5 - Récepteurs nucléaires - Génie Biologique

PHARMACOLOGIE GENERALE
BLG 121
PHARMACOLOGIE DES RECEPTEURS NUCLEAIRES
Cours du 02 Décembre 2010
O. Hennebert, PhD
CNAM, PARIS
[email protected]
- Superfamille de protéines se liant au promoteur de gènes
pour augmenter ou réprimer leur transcription = facteurs
de transcription activés par la liaison d’un médiateur
- 75 membres chez l’homme ; 50% : récepteurs orphelins
- Participent au contrôle de différents processus cellulaire et
régulent une variété de fonctions biologiques (métabolisme,
croissance, développement, reproduction)
- Il existe des effets rapides non génomiques (exemples: GR, ER)
Classes
Classe I
Récepteur et
sous types
TR
α, β
dénomination
ligands
R des hormones thyroïdiennes
Hormone thyroïde
(T3)
RAR α, β, γ
R de la vitamine A ou acide
rétinoïque
Acide rétinoïque
VDR
R de la vitamine D
1-25(OH)2 vitamine
D3
PPAR α, β, γ
R des proliférateurs de
peroxisomes
Eicosanoïdes,
fibrates, glitazones,
acides gras
PXR
R des pregnanes
Pregnanes,
stéroïdes
CAR/MB67 α, β
R de l’androstane
Androstanes
LXR
R X du foie
Oxystérols
FXR α, β, γ
R X des farnésoïdes
Acides biliaires
Classes
Classe II
Classe III
Récepteur et
sous types
dénomination
ligands
RXR α, β, γ
R X des rétinoïdes
Acide rétinoïque 9-Cis
HFN-4 α, β, γ
R du facteur 4 hépatique
Acyl-CoA thioesters
TR2 α, β
R testiculaire
Inconnu
MR
R des minéralocorticoïdes
Minéralocorticoïdes
GR
R des glucocorticoïdes
Glucocorticoïdes
AR
R des androgènes
Androgènes
PR A, B
R des progestagènes
Progestérone
ER α, β
R des estrogènes
Estradiol
ERR
R apparenté à ER
inconnu
-Ligands lipophiles: hormones circulantes traversant la mb
plasmique (1), molécule synthétisée par la cellule (2), métabolite
cytosolique d’un composé extra-cellulaire (3)
- Pour certains translocation du cytoplasme vers noyau après
interaction avec le ligand (4)
4)
Structure des récepteurs (1)
Liaison du ligand (LBD)
NH2
A/B
C
AF-1
Liaison à l’ADN
transactivation
(ADB)
D
E
F
AF-2
COOH
Structure des récepteurs (2)
 Domaine A/B : hypervariable, contient AF-1, activité promoteur
et cellule-spécifique. Sites de phosphorylation et de fixation de
cofacteurs
 Domaine C : le plus conservé, il comprend
- 3 hélices α
- 2 doigts de zinc = 60-70 aa
- 1 domaine C terminal = CTE
 Domaine D : région charnière peu conservée, permet la flexibilité de
la protéine, signal de localisation nucléaire, co-répresseurs
 Domaine E : liaison au ligand ; domaine d’activation de la
transcription AF-2 (cofacteurs) ; interaction avec les protéines hsp ;
dimérisation
Structure des récepteurs (3)
Mode d’action des récepteurs nucléaires (1)
Modification de l’expression génique
Ligand
Récepteur
ADN
Elément de réponse
HRE
Séquence promotrice
Séquence codant la protéine
Gène d’une protéine cible
Mode d’action des récepteurs nucléaires (2)
 Les HRE sont situés dans la région promotrice des gènes ou
dans les séquences enhancer qui peuvent être localisées à
plusieurs kb des promoteurs
 Deux séquences consensus de 6 pb ont été identifiées:
- AGAACA (principalement les récepteurs des hormones
stéroïdiennes
- AGG/TTCA (les autres récepteurs)
 Les récepteurs nucléaires peuvent se lier aux HRE sous forme
monomérique, homodimérique ou hétérodimérique
Mode d’action des récepteurs nucléaires (3)
Mode d’action des récepteurs nucléaires (4)
Interaction d’un monomère: un seul motif héxamérique, dans
ce cas il est précédé d’une séquence riche en AT (2-6 pb) qui
est reconnue par la région C-terminale de la protéine
 Interaction d’un dimère: séquence en palindrome, palindrome
inversé ou répétitions directes (1-5 nucléotides entre les HRE)
Monomères
NGF1-B, ERB, ERR
Homodimères
GR, ER, PR, AR, MR
A/T
Palindrome
Mode d’action des récepteurs nucléaires (5)
Homodimères
RXR acide rétinoïque 9-cis
Séquences répétées directes
Hétérodimères
Récepteurs de classe I
Séquences répétées directes
Mode d’action des récepteurs nucléaires (6)
Activation des récepteurs nucléaires par le ligand (1)
- Les récepteurs cytoplasmiques, associés à des protéines
chaperonnes hsp (heat shock protein) et à d’autres protéines au
sein d’un complexe multiprotéique
en présence du ligand R se dissocie du complexe,
translocation dans le noyau et activation (GR, AR, PR, MR et ER)
cytosol
noyau
hormone
HSP90
translocation
HSP90
60 kD
HSP70
HSP90
HSP70
60 kD
HSP90
ADN
Activation des récepteurs nucléaires par le ligand (2)
- Le récepteur est activé par changement de conformation de la
protéine après fixation du ligand: transconformation
Activation des récepteurs nucléaires par le ligand (3)
RXR RAR
RXR PPAR
+
RXR RAR
RXR PPAR
+
RXR RAR
RXR PPAR
+
RXR PPAR
+++
+++
Effets sur la transcription des gènes (1)
transactivation
transrépression
transrépression
2 modes d’action possibles sur la transcription:
– Mécanisme lié à l’interaction du R à l’ADN sur des HRE: activation
(Transactivation) ou inhibition (Transrépression) si HRE négatifs (nHRE)
- Mécanisme indépendant de la fixation du R à l’ADN par inhibition ou par
synergie avec d’autres FT (AP1, NFkB), restriction de la réponse hormonale (TR,
ER, RAR, GR): « transcriptional cross-talk »
Effets sur la transcription des gènes (2)
Les récepteurs nucléaires modifient la vitesse de formation du
complexe de préinitiation de la transcription soit directement soit
via des co-régulateurs
Effets sur la transcription des gènes (3)
Interaction avec des co-activateurs de 3 types différents
Remodelage de la
chromatine ATPdépendante
SWI/SNF
Acétylation des histones Recrutement du
= modification structure complexe d’initiation
de la transcription
chromatinienne
pCAF/CBP
/p160
Complexe
TRAP/DRIP
Effets sur la transcription des gènes (4)
Désacétylation des histones
Acétylation des histones
Compaction de la chromatine
Déstabilisation des nucléosomes
Inhibition de la liaison du complexe
de pré-initiation
Arrivée du complexe de préinitiation
Co-répresseurs
Inhibition de la transcription
Co-activateurs
Activation de la transcription
Physiologie et pharmacologie des RN de classe I (1)
R. des hormones thyroïdiennes
- TRα et TRβ provenant de 2 gènes différents
Hétérodimères
TR
- Affinité plus élevée pour la triiodothyronine (T3) que
pour l’hormone thyroïdienne tétraiodée (T4)
- Récepteurs de la classe I actifs sous formes
d’hétérodimères
- Expression et localisation sélective: TRα largement
exprimé chez le fœtus, TRβ après la naissance
- Transcription de nombreux gènes codants des
enzymes impliquées dans le métabolisme énergétique
Séquences répétées directes
Physiologie et pharmacologie des RN de classe I (2)
R. des hormones thyroïdiennes
I-
thyroglobuline
Thyroïde
peroxydase
5’ désiodase
I-
Tissu cible
Physiologie et pharmacologie des RN de classe I (3)
R. des hormones thyroïdiennes
- Développement du système nerveux central : maturation, connexion
neuronales et myélinisation
- Croissance et le développement du squelette :
-Période fœtale (différenciation et maturation osseuse),
-Période postnatal (croissance en synergie avec GH et dans la
différenciation et maturation osseuse)
- Régulation du métabolisme basal, hyperglycémiante,
hypocholestérolémiante
- Régulation du métabolisme hydro minéral: augmente filtration
glomérulaire et débit sanguin rénal
- Au niveau tissulaire: cardiaque, musculaire, digestif, hématopoïèse
Physiologie et pharmacologie des RN de classe I (4)
R. des hormones thyroïdiennes
Agonistes et antagonistes:
- agonistes sélectifs du TRβ : en cas d’hypothyroïdie (effets
métaboliques favorables)
- éviter agonistes TRα :effets secondaires cardiaques graves
- antagonistes: pas d’utilisation thérapeutique (chirurgie ou
iode radioactive)
Antithyroïdiens de synthèse:
- inhibe la synthèse des hormones en bloquant l’activité
peroxydase
Physiologie et pharmacologie des RN de classe I (5)
R. de la vitamine D
- VDR actif sous forme d’hétérodimère avec RXR, se fixe sur les
sites VDRE, à proximité du site de liaison de RXR
- Vitamine D (=une hormone) synthétisée à partir du déhydro-7cholestérol par la peau sous l’influence des rayons UV.
- forme active: calcitriol (1,25 dihydroxyvitamine D3)
Physiologie et pharmacologie des RN de classe I (6)
R. de la vitamine D
- Effets métaboliques: augmentation de l’absorption
digestive du Ca2+ et du phosphate via l’augmentation
des calbindines
- Effets immunomodulateurs :inhibition de prolifération
des LT, inhibition de la sécrétion de cytokines. Effet
bénéfique dans le rejet de greffe (expérimental!!!).
- Action pharmacologique des agonistes: rachitisme,
métabolisme calcique et rejet des allogreffes.
Physiologie et pharmacologie des RN de classe I (7)
R. de la vitamine A
- Récepteurs RAR (α1-2, β1-4, γ1-2) et RXR (α, β, γ)
- Vit A (rétinol) contenue dans les aliments, les
végétaux contiennent des carotènes hydrolysés en
2 rétinol, rétinoïdes=dérivés de la vit A
- RAR actifs sous forme d’hétérodimères avec RXR
Hétérodimères
RAR
Séquences répétées directes
Physiologie et pharmacologie des RN de classe I (8)
R. de la vitamine A
- Indispensable à la vision nocturne, intervient dans la réponse
immunitaire, la croissance des tissus épithéliaux, différentiation
neuronale et croissance des neurites.
-Effets pharmacologiques de la vitamine A:
- Effets tératogènes d’où contre-indication en cas de grossesse
- Vit A : traitement des carences alimentaires (malnutrition),
carences d’absorption, au niveau de la cornée (cicatrisation et
anti-œdème)
- Vitamine A acide: carences d’absorption, anti-acnéique
-Nouvelles approches: propriétés anti-cancéreuses des rétinoïdes
naturels et de synthèse
induction de l’apoptose
Physiologie et pharmacologie des RN de classe I (9)
R. PPAR
Hétérodimères
PPAR
- 3 isoformes: α, β/δ, et γ 1-2
- PPARs sous forme d’hétérodimères avec
RXR, se lient aux PPRE
- PPARα : tissu adipeux, foie, rein, cœur,
- PPARβ/δ : la plupart des tissus,
- PPARγ : tissus adipeux mais aussi
muscles squelettique, foie, monocytes,
macrophages
Séquences répétées directes
Physiologie et pharmacologie des RN de classe I (10)
R. PPAR
PPARα : les fibrates agonistes des récepteurs
- activation d’entrée d’AG dans les cellules et β oxydation
- stimulation de Σ des corps cétoniques et modulation de Σ des
apoAI et apoAII
- augmentation de Σ de glucose via activation des gènes de la
néoglucogenèse
- diminution de la transamination et désamination des AA et de
la synthèse de l’urée
Physiologie et pharmacologie des RN de classe I (11)
R. PPAR
PPARγ : les glitazones et dérivés de la PGD2 (15-déoxy-Δ12,14prostaglandine J2) agonistes des récepteurs
- différenciation des préadipocytes en adipocytes
- augmentation de la sensibilité à l’insuline
- rôle dans l’athérosclérose
- cancérologie
Modèle d’interaction des FT
majeurs de l’adipogenèse
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (1)
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (2)
R. des minéralocorticoïdes
Homodimères
MR
-Récepteur dans le cytosol en absence de ligand
-Localisé dans les cellules des tubules distaux de néphrons (rein)
-Aldostérone, principal minéralocorticoïde
-Σsée dans la zone glomérulée du cortex surrénalien
-Sécrétion stimulée par angiotensine, ACTH, ↑ kaliémie
-Sécretion inhibée par ANF et dopamine
Palindrome
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (3)
R. des minéralocorticoïdes
Pole luminal
H2O
K+
aldostérone
2 K+
Na+
++
ADP
ATP
Pole sanguin
3 Na+
H2O
Aldostérone:
- antidiurétique
- antinatriurétique
- kaliurétique
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (4)
R. des minéralocorticoïdes
Effets pharmacologiques des minéralocorticoïdes
- agonistes de synthèse
- indiqués principalement en cas d’insuffisance surrénalienne
- indiqués dans des cas d’hypotension
- Antagonistes
- diurétiques hyperkaliémants
- diurétiques d’épargne de potassium
-Indiqués dans le traitement de l’hyperaldostéronisme, HTA et
dans les états oedémateux
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (5)
R. des glucocorticoïdes
-2 récepteurs issus d’un même gène (GRa et b)
Homodimères
MR
-Associé à HSP90 en absence d’hormones
-Localisation subcellulaire sous cette forme
-En présence d’hormones, associé à l’ADN
-GRE pas tous identiques (GRE négatifs)
-Cortisol ou hydrocortisone, corticoïde endogène
Palindrome
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (6)
R. des glucocorticoïdes
Transactivation
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (6)
R. des glucocorticoïdes
Transrépression
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (7)
R. des glucocorticoïdes
Transrépression
indépendante de la
liaison à l’ADN
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (8)
R. des glucocorticoïdes
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (9)
R. des glucocorticoïdes
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (10)
R. des glucocorticoïdes
Effets pharmacologiques des glucocorticoïdes
Agonistes naturels (cortisol, hydrocortisol, cortisone):
- indiqués en cas d’insuffisance surrénalienne chronique
- indiqués dans des réactions inflammatoires et allergiques
Agonistes de synthèse:
- Peu ou pas d’effet minéralo, efficace à plus faible dose
- Sous forme d’aérosol dans le traitement de l’asthme
Antagonistes:
- pas d’indication thérapeutique
- mifepristone (RU486) expérimental!!!!!
- molécules à activité anti-glucocorticoïdes naturelles
(inhibiteurs de la 11β-hydroxystéroïde-deshydrogénase)
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (11)
R. des hormones sexuelles
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (12)
R. des hormones sexuelles
hypothalamus
Organes cibles
hypophyse
FSH
GnRH
-
-
spermatogenèse
LH
testostérone
FSH
GnRH
-
Croissance folliculaire
-
LH
oestrogènes
progestérone
Ovulation
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (13)
R. des androgènes
Homodimères
AR
-Récepteur subcellulaire en absence de ligand
-Localisé dans cerveau, organes sexuels
-Plusieurs ARE (affinité différente pour AR)
-Nombreux co-activateurs et répresseurs associés aux AR
-Testostérone et dihydrotestostérone
-Sécrétion testiculaire sous contrôle de la LH
-DHT dans organes sexuels, prostate et vésicules
séminales
-Testostérone dans muscle et hypophyse
Palindrome
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (14)
R. des androgènes
- oriente le phénotype masculin à partir de 8 semaines d’aménorrhée
- à la puberté: développement des caractères sexuels secondaires
- Maintient des organes sexuels Iaires et IIaires, spermatogenèse
- anabolisant avec développement musculaire
- Stimulation de la croissance par anabolisme protéique
- Effets sur les glandes sébacées
- Effets centraux : agressivité
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (15)
R. des androgènes
Effets pharmacologiques :
- Effets secondaires très importants
Médiateurs physiologiques:
- visée substitutive dans l’hypogonadisme masculin
- états de dénutrition de la sénescence avec apport protéique
Agonistes androgènes de synthèse:
- anabolisants (muscle, os et moelle osseuse)
-rapport anabolisant/virilisant (x de 4 à 20 selon l’agoniste)
-utilisation thérapeutique dans les aplasie médullaires
Antiandrogènes:
- inhibiteur de 5-α-réductase (pas d’effet sur muscle et libido)
-antagoniste utilisé dans le traitement du cancer de la prostate
métastasé
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (16)
R. de la progestérone
Homodimères
PR
-2 récepteurs PR-A et B
-Localisé dans cerveau et utérus (répartition cellulaire sélective)
-Plusieurs PRE
-Nombreux co-activateurs et répresseurs associés aux PR
-Progestérone (ovaires, testicules, surrénales, SNC, placenta)
-Sécrétion folliculaire sous contrôle de la LH
Palindrome
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (17)
R. de la progestérone
Rôles physiologiques :
- développement de la dentelle utérine par l’endomètre
- diminution de la contraction utérine au niveau du myomètre
- supprime la sécrétion de la glaire cervicale
- hyperthermisante
- maintient de la gestation (inhibition de l’ovulation)
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (18)
R. de la progestérone
Effets pharmacologiques :
- progestérone et dérivés proches n’ont pas d’effet
antigonadotropes
- stimulation des récepteurs GABAA
- blocage compétitif du R. de l’adostérone
- inhibiteur de 5α-réductase (effet antiandrogénique)
- progestatifs de synthèse à noyau pregnane:
- contraceptifs car antigonadotropes
- antiœstrogéniques (glaire cervicale)
- norstéroïdes:
- contraception d’urgence à forte dose
- L’antagoniste RU486, mifépristone utilisé dans les IVG
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (19)
R. de la progestérone
FSH
↓GnRH
↑-
Croissance folliculaire
↑-
↓ LH
Progestérone
de synthèse
Ovulation
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (20)
R. des oestrogènes
Homodimères
ER
-2 sous types de récepteurs ER-α et β (2 gènes distincts)
-Localisé dans les organes sexuels, les os le foie et le cerveau
-Plusieurs ERE
Palindrome
-Nombreux co-activateurs et répresseurs associés aux ER
-17β-oestradiol, estriol et estrone (ovaires, testicules, tissus adipeux, SNC)
-sous contrôle de la LH
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (21)
R. des oestrogènes
Rôles physiologiques :
- effets métaboliques s’opposant à l’ostéoporose
- légèrement anabolisant en synergie avec les androgènes
- diminue LDL et augmente HDL (protecteur vis-à-vis de
coronaropathies et l’infarctus du myocarde)
- multiplication des cellules de l’endomètre et du myomètre
- sécrétion de la glaire cervicale
- glande mammaire (développement)
Physiologie et pharmacologie des RN de classe III (22)
R. des oestrogènes
Effets pharmacologiques :
complexes du fait des paramètres pharmacocinétiques
- Agonistes naturels « dits fort »:
- insuffisance ovarienne ou hypothalamo-hypophysaire
- Agonistes faibles:
- à forte dose et répétée : effet oestrogénique
- à faible dose et peu répétée: agoniste partiel voir antagoniste
(cas du tamoxifène, agoniste dans le tractus génital, antagoniste
au niveau de la glande mammaire…)
- Antagonistes: modes d’action complexes dépendant du tissu
cible (différents sites de fixation sur le ER)
- traitement du cancer du sein métastasé ou non
(antioestrogènes)
- stimulation de l’ovulation (blocage du retrocontrôle
négatif sur LH et FSH)
- hormonothérapie substitutive (ménopause)
ANNEXES
Schéma général du métabolisme
Glycolyse
Néoglucogenèse
Cétogenèse
Utilisation des corps cétoniques
Si accumulation dans le sang des corps cétoniques : acidose (pH sanguin acide)
et coma