6 - Recepteurs hélicoïdaux

PHARMACOLOGIE GENERALE
BLG 121
PHARMACOLOGIE DES RECEPTEURS HEPTAHELICOÏDAUX :
Exemple des récepteurs adrénergiques
Cours du 07 Janvier 2010
O. Hennebert
Chaire de Biologie
CNAM, PARIS
[email protected]
Structure d’un RCPG
Les boucles extracellulaires 1 et 2 sont reliées par un pont disulfure
Lors de la liaison de l’agoniste: la disposition des hélices transmembranaires est modifiée
permettant l’interaction du récepteur avec les protéines G
Il existe plusieurs familles de RCPG, regroupés selon leurs analogies de structure primaire et
les sites d’interaction avec les ligands agonistes
Les principales familles
Groupe 1a: récepteurs de petits ligands:
- rétinal
- neuromédiateurs aminés
- adrénaline, noradrénaline
- dopamine, sérotonine
- opiacés et enképhalines
- adénosine et ATP
Le site d’interaction est situé entre les hélices au sein
de la membrane
Groupe 1b: récepteurs de :
- neuropeptides
- hormones peptidiques
- de cytokines (IL-8)
- PAF
- thrombine
Ces ligands interagissent avec l’extrémité N-terminale,
les boucles extracellulaires 1 et 2 et la partie
supérieure des hélices 2 à 5
Groupe 1c: récepteurs de :
- hormones glycoprotéiques
- LH, FSH, TSH
Ces grosses hormones interagissent avec la longue
extrémité N-terminale très structurée et avec quelques
résidus des boucles extracellulaires 1, voire 3
famille 2: récepteurs de :
- glucagon
- PTH
- calcitonine
- GnRH, CRF
Famille 3: récepteurs de :
- calcium extracellulaire
- GABA-B
- métabotropiques du glutamate
Les ligands interagissent uniquement avec
l’extrémité N-terminale.
Certains récepteurs peuvent se dimériser
Interaction des récepteurs avec les protéines G trimériques
Cette interaction fait intervenir que résidus amino-acyls localisés principalement sur les boucles
intracellulaires 2 et 3 et sur la partie proximale de l’extrémité C-terminale.
La sélectivité de couplage d’un récepteur à une protéine G dépend de la structure du récepteur.
La plupart des récepteurs paraissent interagir avec plusieurs protéines G différentes.
De plus, la stimulation d’un seul type de protéine G trimérique peut initier plusieurs voies de
signalisation par les sous unités α, et par les sous-unités βγ
Diversité des protéines G trimériques
La classification des protéines G trimériques est basée sur les analogies de structure des sous unités
α avec les familles Gs, Gi, Gq et G12. Les sous unités βγ sont considérées comme interchangeables
Famille Gs: sous unités αs et αolf
Présentes dans la plupart des tissus sauf αolf
dans le neuroépithélium olfactif
Famille Gi: sous unités αi1 à 3 et α01 et 2
Famille Gq: sous unités αq et α11 très
répandues et α14 et 15 dans les cellules
hématopoïétiques.
Activent la phospholipase Cβ
Famille G12: sous unités α12 très répandues
et α13 exprimées dans les cellules gustatives
Pharmacologie des protéines G trimériques
Deux toxines: pertussique (Bordetella pertussis) et cholérique (Vibrio cholerae)
Peptides et polyamines à forte dose: stimulation des protéines Gi des mastocytes
Les effecteurs et seconds messagers des RCPGs(1)
Les adénylyl-cyclases (Paul Greengard Prix Nobel de Médecine 2000)
9 isoformes membranaires et une forme cytosolique (activée par les ions bicarbonates)
Les effecteurs et seconds messagers des RCPGs(2)
Les effecteurs et seconds messagers des RCPGs(3)
Forskoline: molécule extraite des racines de Coleus Forskolii
Activateur direct de l’AC
Utilisée expérimentalement pour augmenter la concentration de l’AMPc
Pb
- stimule à [C] semblable les différentes isoformes
- liaison à d’autres cibles (transporteurs du glucose, canaux ioniques)
Analogues de la forskoline: -bonne sélectivité pour les isoformes ACII, III et V
-inhibiteur sélectif de ACV
Les effecteurs et seconds messagers des RCPGs(4)
Les effecteurs et seconds messagers des RCPGs(5)
Les cibles de l’AMPc: les protéines kinases A
hétérotetramères
2 sous unités catalytiques: C (Cα et Cβ)
2 sous unités régulatrices: R (RIα, RIβ, RIIα, RIIβ)
Liaison à des membranes intracellulaires par un complexe protéique comprenant
les protéines AKAP (A-kinase anchoring proteins)
R
R
R
R
P
protéine
protéine
Sous unités α ubiquitaires tandis que β présentent surtout dans le cerveau
Cα et Cβ: propriétés cinétiques et sélectivités semblables
Affinité pour AMPc des sous unités R: RIIβ<RIIα<RIα<RIβ
Les effecteurs et seconds messagers des RCPGs(6)
Les cibles des protéines kinases A
Activation par phosphorylation:
voies métaboliques du jeune ou de l'effort : glycogénolyse,
gluconéogenèse, lipolyse,
synthèse des catécholamines, hormones thyroïdiennes.
Inhibition par phosphorylation :
glycogénogenèse ou de la lipogenèse, actives pendant les périodes postprandiales.
Les effecteurs et seconds messagers des RCPGq(1)
Les phospholipases C
Activation des PKC
Activation de
récepteurs canaux
Les effecteurs et seconds messagers des RCPGq(2)
Les phospholipases C
PH
PLC-β
EF Hand Domaines catalytiques
X
PLC-γ
X
PLC-δ
X
PLC-ε
Ras-GEF
X
Y
SH2 SH2 SH3
Y
Y
Y
RA RA
PH: domaine pour PIP3 et sous unités protéines G
EF-hand et C2: domaine de reconnaissance de composants de la surface cellulaire
SH2: résidus Tyr phosphorylés
Ras-GEF: domaine de reconnaissance des petites protéines G Ras
RA: domaine de reconnaissance des petites protéines G Ras (C-terminal)
Les effecteurs et seconds messagers des RCPGq(3)
IP3: active des récepteurs canaux Ca2+ au niveau du réticulum
- métabolisme par déphosphorylation, IP2, IP et inositol
- inhibé par lithium (effet antimaniaque et correction de certaines
dépressions)
DAG: demeure sur la membrane et est reconnu par des enzymes
cytosoliques, les protéines kinases C
Les effecteurs et seconds messagers des RCPGq(4)
Les protéines kinases C (PKC)
Domaine régulateur
cPKC
NH2
α, β1, β2, γ
Site de
liaison PS
C1
C3
C2
Site de
liaison DAG
nPKC
NH2
δ, ε, η , θ, µ
aPKC
ζ, ι, λ
Domaine catalytique
Site de
liaison Ca2+
C3
C1
NH2
Site de
liaison ATP
C1
Site de
liaison PS
C3
C4
COOH
Site de
liaison substrat
C4
COOH
C4
COOH
Les effecteurs et seconds messagers des RCPGq(5)
Pharmacologie des PKC
activateurs: esters de phorbol (TPA et MPA) agents cancérigènes puissants
Stimulent les cPKC et nPKC
Inhibiteurs: sélectivité faible
ex: staurosporine, alcaloïde microbien
inhibe la PKC, la PKA et le R-EGF
nouveaux analogues spécifiques de PKCβ (anticancéreux in vivo)
inhibiteurs PKCβ médicaments dans rétinopathies due au diabète
siRNA PKCα: en essai clinique en association avec anticancéreux classiques
Pharmacologie des catécholamines (1)
Transmissions adrénergiques et noradrénergiques
Adrénaline ou épinephrine
Noradrénaline ou norépinéphrine
Sécrétion par des neurones
et les médullosurrénales
Neuromédiateurs et hormones
Dégradation:
-MAO (mono amine oxydase)
- COMT (catéchol-O-méthyl
transférase)
Pharmacologie des catécholamines (2)
Les récepteurs:
9 récepteurs (RCPG) divisés en 3 groupes:
- α1 (x3)
- α2 (x3)
- β (x3)
Les récepteurs adrénergiques α1:
couplage
α1A
α1B
α1D
Gq/11
Agoniste
antagoniste
phényléphrine
prazosine
Pharmacologie des catécholamines (3)
Les récepteurs α1 sont majoritairement postsynaptiques
Localisation sur les celllules musculaires lisses (vaisseaux sanguins, voies
respiratoires, tractus digestif et urogénital)
Contraction musculaire
R α1
Gq
PLCβ activée
IP3
Ca2+-calmoduline
Contraction des muscles lisses
Contrôle de la pression artérielle et du tonus vasculaire
MLCK activée
Pharmacologie des catécholamines (4)
Les récepteurs adrénergiques α2:
R α2
couplage
Agoniste
antagoniste
α2A
Gi/G0
clonidine
yohimbine
α2B
Gi/G0
α2C
Gi/G0
Gi (α)
AC
hyperpolarisation
R α2
Gi (α)
AC
￬ influx Ca2+
R α2
Gi (βγ)
￬ AMPc
PKA inactive
￪ conductance K+
￬ potentiel d ‘action
￬ AMPc
PKA inactive
Cav2 peu P
￬ exocytose
βγ-Cav2
￬ influx Ca2+
￬ exocytose
Pharmacologie des catécholamines (5)
Les récepteurs adrénergiques α2:
- présynaptiques: inhibition de la libération du neuromédiateur
- postsynaptiques dans les cellules musculaires lisses (α2B)
augmentation de la pression artérielle
Les récepteurs adrénergiques β:
Récepteurs postsynaptiques: β1, β2 et β3
Les récepteurs adrénergiques β1:
- prédomine dans le cœur
- effet inotrope (force contractile du cœur)
- effet chronotrope (rythme cardiaque)
Pharmacologie des catécholamines (6)
R β1
AC
Gs (α)
￪ influx Ca2+
￪ AMPc
PKA active
Liaison Ca2+ à troponine C
P canaux Ca2+ vd
￪ interaction actine-myosine
Effet inotrope +
R β1
Gs (α)
AC
￪ AMPc
￪ pente de dépolarisation diastolique
Canaux HCN activés
Effet chronotrope + (￪ rythme)
Les récepteurs adrénergiques β2:
- exprimés au niveau des cellules musculaires lisses (vaisseaux
sanguins, voies respiratoires, tractus digestif et urogénital)
- relaxation musculaire
R β2
Gs
AC
￪ AMPc
PKA active
MLCP activée
Pharmacologie des catécholamines (7)
Les récepteurs adrénergiques β3:
- exprimés au niveau des adipocytes
- stimulation de la lipolyse
- exprimés au niveau des cellules endothéliales
- libération de NO
Pharmacologie des catécholamines (8)
Les agonistes adrénergiques
- agonistes non sélectifs α et β:
-noradrénaline affinité pour α>β1<β2
-adrénaline
indiquée dans les traitements d’urgence, arrêt cardiaque ou détresse
cardiocirculatoire, chocs anaphylactique, hémorrragique ou traumatique
-adrénaline affinité similaire pour les récepteurs
indiqué dans le choc anaphylactique et en association avec des
anesthésiques
-étiléfrine (mixte α et β)
utilisé en tant qu’analeptique cardiovasculaire (￪ débit cardiaque et
pression artérielle)
Pharmacologie des catécholamines (9)
Les agonistes adrénergiques
- agonistes α1 adrénergiques sélectifs :
- indications thérapeutiques basées sur leurs propriétés
pressives, décongestionnantes (vasoconstriction des
muqueuses rhino-pharyngées):
- phényléphrine: antihypotenseur
- naphazoline: rhinites et sinusites
- midodrine: antihypotenseur
- adrafinil et modafinil: psychostimulant non amphétaminique
Pharmacologie des catécholamines (10)
Les agonistes adrénergiques
- agonistes α2 adrénergiques sélectifs :
- indications thérapeutiques basées sur leurs effets hypotenseurs et
bradycardisant
- clonidine et ses dérivés
Les agonistes adrénergiques
- agonistes β adrénergiques sélectifs :
- isoprénaline:
- affinité Rβ>>>>Rα
- affinté Rβ1=Rβ2
aux mêmes doses: stimulation cardiaque et bronchodilatation
Pharmacologie des catécholamines (11)
Les agonistes adrénergiques
- agonistes β1 adrénergiques sélectifs :
pas d’intérêts thérapeutiques majeurs
- agonistes β2 adrénergiques sélectifs :
thérapie de choix dans le traitement de la crise asthmatique
- agonistes β2 à action brève (4-6h):
-salbutamol
-terbutaline…
- agonistes β2 à action prolongée (12h):
-formotérol
-salmatérol
Gyneco-obstétrique: agonistes β2 salbutamol et terbutaline et ritodrine: utérorelaxant
Pharmacologie des catécholamines (12)
Comment peut-on augmenter la transmission adrénergique?
-Potentialiser les voies de signalisation:
-théophylline (inhibiteur de phosphodiestérase): bronchodilatateur
-Inversion du fonctionnement des transporteurs de recapture
-tyramine
-éphédrine
-amphétamines
-Inhibition des transporteurs de recapture
-imipramine et dérivés
-cocaïne
-Inhibition du catabolisme des catécholamines
-IMAO
-ICOMT
Pharmacologie des catécholamines (12)
Comment peut-on augmenter la transmission adrénergique?
-Inversion du fonctionnement des transporteurs de recapture
métabolites
aldéhyde
2
3
MAO
1
T
T
T
NA
Na+
-
5
NA
-
Na+
4
NA
T
Pharmacologie des catécholamines (12)
Comment peut-on augmenter la transmission adrénergique?
-Inversion du fonctionnement des transporteurs de recapture
-tyramine:
- présente en grande quantité dans les fromages et aliments
fermentés (également synthétisée par la flore bactérienne
intestinale)
- dégradée par les MAO
- en présence d’IMAO, hypertenseur
-éphédrine:
-principaux alcaloïdes de plantes asiatiques (Ephedra
Vulgaris)
-indication dans le traitement de l’hypotension au cours de
l’anesthésie générale ou locorégionale
- effets secondaires importants
-amphétamines:
- molécules lipophiles, agissent au niveau du SNC
- libération de noradrénaline et dopamine
- psychostimulants (￪ vigilance, activité locomotrice, ￬ appetit,
stimulation cardiorespiratoire, euphorie)
Pharmacologie des catécholamines (12)
Comment peut-on augmenter la transmission adrénergique?
-Inversion du fonctionnement des transporteurs de recapture
-amphétamines:
- à des doses élevées: insomnies, agressivité, hallucinations…
- seule amphétamine « légale » en France: méthyphénidate
(ritaline®)
- indiquée dans le traitement des narcoleptiques et des troubles
de l’attention (enfants hyperactifs)
Pharmacologie des catécholamines (12)
Comment peut-on augmenter la transmission adrénergique?
-Inhibition des transporteurs de recapture:
Neurone présynaptique
￪ neuromédiateur
1
-
T
2
Pompe Na+/K+ ATPase
3
Cellule gliale
Neurone postsynaptique
Pharmacologie des catécholamines (12)
Comment peut-on augmenter la transmission adrénergique?
-Inhibition des transporteurs de recapture:
- cocaïne:
- inhibe la recapture de noradrénaline, dopamine et
sérotonine
- à forte dose, bloque les canaux Na+ (anesthésie locale)
- ￪ pression artérielle et rythme cardiaque
- overdose: arythmie (infarctus du myocarde)
- sibutramine:
- structure proche des amphétamines
- effet pharmaco via les métabolites
- inhibe recapture de noradrénaline, dopamine et sérotonine
- inhibiteurs antidépresseurs:
- non sélectif: imipramine…
- sélectifs de la NA: désipramine, bupropion…
- sélectifs de la sérotonine: fluoxétine…
Pharmacologie des catécholamines (12)
Comment peut-on augmenter la transmission adrénergique?
-Inhibition du catabolisme des catécholamines:
- Mono Amine Oxydase (MAO):
- MAO-A: catalyse désamination de NA et sérotonine
- MAO-B: catalyse désamination de la dopamine
- IMAO-A: toloxatone antidépresseurs
- IMAO-B: tolcapone antiparkinsonien
- catéchol-O-méthyl transférase (COMT):
- entacapone: adjuvant aux traitement par lévodopa
- nbx inhibiteurs développés: effets secondaires mortels
- seuls les USA les utilisent pour les patients réfractaires aux
thérapies classiques
Pharmacologie des catécholamines (12)
Les antagonistes adrénergiques
- antagonistes α-sélectifs :
- phentolamine:
non sélectif α1 et α2
plus commercialisée, intérêt expérimental
- phénoxybenzamine: antagoniste irréversible et non sélectif
effet carcinogène, intérêt expérimental
- prazosine: antagoniste sélectif α1
action sur les R-A1 postsynaptiques des vaisseaux
￬ pression artérielle sans modif débit cardiaque
- yohimbine: antagoniste compétitif sélectif α2
- alcaloïdes de l’ergot (ergot de seigle): agonistes partiels
- ergotamine, dihydroergotamine: vasoconstricteurs
- traitement des migraines
Pharmacologie des catécholamines (12)
Les antagonistes adrénergiques
- antagonistes β-sélectifs ou β bloquants:
- ces molécules ont des propriétés variables dues:
- sélectivité relative pour R-β1 et β2
- propriété dite stabilisante de membrane (￬ PA)
- propriété agoniste partiel
- propriété agoniste inverse
TRAITEMENT DE L’HYPERTENSION, PREVENTION DE RECIDIVES D’INFARCTUS,
ANGOR, CERTAINES ARYTHMIES
- blocage β1: ￬ fréquence et débit cardiaque et conso O2
- blocage β2: vaso- et broncho-constriction, hypoglycémie, ￬
tremblements de stress (dopage!!!!!)