de la cible du médicament à la réponse de lorganisme
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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
Plan
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)
Plan
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
Plan
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.
Plan
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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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