UE6 Initiation à la connaissance du médicament - Module « Pharmacologie générale » - Item « Cibles, mécanismes d’action » C Capdeville-Atkinson, F Dupuis, N Gambier, C Gaucher di Stasio, C Perrin-Sarrado, G Trocklé

 Etude des interactions entre médicaments et organismes vivants  Médicaments  Sciences des substances chimiques qui interagissent avec l’organisme  Études des propriétés = actions sur l’organisme  Études de leur emploi = indications, contre-indications, effets indésirables, précautions d’emploi…  Développement de modèles expérimentaux de maladies = pour tester les actions des médicaments Introduction : La Pharmacologie

Livre: «Pharmacologie : des cibles vers l’indication thérapeutique», Yves LANDRY et Jean-Pierre GIES, Dunod, Paris 2009 Livre: «Initiation à la connaissance du médicament-UE6 1° année santé», Yves LANDRY, EdiScience, Dunod, Paris 2010

Action du corps sur le médicament : Pharmacocinétique (PK) Action du médicament sur le corps : Pharmacodynamique (PD) Introduction : Pharmacocinétique et pharmacodynamique

Introduction : Finalités de la pharmacologie

 Certains médicaments  pas de cible précise de l’organisme = pas d’interaction avec une macromolécule de l’organisme - Agents qui modifient le pH sanguin ou de l’estomac - Laxatifs osmotiques ou de lest - Résines chélatrices des sels biliaires - Agents de chélations des ions di- et trivalents…  La majorité des médicaments  Action du médicament sur une cible de l’organisme Introduction : Différents mécanismes d’action des médicaments

Paul Ehrlich ( ) « Les substances n’agissent pas si elles ne se fixent pas »  Concept de cible du médicament Effet du médicament :  liaison à une macromolécule de l’organisme = cible moléculaire - Protéine cellulaire : enzyme, récepteur, canal ionique, transport ionique - ADN, ARN messager 1. Liaison du médicament à sa cible  reconnaissance mutuelle des 2 partenaires - affinité  réaction de la cellule - réponse cellulaire I - Notion de cible - sélectivité

I - Notion de cible 1. Liaison du médicament à sa cible  Notion de ligand  toute molécule se liant sur une cible  Médiateur endogène - neuromédiateur - hormone  Médicament - activateur - inhibiteur

Sélectivité Transduction intracellulaire Réponse biologique  effet Activité Couplage avec des effecteurs Affinité Cible (récepteur) médicament reconnaissance mutuelle des 2 partenaires I - Notion de cible 1. Liaison du médicament à sa cible

Aucun médicament n’est spécifique d’une cible biologique Augmentation de la dose Apparition d’autres effets effets secondaires, voire toxiques Liaison à d’autres cibles de l’organisme I - Notion de cible 1. Liaison du médicament à sa cible

Médiateur endogène cible cellule Mécanisme de signalisation cellulaire Activation / inhibition de voies enzymatiques, modulation canaux ioniques, … Réponse cellulaire ex : contraction cellules musculaires lisses, ou sécrétion, ou métabolisme, … Modification du fonctionnement d’un organe Modification d’une fonction de l’organisme Grandes étapes du mécanisme d’action des médicaments Exemples : I - Notion de cible 1. Liaison du médicament à sa cible

Médiateur endogène (ex : noradrénaline) cible cellule Mécanisme de signalisation cellulaire Activation / inhibition de voies enzymatiques, modulation canaux ioniques, … Réponse cellulaire Contraction cellules musculaires lisses Modification du fonctionnement d’un organe  Réactivité et  diamètre artères Modification d’une fonction de l’organisme  Résistances périphériques   pression artérielle Grandes étapes du mécanisme d’action des médicaments I - Notion de cible 1. Liaison du médicament à sa cible

(Médiateur endogène, ex : noradrénaline) Ex : Médicament antagoniste de la cible cible cellule Mécanisme de signalisation cellulaire Activation / inhibition de voies enzymatiques, modulation canaux ioniques, … Réponse cellulaire Pas de contraction cellules musculaires lisses Modification du fonctionnement d’un organe  Réactivité et  diamètre artères Modification d’une fonction de l’organisme  Résistances périphériques   pression artérielle Grandes étapes du mécanisme d’action des médicaments I - Notion de cible 1. Liaison du médicament à sa cible  Prazosine (Minipress ®, Alpress ® ) = anti-hypertenseur

 ± 1200 molécules actives / 330 cibles 270 : génome humain60 : organismes pathogènes 2. Diversité des cibles des médicaments I - Notion de cible  Plusieurs milliers protéines codées (homme + agents pathogènes)  grande réserve de cibles de médicaments

action d’un neuromédiateur M précurseurs Synthèse M M M Stockage M M M M M Exocytose et libération M R Recapture du médiateur Action du médiateur sur une cible Dégradation ENZYME RECEPTEUR CANAL IONIQUE TRANSPORT IONIQUE REPONSE CELLULAIRE M Auto-récepteur I - Notion de cible 2. Diversité des cibles des médicaments

Synthèse Stockage Exocytose, libération Action sur une cible RECEPTEUR membranaire REPONSE CELLULAIRE H H H H H H RECEPTEUR nucléaire H H EFFET PARACRINE H Cellule voisine EFFET ENDOCRINE Cellule éloignée H EFFET AUTOCRINE Cellule identique Dégradation ENZYME H action d’une hormone I - Notion de cible 2. Diversité des cibles des médicaments

Répartition des molécules utilisées actuellement comme médicaments D’après Landry & Gies, 2009 Inhibiteurs d’enzymes ± 25 % Ligands des récepteurs couplés aux protéines G ± 25 % ± 15 % Ligands des canaux et pompes ioniques et transporteurs membranaires ± 5 % Ligands de cibles inconnues ± 5 % Ligands de cibles diverses ± 50 % Ligands des récepteurs I - Notion de cible 2. Diversité des cibles des médicaments

1 - Récepteurs : 50 % Les différents familles de cibles 2 - Enzymes : 25 % 3 - Systèmes de transports ioniques : 15 % 4 - Divers et cibles non connues : 10 % II - Les différentes cibles

1 - Récepteurs des médiateurs II - Les différentes cibles  liaison Récepteurs spécifiques  réponses cellulaires  Médiateurs  assurent interactions entre cellules - neuromédiateurs ou neurotransmetteurs - hormones - hormones locales - composants de la surface cellullaire

II - Les différentes cibles 1 - Récepteurs des médiateurs Médiateur : substance endogène activant un récepteur Ex : neuromédiateur, hormone… Récepteur : - liaison sélective du médiateur - transmission du signal (mécanisme de signalisation)

 Les principaux groupes de récepteurs (temps de réponse) D’après Landry & Gies, 2009 secondes Récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) = à 7 domaines transmembranaires minutes Récepteurs à activité enzymatique millisecondes Récepteurs à activité canal ionique Récepteurs cytosoliques ou nucléaires Heures- jours Récepteurs membranaires II - Les différentes cibles 1 - Récepteurs des médiateurs

 RCPG et médicament Récepteur  2 adrénergique et asthme  Récepteur  2 adrénergique (RCPG)  Asthme : Maladie inflammatoire chronique des voies respiratoires Exposition à divers stimuli ou facteurs déclenchants  obstructions des voies aériennes supérieures et bronchoconstriction (  diamètre des bronches)  cible d’un médicament antiasthmatique = salbutamol (Ventoline ® ) Agoniste  2  dilatation par innervation noradrénergique 1 - Récepteurs des médiateurs III - Exemples de cibles de médicaments

relaxation des muscles lisses des voies respiratoires  Mécanisme d’action du salbutamol Salbutamol (aérosol) Activation des Récepteurs  2 bronchiques Bronche durant la crise d’asthme Traitement de la crise d’asthme dilatation bronchique Bronche après traitement III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs

 Récepteur à activité enzymatique et médicament Insuline et diabète  Insuline = Hormone physiologique hypoglycémiante  Diabète :  Récepteur à l’insuline = Récepteur à activité enzymatique tyrosine kinase  cible d’un médicament antidiabétique = Insuline par voie injectable (agoniste ; ex : insuline ordinaire rapide, Actrapid ® ) Hyperglycémie chronique avec glycémie à jeun ≥ 1,26 g/L à 2 reprises (glycémie normale à jeun entre 0,70 et 1,10 g/L NB: glycémie post-prandiale (après un repas) peut aller jusqu’à 1,8 g/l) Présence de symptômes de diabète associée à une glycémie ≥ 2 g/L Carence totale ou partielle en insuline ou insulinorésistance ou III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs

 Mécanisme d’action de l’insuline Phosphorylation de protéines Transduction du signal Transport du glucose glucose Synthèse de glycogène glucose glycogène milieu extracellulaire milieu intracellulaire GLUT4 fonction réceptrice fonction effectrice (activité enzymatique tyrosine kinase) Récepteur à insuline  glucose sanguin III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs

 Récepteur à activité de canal ionique et médicament Gaba et anxiété  Gaba : acide gamma aminobutyrique = principal neuromédiateur inhibiteur du système nerveux central  Récepteur Gaba-A du gaba = Récepteur à activité canal chlorure  cible de médicaments anxiolytiques : les benzodiazépines (BZD, ex : diazepam, Valium ® )  Anxiété = état d’alerte, de tension psychologique avec un sentiment de peurs, d’inquiétude, voire d’autres émotions hyperexcitabilité neuronale au niveau central III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs

 Les différents sites du récepteur Gaba-A du gaba III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs GABA benzodiazépines Site modulateur allostérique Site réceptoriel

III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs  Mécanisme d’action des benzodiazépines  excitabilité neuronale  effet anxiolytique + Dendrite post- synaptique GABA Axone gabaergique pré-synaptique Potentialisation des effets du Gaba BZD

 Récepteurs nucléaires et médicament Récepteurs aux glucocorticoïdes et inflammation  Glucocorticoïde endogène = Cortisol GR  : récepteur aux glucocorticoides  cytosolique, tous les tissus  nombreuses fonctions physiologiques dont contrôle inflammation  Récepteur aux glucocorticoïdes = récepteur nucléaire  cible de médicaments anti-inflammatoires : les glucocorticoïdes de synthèse (ex prednisone, Cortancyl® ) III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs

 Mécanisme d’action des glucocorticoïdes = agonistes GR   inflammation III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs  Inflammation : libération de médiateurs dans les tissus, dont cytokines et prostaglandines ↑ production de protéines inhibitrices des voies inflammatoires GRE : glucocorticosteroid response element nGRE : negative GRE ↓ production cytokines pro-inflammatoires + GC : glucocorticoïde Hsp : Heat Shock Protein

1 - Récepteurs : 50 % Les différents familles de cibles 2 - Enzymes : 25 % 3 - Systèmes de transports ioniques : 15 % 4 - Divers et cibles non connues : 10 % III - Exemples de cibles de médicaments 2 - Enzymes

 Enzymes des organismes pathogènes Paroi Bactérie = indispensable à la survie  Bactérie : Peptidoglycanne = constituant de la paroi Transpeptidase = enzyme nécessaire à la synthèse des peptidoglycannes  cible de médicaments antibiotiques : les penicillines III – Exemples de cibles de médicaments 2 - Enzymes Antibiotique : pénicilline

 Mécanisme d’action des penicillines = inhibiteur de transpeptidases bactériennes Synthèse de peptidoglycanne Blocage de la formation de nouvelles bactéries penicilline Inhibition synthèse peptidoglycanne III – Exemples de cibles de médicaments 2 - Enzymes

 Enzymes humaines : Inflammation – Douleur – Fièvre  Catabolisme de l’acide arachidonique  Cyclo-oxygénases = COX = enzymes du catabolisme ac. arachidonique  cible de médicaments inhibiteurs des COX : les AINS (ex: ibuprofène, Advil®) III – Exemples de cibles de médicaments 2 - Enzymes Acide arachidonique Phospholipides membranaires COX-1COX-2 Anti-inflammatoires Non Stéroïdiens (AINS) prostaglandinesprostaglandines pro-inflammatoires

 Mécanisme d’action des AINS III – Exemples de cibles de médicaments 2 - Enzymes InflammationDouleur Fièvre Anti-inflammatoire Antalgique Antipyrétique AINS

III – Exemples de cibles de médicaments 2 - Enzymes Macrophages Endothélium Synoviocytes … Prostaglandines pro-inflammatoires INFLAMMATION ;  anti-inflammatoire DOULEUR;  antalgique FIEVRE;  anti-pyrétique Acide arachidonique COX-1 COX-2 AINS  Effets thérapeutiques

III – Exemples de cibles de médicaments 2 - Enzymes Muqueuse digestive : prostaglandines E2, I2 Rein : prostaglandines E2, I2 Plaquettes : thromboxane A2 Macrophages Endothélium Synoviocytes … Prostaglandines pro-inflammatoires INFLAMMATION ;  anti-inflammatoire DOULEUR;  antalgique FIEVRE;  anti-pyrétique PGI2, PGE2  protection muqueuse digestive;  ∆ épigastralgies, lésions hémorragiques digestives PGI2, PGE2  protection fonction rénale;  ∆ insuffisance rénale aigüe thromboxane A2  agrégation plaquettaire;  ∆ hémorragies Acide arachidonique COX-1 COX-2 AINS  Effets thérapeutiques mais attention effets secondaires des AINS

1 - Récepteurs : 50 % Les différents familles de cibles 2 - Enzymes : 25 % 3 - Systèmes de transports ioniques : 15 % 4 - Divers et cibles non connues : 10 % III - Exemples de cibles de médicaments 3 – Transports ioniques

Milieu extracellulaire Milieu intracellulaire Pompes ioniques ou ATPase Echangeurs ioniques Canaux ioniques III – Exemples de cibles de médicaments 3 – Les systèmes de transports ioniques

S’oppose à la dépolarisation Métabolisme normal Glycémie normale Insuline (dans granule de stockage) K+K+ Cellules  des îlots de Langerhans du pancréas III – Exemples de cibles de médicaments 3 – Transports ioniques  canaux K ATP - pancréas – sécrétion d’insuline

Canal Ca ++ ouvert Canal K ATP FERME - DEPOLARISATION III – Exemples de cibles de médicaments 3 – Transports ioniques  canaux K ATP - pancréas – sécrétion d’insuline Cellules  des îlots de Langerhans du pancréas

Canal Ca ++ ouvert Maintien canal K ATP FERME DEPOLARISATION Inhibiteurs des K ATP III – Exemples de cibles de médicaments 3 – Transports ioniques  K ATP des cellules  des îlots de Langerhans du pancréas  cible de médicaments antidiabétiques par voie orale : Sulfamides hypoglycémiants (sulfonylurées) (ex : glibenclamide, Daonil ®)

Effets de la majorité des médicaments  Rôles physiologiques des médiateurs - Synthèse - Capture - Dégradation - Fixation à leurs cibles cellulaires  effet activateur ou inhibiteur Conclusion

1)sa cible moléculaire 2)le fonctionnement de cette cible 3)les mécanismes biochimiques qui engendrent la réponse de la cellule = voies de transduction ou voies de signalisation La compréhension de l’effet thérapeutique d’un médicament et la découverte de nouvelle thérapeutique nécessitent de connaître : Conclusion

 Pharmacologie classique : = à partir du médicament, définir sa cible  Découverte de médicaments : 2 démarches = méthode de recherche globale : réponse de l’organisme entier en utilisant des modèles expérimentaux animaux  Pharmacologie inverse : = à partir de la structure de la cible (identification du gène, de la protéine et développement de molécules susceptibles de s’y lier) + récemment : meilleures connaissances du génome Conclusion