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