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 1

Introduction : La Pharmacologie  Sciences des substances chimiques qui interagissent avec l’organisme  Médicaments  Etude des interactions entre médicaments et organismes vivants  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

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

Introduction : Finalités de la pharmacologie

Différents mécanismes d’action des médicaments Introduction : Différents mécanismes d’action des médicaments  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

«Les substances n’agissent pas si elles ne se fixent pas» I - Notion de cible 1. Liaison du médicament à sa cible Paul Ehrlich (1854-1945) «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  reconnaissance mutuelle des 2 partenaires - affinité - sélectivité  réaction de la cellule - réponse cellulaire

 toute molécule se liant sur une cible 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

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

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

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

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

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

60 : organismes pathogènes I - Notion de cible 2. Diversité des cibles des médicaments  ± 1200 molécules actives / 330 cibles 270 : génome humain 60 : organismes pathogènes  Plusieurs milliers protéines codées (homme + agents pathogènes)  grande réserve de cibles de médicaments

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

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

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

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

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

Médiateur : Récepteur : 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)

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

III - Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs  RCPG et médicament Récepteur b2 adrénergique et asthme  Asthme : Maladie inflammatoire chronique des voies respiratoires Exposition à divers stimuli ou facteurs déclenchants  obstructions des voies aériennes supérieures et bronchoconstriction ( diamètre des bronches)  dilatation par innervation noradrénergique  Récepteur b2 adrénergique (RCPG) cible d’un médicament antiasthmatique = salbutamol (Ventoline®) Agoniste b2

Bronche durant la crise d’asthme Bronche après traitement III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs  Mécanisme d’action du salbutamol Salbutamol (aérosol) Activation des Récepteurs b2 bronchiques Bronche durant la crise d’asthme relaxation des muscles lisses des voies respiratoires Traitement de la crise d’asthme dilatation bronchique Bronche après traitement

 Récepteur à activité enzymatique et médicament III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs  Récepteur à activité enzymatique et médicament Insuline et diabète  Diabète : 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  Insuline = Hormone physiologique hypoglycémiante  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®)

(activité enzymatique tyrosine kinase) 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 glycogène milieu extracellulaire milieu intracellulaire GLUT4 fonction réceptrice fonction effectrice (activité enzymatique tyrosine kinase) Récepteur à insuline  glucose sanguin

 Récepteur à activité de canal ionique et médicament III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs  Récepteur à activité de canal ionique et médicament Gaba et anxiété  Anxiété = état d’alerte, de tension psychologique avec un sentiment de peurs, d’inquiétude, voire d’autres émotions hyperexcitabilité neuronale au niveau central  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®)

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

Dendrite post-synaptique 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 III – Exemples de cibles de médicaments 1 - Récepteurs des médiateurs  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 : libération de médiateurs dans les tissus, dont cytokines et prostaglandines GC : glucocorticoïde GRE : glucocorticosteroid response element nGRE : negative GRE Hsp : Heat Shock Protein ↑ production de protéines inhibitrices des voies inflammatoires + ↓ production cytokines pro-inflammatoires  inflammation

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Conclusion  Pharmacologie classique :  Découverte de médicaments : 2 démarches  Pharmacologie classique : = à partir du médicament, définir sa cible = méthode de recherche globale : réponse de l’organisme entier en utilisant des modèles expérimentaux animaux + récemment : meilleures connaissances du génome  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)