d’origine rénale

1939-1940: Page, Braun-MenedezActivité enzymatique de la rénineLa substance existe sous forme d’un précurseur

1954-1956: SkeggsIsolement et séquençage de l’angiotensine I etprécurseur angiotensinogèneAngiotensine II = forme activeAction pressive immédiate et retardée

1954 Gross, Goormaghtigh et HartroftStockage de la rénine par les artérioles de l’appareil juxtaglomérulaire du rein (=fonction endocrine) Relation inverseavec la charge sodée

1958 GrossLien direct entre le SRA, l’aldostérone et la balance sodée

1960 GenestL’administration d’AII augmente la sécrétion d’aldostérone

La système rénine angiotensine aldostérone

- Système impliqué dans de nombreuses régulations (pression artérielle +++)

-3 composants: •Rénine •angiotensine •enzyme de conversion de l ’angiotensine (ACE ou ECA)

Angiotensinogène

Angiotensine I

Angiotensine II

Rénine

Enzyme de conversion de

l’angiotensine (ECA)

452 AA

10 AA

8 AA

SRA: un précurseur, 2 enzymes, 1 effecteur

•Rénine :Enzyme d’origine rénale. Scinde l’angiotensinogène en angiotensine I

•angiotensine : 2 formes I et II. Angiotensine I peptide inactif. Angiotensine II induit l’effet biologique

•enzyme de conversion de l ’angiotensine (ACE): permet la transformation angiotensine I en angiotensine II

L ’ Angiotensinogène:

Précurseur des angiotensines (pro-hormone)

Synthèse majoritairement hépatique

Production dans d ’autres organes : faible à l ’état basal mais stimulable en conditions pathologiques (cerveau, cœur, vaisseaux, reins)

La rénine:

Synthèse par les cellules à rénine de l ’appareil juxta glomérulaire (Rein)

Stockage dans des granules

Diffusion dans tous les tissus

Localisation extrarénale :Foie, surrénale, rate, ovaire, œil, cellules chorioniques (prorénine)

L ’angiotensine I :

Décapeptide inactif

Produit par action de la rénine sur l ’angiotensinogène

Production et métabolisme locaux

Enzyme de Conversion de l’angiotensine: Synthèse principalement par l ’endothélium vasculaire (+ épithéliums du tubule rénal, intestin…)

Nombreux substrats: Bradykinine, enképhaline…

3 formes:Membranaire: Endothélium, CMLv, epithélium, rein, cerveau,…Circulante : Sécrétée par l’endothélium vasculaire et les

macrophagesTesticulaire

L’angiotensine II:

Produit par action de l ’ECA sur l ’angiotensine I

Deux récepteurs connus

AT1 et AT2

Effets vasculaires de l ’angiotensine II= vasoconstricteur

Localisation AT 1 AT 2

CML 100% 0%

Hépatocyte 100% 0%

Corticosurrénale 80% 20%

Médullosurrénale 10% 90%

SNC 10% 90%

Organisation fonctionnelle du vaisseau

Cellules musculaires lisses= EffecteurPermet de faire varier le diamètre du vaisseau

Endothélium =TransducteurInterface sang/paroi vasculaire. Capte des informations au niveau du sang et les traduit en réponse physiologique

Vasoconstriction et vasodilatationVasoconstriction et vasodilatation

Vasoconstriction Vasorelaxation

Angiotensinogène

Angiotensine I

Angiotensine II

Rénine

Enzyme de conversion de l’angiotensine (ECA)

Dans les vaisseaux, angiotensine II se fixe sur les récepteurs AT1 vasoconstriction= augmentation de la pression artérielle

Contraction

Endothélium

Muscle lisse

PLC

Ca

ET-1

AT1Ang II

ETA AT1 Ang II

Les effets physiologiques de l’angiotensine II:

Vaisseaux: vasoconstriction

Cœur: inotrope positif

Système nerveux central: augmente commande sympatique

Rein: stimule la sécrétion d ’aldostérone, augmente la réabsorption du Na et eau

•Effets biologiques de l’angiotensine II:

•Se lie à ses récepteurs membranaires vasculaires avec un effet vasoconstricteur

•Se lie à ses récepteurs surrénaliens pour stimuler la sécrétion d’aldostérone= hormone antidiurétique

Effet vasoconstriteur et effet antidiurétique concourent à l’augmentation de la PA: HTA

Les molécules thérapeutiques de ce système:

Les ligands d’intérêt thérapeutique des cibles pharmacologiques de ce système à visée principalement antihypertensive sont:

- Les inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine : IEC: pril ou prilate

- Les antagonistes des récepteurs de l’angiotensine II: ARA II: sartan

- Les inhibiteurs de la rénine: kiren

Les inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine : IEC: pril ou prilate

Ils inhibent la conversion de l’angiotensine I en angiotensine II. Ils inhibent donc les effets liés à la synthèse d’angiotensine II IEC

-

Les inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine : IEC: pril ou prilate

Ils inhibent la contraction vasculaire et inhibent la production d’aldostérone

Ils augmentent les concentrations de bradykinine en inhibant la dégradation de la bradykinine

IEC

-

- -

Inhibiteurs de l’enzyme de conversion : responsables de la baisse de l’Ang II et de l’accumulation de

Bradykinine (Captopril, Enalapril, Perindopril, Lisinopril)

Indications HTA, Insuffisance cardiaque

Angiotensine I BradykinineEnzyme de conversion de

l’angiotensine (ACE)

Angiotensine II Peptides inactifs

-

- -

Les antagonistes des récepteurs de l’angiotensine II: ARA II: sartan

Antagonistes des récepteurs AT1 (situés au niveau vasculaire et corticosurrénale)

Même effet que les IEC au niveau vasculaire et production d’aldostérone mais pas d’effet sur la bradykinine: moins d’effets secondaires: toux

-

ARA II

Récepteurs AT1

- -

Angiotensine I BradykinineEnzyme de conversion de

l’angiotensine (ACE)

Angiotensine II

Peptides inactifs

Récepteur AT1

Antagonistes des Récepteurs AT1 : (Losartan, Valsartan)Indications HTA, Insuffisance cardiaque

-

Les inhibiteurs de la rénine: kiren

aliskirène

Bloque la transformation angiotensinogène en angiotensine I

aliskirène

-

Pour le choix des antihypertenseurs, choix entre:Les molécules thérapeutiques de ce système:- Les IEC- Les ARA II- Les inhibiteurs de la rénine

Mais aussi:- Les antagonistes de l’aldostérone- Les diurétiques-Les inhibiteurs calciques- Les bétabloquants- Les alphabloquants- Les dérivés nitrés- Les antihypertenseurs d’action centrale

Les antagonistes de l’aldostérone:Cf chapitre récepteurs nucléaires des médiateurs cibles de médicaments: la spironolactone

Les diurétiques:Ils se lient aux transporteurs ioniques assurant la réabsorption au niveau des nephrons: le furosémide

Les inhibiteurs calciques:Ils bloquent les canaux calciques des CML s’opposant à la vasoconstriction: la nifédipine

Les bétabloquants:Antagonistes des récepteurs béta adrénergiques: le propranolol

Les alphabloquants:Antagoniste des récepteurs alpha 1 adrénergiques: la prazosine

Les dérivés nitrés: Donneurs de NO: vasodilatation

Les antihypertenseurs d’action centrale

Conclusions

Nombreux médicaments à disposition permettant de traiter la même pathologie.

Choix thérapeutique en fonction des pathologies associées, des antécédents du patient…

Choix d’une cible thérapeutique offrant le meilleur rapport bénéfice/risque