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2015-2016 Les récepteurs membranaires Les récepteurs membranaires – UE10: Pharmacologie Moléculaire Semaine : n°2 (du 01/02/2016 au 05/02/2016) Date : 04/02/2016 Heure : de 10h00 à 12h00 Binôme : n°40 Professeur : Pr. Gressier Correcteur : n°42 Remarques du professeur • D'après le professeur, les familles de récepteurs ne sont jamais demandées à l'examen PLAN DU COURS I) Introduction II) Récepteurs membranaires à protéines G A) Structure B) Rôles et fonctionnement des protéines G C) Autres protéines G : Petites protéines G III) Voies effectrices mises en jeu par les récepteurs membranaires à protéines G : Adénylate Cyclase A) Structure B) Fonction de l'adénylate cyclase 1/8 2015-2016 I) Introduction Les récepteurs membranaires Un récepteur est une structure moléculaire de nature polypeptidique, qui va interagir de façon spécifique avec un messager (hormone, médiateur, cytokine, médicament). Cette interaction va créer une modification du récepteur qui va être activé, ce qui va entraîner l'ouverture d'un canal ou une réaction enzymatique qui permet de transmettre une action à un effecteur qui est distant du récepteur. Ces récepteurs sont localisés : – dans la membrane plasmique pour les récepteurs membranaires – dans le noyau ou cytosol pour les récepteurs nucléaires La densité, c'est à dire le nombre de récepteurs au niveau cellulaire, est régulée : – Elle diminue si la concentration du médiateur augmente : on parlera de down regulation, On a possibilité d'une internalisation de certains récepteurs, on peut avoir une désensibilisation, un découplage d'effecteur, l'internalisation ou la dégradation du messager... – Elle augmente si la concentration du médiateur diminue : on parlera d'up regulation, elle comporte souvent des réactions de phosphorylation ou de déphosphorylation de la partie intracellulaire du récepteur, cela pouvant expliquer des phénomènes d'hypo ou hypersensibilité à un médiateur ou à un médicament. ➢ Les 4 différents types de récepteurs membranaires : – Récepteurs à activité canal ionique → « récepteur canal » – Récepteurs à activité guanylyl cyclase : produisant du GMP cyclique – Récepteurs à activité protéine kinase ou associés à une protéine kinase cytosolique – Récepteurs couplés à protéine G Un médiateur donné peut correspondre à différents récepteurs appartenant à des groupes définis. Exemple : Un médiateur physiologique comme l'Acétylcholine qui est un para sympathomimétique, va pouvoir se lier à : – des récepteurs muscariniques qui sont des récepteurs membranaires à protéines G – mais aussi à des récepteurs nicotiniques qui sont des récepteurs à canal ionique. II) Récepteurs membranaires à protéines G A) Structure Ils sont de nature polypeptidique et ils comportent 3 parties : – une partie extracellulaire NH2 terminale qui va porter le site de liaison avec le médiateur ou avec le médicament – une partie transmembranaire à 7 hélices : 7 domaines transmembranaires hydrophobes – une partie intracellulaire COOH terminale en contact avec la protéine G qui va assurer le transfert et l'amplification du signal qui a été reçu par leurs récepteurs 2/8 2015-2016 Les récepteurs membranaires La liaison spécifique entre ces récepteurs et les médiateurs va être caractérisée par une affinité élevée, une saturabilité et une réversibilité. Suite à cette liaison spécifique, on obtient un effet biologique. ➢ Pour l'extrémité NH2 terminale : – elle est située dans le milieu extracellulaire – elle comporte des sites de glycosylation (souvent des résidus asparagine) dont le nombre et la localisation diffèrent selon le type ou le sous type de récepteur – Récepteur Beta 2 = adrénergique, possède 2 sites de glycosylation – Récepteur M1 = muscarinique, possède 3 sites de glycosylation ➢ Extrémité COOH terminale : – située du côté cytoplasmique – Contient des sites de phosphorylation (résidus sérines et thréonines) avec une 3ème boucle cytoplasmique – Contient des sites phosphorylés par des protéines kinases quand le récepteur est dans son état activé – Le rôle de ces sites phosphorylés est de fixer les protéines régulatrices qui empêchent le couplage des récepteurs aux protéines G, ce qui fait internaliser leur récepteur qui devient désactivé. Cela correspond à une désensibilisation avec une diminution de la réponse biologique – Rôle de l'extrémité COOH terminale : elle est impliquée dans la liaison avec les protéines G Les segments transmembranaires sont formés d'hélices alpha disposées perpendiculairement par rapport à la bicouche lipidique. Cette conformation est due à des liaisons hydrogène formées au sein de la protéine. Les 7 hélices alpha sont reliées entre elles par des boucles polypeptidiques (3 boucles extracellulaires courtes et 3 boucles intracellulaires plus ou moins longues). La boucle la plus importante est celle qui relie les segments transmembranaires 5 et 6. Il va présenter une grande variabilité en fonction des types de récepteur et est impliqué dans le couplage du récepteur à une protéine G. On a un nombre total de résidus d'Ac.Am qui peut être important (environ 300-1200) et qui est variable. Une hélice transmembranaire en regroupe plus de 20. La variabilité est liée à la longueur de l'extrémité NH2 3/8 2015-2016 Les récepteurs membranaires terminale extracellulaire, à la longueur des boucles intracellulaires et de l'extrémité COOH terminale. Ces récepteurs sont différenciés en familles de récepteurs en fonction du site d'interaction avec l'agoniste : – Famille 1 : 3 groupes – Famille 1a : récepteurs de petits ligands : noradrénaline, dopamine, sérotonine, acétylcholine. Le site d'interaction est situé entre les hélices au sein de la membrane, en particulier les hélices 3,4,5,6, ce qui délimite une poche hydrophobe qui intervient dans la liaison ligand-récepteur – Famille 1b : ce sont des récepteurs de peptides comme l'angiotensine, des cytokines. Les ligands vont agir avec l'extrémité NH2 terminale des boucles 1 et 2. – Famille 1c : ce sont des récepteurs aux hormones glycoprotéiques LH, FSH, TSH. Ils interviennent avec la longue extrémité NH2 terminale et avec la première boucle extracellulaire – Famille 2 : récepteurs à hormones protéiniques à poids moléculaire important comme le glucagon, la PTH et la calcitonine. Les ligands interagissent avec l'extrémité NH2 terminale et quelques résidus de la première boucle intracellulaire – Famille 3 : pour le GABA, les récepteurs au glutamate . Les ligands agissent uniquement avec l'extrémité NH2 terminale B) Rôles et fonctionnement des protéines G Elles assurent la transduction de l'activation d'un récepteur par un agoniste (qui peut être soit un médicament, soit un médiateur), ce qui entraîne une réponse biologique. En pratique, l'effet observé dépend surtout de la sous unité alpha de la protéine G. Chaque protéine G est un hétérotrimère constitué de 3 sous unités différentes : alpha-beta-gamma La stimulation du récepteur par un médicament agoniste ou un médiateur physiologique entraîne une modification de la conformation → ce qui entraîne une dissociation de alpha d'un côté, beta et gamma de l'autre. A l'état non actif : la sous unité alpha avec GDP est liée aux sous unités beta et gamma. 4/8 2015-2016 Les récepteurs membranaires L'activation du récepteur entraîne un échange entre le GDP fixé à alpha et le GTP cytosolique, on forme la sous unité alphaGTP ainsi phosphorylée qui va pouvoir se séparer des sous unités beta et gamma. La sous unité alpha-GTP migre dans la cellule et forme un complexe moléculaire avec l'effecteur. Cette sous unité va moduler l'activité d'enzymes qui vont différer en fonction du type cellulaire. L'hétérodimère beta gamma va pouvoir moduler d'autres activités enzymatiques, en particulier l'activité enzymatique de type phospholipase / MAPkinase ou alors des canaux sodiques ou calciques. C'est l'hydrolyse du GTP en GDP par la GTPase qui induit la dissociation de alpha GTP et entraîne le retour à l'état initial (alpha beta gamma). Il existe plusieurs types de protéines G qui se différencient surtout par la sous unité alpha : – Gs : permet l'activation de l'adénylate cyclase, ce qui va augmenter le taux d'AMPc – Gi : permet l'inhibition de l'adénylate cyclase, ce qui diminue le taux d'AMPc – Gq : permet l'activation de phospholipase C avec formation de 2 médiateurs : – – Inositol triphosphate : IP3 – Diacylglycérol : DAG Go : GK : ouverture de canaux potassiques GCa : ouverture de canaux calciques Gt : activation de phosphodiestérase Les protéines G servent au transfert de l'information du récepteur à des enzymes ou des canaux dont elles vont réguler l'activité . On a des toxines bactériennes qui peuvent altérer le cycle fonctionnel de protéines G : – – C) Toxine pertussique: elle est produite par l'agent de la coqueluche. Elle s'oppose à l'interaction du récepteur à la protéine G par un transfert du groupement ADP-ribosyl sur un résidu cystéine de l'extrémité C terminale de certaines sous unités alpha de protéines G : – La protéine G ne peut plus être dissocié – Les sous unités alpha et beta-gamma ne peuvent plus stimuler leur effecteur spécifique – ce qui va entraîner une diminution de l'effet des agonistes sur le récepteur Toxine cholérique : elle est produite par l'agent du choléra. Elle transfère un groupement ADP-ribosyl sur le site catalytique GTPasique. Elle va bloquer l'activité GTPasique de la sous unité alpha – La sous unité alpha reste associée au GTP et à l'effecteur – Stimulation permanente de l'adénylate cyclase avec production accrue d'AMP cyclique – Cette quantité d'AMPc produit va perturber l'équilibre hydrique intestinal qui va entraîner de très fortes diarrhées Autres protéines G : petites protéines G Le recours à l'échange GDP-GTP peut être utilisé par des petites protéines G. Ces petites protéines G sont des monomères qui possèdent une activité GTPasique intrinsèque, et se présentent sous 2 états : – état inactif : site occupé par le GDP 5/8 2015-2016 – Les récepteurs membranaires état actif : site occupé par le GTP L'activation des petites protéines G se fait en amont de la voie de signalisation et se traduit par une perte d'affinité pour le GDP, qui va être libéré dans le cytoplasme et qui va être remplacé par du GTP. La liaison au GTP entraîne un changement de conformation de la petite protéine G, favorable à l'interaction avec une protéine effectrice . On a un blocage du signal propagé par l'activité GTPasique intrinsèque. Le phosphate du GTP est scindé, on retrouve du GDP et la protéine se retrouve dans une conformation à faible affinité pour l'effecteur. Il y a des protéines qualifiées de régulatrices associées à ces petites protéines G : – Protéine GAP : GTPase activating factor : active l'hydrolyse du GTP – Protéine GEP : guanine nucléotide exchange protein : augmente l'échange du GDP en GTP +++ – Protéine GIP : GTPase inhibiting protein : inhibe l'activité GTPasique – Protéine GDI : GDP dissociator inhibitor : diminue l'échange du GDP en GTP Ces petites protéines G sont ancrées à la face interne de la membrane plasmique et membrane intracellulaire. On a différentes familles de petites protéines G : – Famille Ras : régule la transcription de gènes mettant en jeu les MAP-kinase (mitogen activating factor) avec un rôle oncogène. Certaines sont retrouvées sous forme mutée dans les tumeurs cancéreuses et la mutation les maintiendrait dans un état activé permanent, car lié au GTP. – Famille Rho : rôle dans l'organisation du cytosquelette avec mise en jeu d'effecteurs (Rho-kinase, phospholipase D, NADPH oxydase qui permet la production d'espèces réactives de l'oxygène..) – Famille Rab : rôle dans l'exocytose ou l'endocytose III) Les voies effectrices mises en jeu par les récepteurs membranaires à protéines G : Adénylate cyclase A) Structure C'est une glycoprotéine transmembranaire composée de 1134 résidus d'AcAm et formée de 2 ensembles. Chacun comporte 6 segments transmembranaires hydrophobes reliés par une longue chaîne cytoplasmique hydrophile. De chaque côté on a une longue séquence COOH terminale et de l'autre une extrémité NH2 terminale. Ces séquences sont toutes les deux du côté cytoplasmique. Le plus souvent on va avoir 2 sites catalytiques de phosphorylation : – Pour PKA (protéine kinase A) : situé sur la partie COOH terminale – Pour PKC (protéine kinase C) : situé sur la grande boucle qui sépare les 2 ensembles transmembranaires Il existe 10 isoformes d'adénylate cyclase : 9 sont transmembranaires et 1 cytosolique. – Transmembranaires : – elles sont toutes stimulées par la SU alpha S des protéines G = Gs 6/8 2015-2016 – Les récepteurs membranaires – I, III, VIII sont stimulées également par le Ca²+ lié à la calmoduline – II, IV sont stimulées par Gbeta-gamma S (sous-unités beta gamma des protéines G) – Plusieurs isoformes sont stimulées par phosphorylation par PKA/PKC Cytosolique – Stimulée par HCO3- (ions bicarbonates) – Son rôle est de maintenir le pH intracellulaire et le taux de base AMPc La localisation de l'adénylate cyclase et de ses isoformes est variable : cœur, poumon, rein etc... B) Fonction de l'adénylate cyclase Sa fonction est de transformer en présence de magnésium, l'ATP en AMPcyclique qui va être libéré dans le cytoplasme. La cyclisation de l'ATP en AMPc se fait avec la perte d'un phosphate inorganique. – La durée de vie de l'AMPc est courte car elle est inactivée par des phosphodiestérases en 5' AMP inactif (il perd l'activité activatrice de la protéine kinase A), c'est pareil avec le GMPc avec formation du 5' GMP inactif – 11 groupes de phosphodiestérases qui vont inactiver l'AMPc, vont différer par leur localisation préférentielle et leurs plus ou moins grande sélectivité vis à vis de leur substrat qui est l'AMPc ou/et le GMPc. – Elles vont être différenciées par leur sensibilité à différents inhibiteurs On a les phosphodiestérases : – 1, 2, 3, 10 et 11 qui hydrolysent à la fois le GMPc et l'AMPc – 4, 7, 8 vont hydrolyser sélectivement l'AMPc – 5, 6, 9 hydrolysent sélectivement le GMPc Les phosphodiestérases peuvent être inhibées : l'inhibition permet d'allonger la durée de vie et l'activité de l'AMPc mais aussi du GMPc. En application pharmacologique on a un certain nombre de médicaments inhibiteurs de phosphodiestérases qui sont utilisés : – Théophylline : c'est une méthylxanthine qui est un inhibiteur non sélectif de phosphodiestérase au niveau pulmonaire ; qui va avoir des propriétés bronchodilatatrices. Ca va entraîner une relaxation des fibres musculaires lisses bronchiques. On a aussi une activité psychotrope, stimulatrice du SNC . C'est un médicament à index thérapeutique étroit : la zone thérapeutique est proche de la zone de toxicité, ce médicament nécessite une surveillance qui peut se faire par dosages de ce médicament au niveau du sang. Avant, on le donnait pour l'asthme mais maintenant on le donne uniquement dans certains cas. Pour l'asthme on donne des Beta2 stimulants associés à des corticoïdes. Il peut aussi être donné dans les BPCO. Il a des effets centraux (stimulant du SNC) et des effets cardiaques. – Milrinone et Enoximone : ce sont des inhibiteurs sélectifs de phosphodiestérases de type 3 au niveau artériel et cardiaque. Ce sont des tonicardiaques qui possèdent des propriétés vasodilatatrices, utilisés en milieu hospitalier, pour le traitement de l'insuffisance cardiaque aiguë congestive quand l'effet de la dobutamine s'épuise (beta1stimulant cardiaque). Fonctionnement : 7/8 2015-2016 – Les récepteurs membranaires – En augmentant le taux d'AMPc dans la cellule cardiaque, le médicament va activer le PKA , qui va phosphoryler des canaux calciques voltage dépendant ce qui permet une entrée de calcium intracellulaire avec une contraction cardiaque qui est renforcée . On a une force de contraction cardiaque qui augmente = effet inotrope positif, ce qui augmenter le débit cardiaque. – Augmentation du taux de GMPc au niveau des fibres musculaires lisses des vaisseaux artériels, ce qui entraîne un effet vasodilatateur artériel qui va diminuer la pré et post charge, ce qui va soulager le travail du cœur en diminuant les résistances périphériques des vaisseaux par action relaxante sur les muscles lisses vasculaires artériels – Ce sont des médicaments qui entraînent des effets secondaires : on va avoir des céphalées, de l'hypotension et des arythmies. Ces médicaments demandent une surveillance de la tension artérielle et des électrocardiogrammes – Sont utilisés par voie injectable Médicaments inhibiteurs de phosphodiestérase de type 5 : au niveau des corps caverneux et au niveau des vaisseaux pulmonaires – Sidénafil : Viagra*/ Tadalafil : Cialis* Vardénafil: levitra* : troubles de l'érection – Sildénafil : Revatio* / Tadalafil : Adcirca* : Traitement de l'hypertension artérielle pulmonaire, 8/8
