Plan Introduction I-Les récepteurs membranaires des médiateurs cibles de médicaments II-Les récepteurs nucléaires des médiateurs cibles de médicament III-Les enzymes cibles de médicaments IV-Les protéines de perméabilité membranaire cibles de médicaments 1

III-Les enzymes cibles de médicaments Au moins 25 % des médicaments actuels sont des inhibiteurs ou plus rarement des activateurs enzymatiques. 5% 5% 25% 15% 10% 15% 25% 2

III-Les enzymes cibles de médicaments -enzymes recombinantes ou purifiées sont utilisées en tant que médicaments. Les inhibiteurs enzymatiques peuvent être : - compétitifs avec le substrat - non compétitifs avec le substrat 3

Les inhibiteurs enzymatiques peuvent être : - compétitifs avec le substrat: se lient au site catalytique de l ’enzyme et s ’opposent directement à l ’interaction enzyme-substrat - non compétitifs avec le substrat: se lient à un autre site et s’opposent à la réaction enzymatique par modification de la conformation de la protéine. l ’inhibition peut être réversible ou irréversible 4

Plan III-Les Enzymes cibles de médicaments III-1 Les enzymes humaines III-2 Les enzymes des organismes pathogènes 5

III.1-Les enzymes humaines, cibles de médicaments On distingue: - Les enzymes des grandes voies métaboliques - Les enzymes impliquées dans le métabolisme des médiateurs - Les enzymes des voies de signalisation cellulaire 6

Enzymes des grandes voies métaboliques: - Dihydrofolate-réductase : Liaison anticancéreux, Methotrexate, inhibiteur bloquant la synthèse des bases puriques et pyrimidiques. Indiqué à doses faibles dans polyarthrite rhumatoïde et psoriasis - HMG-CoA réductase: Liaison statines: hypocholestérolémiants - Xanthine-oxydase: Liaison inhibiteurs de la synthèse de l’acide urique: allopurinol: indiqué dans la goutte 7

Enzymes impliquées dans le métabolisme des médiateurs: - Acétylcholinesterase: Liaison d'inhibiteurs entraînant une augmentation de l ’acétylcholine. Inhibiteurs réversibles: néostigmine indiquée dans la myasthénie et dans l ’atonie intestinale. Inhibiteurs irréversibles: organophosphorés. - Monoamine-oxydase A et B (MAO): Inhibiteurs sélectifs: -IMAO-A= antidépresseurs= moclobémide -IMAO-B= anti-parkinsonien= Sélégiline 8

Enzymes impliquées dans le métabolisme des médiateurs (suite): - Enzyme de conversion de l ’angiotensine: Liaison d'inhibiteurs = IEC (inhibiteurs de l ’enzyme de conversion)= captopril = antihypertenseur - Cyclooxygénases (Cox1 et Cox2): Liaison des inhibiteurs de synthèse = Anti inflammatoires non stéroidiens = AINS = aspirine (inhibiteur irreversible) 9

Enzymes des voies de signalisation cellulaire: - Phosphodiestérases des nucléotides cycliques: Liaison d'inhibiteurs vasodilatateurs = sildénafil -Tyrosine kinases Cf récepteurs à activité tyrosine kinase Liaison d'inhibiteurs anticancéreux = imatinib, sorafenib 10

Plan III-Les Enzymes cibles de médicaments III-1 Les enzymes humaines III-2 Les enzymes des organismes pathogènes 11

III.2-Les enzymes des organismes pathogènes Idéalement, les cibles des organismes pathogènes visées par le médicament ne doivent pas avoir d ’équivalent dans l’organisme humain. De façon alternative, la sélectivité pour l ’enzyme visée doit être beaucoup plus importante que celle de l ’enzyme humaine. 12

III.2-Les enzymes des organismes pathogènes On distingue: - Les enzymes virales - Les enzymes bactériennes - Les enzymes fongiques ou parasitaires 13

Enzymes virales: Neuraminidases : scindent les résidus d ’acide sialique de la surface des cellules de l’hôte facilitant la traversée des membranes cellulaires par les virus puis leur prolifération. Inhibiteurs: Oseltamivir (Tamiflu ®) indiqué pour diminuer la durée des symptomes de la grippe. Reverse transcriptase: utilisée par les rétrovirus (virus à ARN) pour transcrire leur ARN en ADN qui peut s ’intégrer dans le génome de l’hôte. Inhibiteur Zidovudine ou AZT indiqué dans le sida. 14

Enzymes bactériennes: ADN-gyrases: liaison des fluoroquinolones antibiotiques qui perturbe la structure de l’ADN bactérien Protéines liant les pénicillines et les céphalosporines (PLP): enzymes contrôlant la synthèse des peptidoglycanes de la paroi bactérienne Bêta-lactamases sécrétées par les bactéries (pénicillinases et céphalosporinases). Inhibiteurs: Sulbactam, permettant de restaurer la résistance aux antibiotiques 15

Enzymes fongiques ou parasitaires: Dihydrofolate-réductase des protozoaires: liaison d’inhibiteurs bloquant la synthèse des bases puriques et pyrimidiques: Proguanil: prophylaxie du paludisme Squalène oxydase: liaison d’inhibiteurs bloquant la synthèse des ergostérols: Terbinafine: antifongique à large spectre 16

Plan Introduction I-Les récepteurs membranaires des médiateurs cibles de médicaments II-Les récepteurs nucléaires des médiateurs cibles de médicament III-Les enzymes cibles de médicaments IV-Les protéines de perméabilité membranaire cibles de médicaments 17

IV-Les protéines de perméabilité membranaire cibles de médicaments Plusieurs familles de protéines transmembranaires assurent les flux d’ions et de métabolites de part et d’autre des membranes cellulaires. Les ligands de ces protéines peuvent favoriser (activateur) ou inhiber (inhibiteur) ces flux transmembranaires. Exemples uniquement sur les protéines impliquées dans les flux ioniques: les pompes ioniques, les canaux ioniques, les transporteurs ioniques 18

Plan IV-Les protéines de perméabilité membranaire cibles de médicaments IV -1 Les pompes ioniques IV -2 Les canaux ioniques IV -3 Les transporteurs ioniques 19

IV.1-Les pompes ioniques Protéines multimériques transmembranaires maintiennent en permanence les gradients ioniques et les rétablissent après ouverture des canaux ioniques. L’énergie nécessaire est fournie par l’hydrolyse de l’ATP grâce à un site ATPasique du côté cytosolique. Milieu extracellulaire Milieu intracellulaire 20

La pompe à sodium ou Na+/ K+ ATPase: localisée au sein de la membrane plasmique, maintient les gradient de sodium et de potassium Les digitaliques comme la digoxine inhibent la pompe provoquant un renforcement de la force de contraction = inotrope positif. Utilisés dans l’insuffisance cardiaque mais marge thérapeutique faible. 21

La pompe à proton ou H+/K+ ATPase: Elle assure la sécrétion d ’ions H+ dans la lumière de l’estomac contrôlant ainsi l ’acidité. Ses inhibiteurs sont très utilisés en thérapeutique: Oméprazole 22

Plan IV-Les protéines de perméabilité membranaire cibles de médicaments IV -1 Les pompes ioniques IV -2 Les canaux ioniques IV -3 Les transporteurs ioniques 23

IV.2-Les canaux ioniques Ils assurent le passage des ions du côté le plus concentré au côté le moins concentré: On distingue les canaux sodiques, calciques et potassiques 24

Les canaux ioniques sont activés par différents facteurs: variation du potentiel de membrane (canaux voltage- dépendants) intéraction avec une protéine G suite à l ’action de RCPG liaison d ’un métabolite intracellulaire comme l ’ATP et les nucléotides cycliques phosphorylation sur leur surface intracellulaire liaison d’un médiateur lié à leur face extracellulaire 25

Les médicaments ligands de canaux ioniques peuvent soit inactiver les canaux ioniques (diminution du flux ionique, inhibiteurs ou bloqueurs), soit activer les canaux ioniques (activateurs ou ouvreurs): Les canaux sodiques assurent le cheminement du potentiel d ’action dans les neurones et les muscles striés: cibles des anesthésiques locaux (Lidocaïne) et de certains antiarythmiques. Les canaux calciques sont présents dans les cellules contractiles et sécrétoires: cibles des vasodilatateurs (les dihydropyridines ex la nifédipine) 26

Les canaux potassiques: ils ont des structures et des mécanismes de régulation très variés. Exemple des canaux potassiques inhibés par liaison de l’ATP intracellulaire: KATP: Ils sont responsables de l ’ouverture des canaux calciques lents. - inhibiteurs des canaux KATP: ferment les canaux KATP favorisant l’influx de Ca qui initie la sécrétion d ’insuline : sulfamides antidiabétiques (glibenclamide, gliclazide..) -activateurs des canaux KATP: ouvrent les canaux KATP, s’opposant à l ’influx de calcium, ils favorisent la vasodilatation: nicorandil, indiqué comme antiangoreux 27

Plan IV-Les protéines de perméabilité membranaire cibles de médicaments IV -1 Les pompes ioniques IV -2 Les canaux ioniques IV -3 Les transporteurs ioniques 28

IV.3-Les transporteurs ioniques Protéines particulièrement importantes dans l’épithélium des tubules rénaux où elles assurent la réabsorption d’ions de la lumière des tubules vers le compartiment sanguin du tissu rénal. Leur blocage a donc un effet diurétique favorable à la baisse de la pression artérielle 29

IV.3-Les transporteurs ioniques Le furosémide bloque les co-transporteurs Na+/ K+/2Cl- (ou NKCC) localisés sur le pôle luminal des cellules épithéliales de l’anse de Henlé: furosémide et ses analogues dénommés diurétiques de l ’anse. 30

Conclusion A ce jour, 330 cibles visées mais des milliers de cibles potentielles disponibles pour de nouveaux médicaments 31

Etudes de liaison ligand récepteur

L ’affinité et le modèle d ’action de masse L ’analyse de la liaison des ligands aux récepteurs utilise le modèle simple dit loi d ’action de masse équilibre entre les formes libres et associées du ligand et du récepteur K1 [L] + [R] [LR] K-1 33

34

Détermination de la liaison spécifique du ligand Utilisation de ligands marqués par radioactivité ou fluorescence: L* [L*] + [R] [L*R] Avec - [L*]: radioligand - [R ]: concentration du récepteur - [L*R]: radioligand fixé au récepteur KD: constante de dissociation ce qui est libre [L*R] ce qui est lié [L*][R] 35

- mise en présence du récepteur - mesure du complexe L*R Expérimentalement: -utilisation de ligands marqués par un élément radioactif ou fluorescent - mise en présence du récepteur - mesure du complexe L*R Ligand Marquage Récepteur mesure du complexe L*R 36

Liaison du ligand (L*R) Concentration en radioligand L*(nM) 37

Liaison du ligand (L*R) [L*] et [R] connues [L*R] mesurée Liaison du ligand (L*R) Concentration en radioligand L*(nM) 38

Occupation de 100% des récepteurs par L* B max Occupation de 100% des récepteurs par L* Liaison du ligand (L*R) Concentration en radioligand L*(nM) 39

Liaison du ligand (L*R) (dpm/essai) Concentration en radioligand L*(nM) B max= 100% des récepteurs occupés 700 600 500 400 300 200 100 40

Liaison du ligand (L*R) (dpm/essai) Concentration en radioligand L*(nM) B max 700 600 500 400 B max/2 300 200 100 41

Liaison du ligand (L*R) (dpm/essai) Concentration en radioligand L*(nM) B max 700 600 500 400 B max/2 300 200 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 42

Liaison du ligand (L*R) (dpm/essai) Concentration en radioligand L*(nM) B max 700 600 500 400 B max/2 300 200 100 KD 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 43

L’affinité d’un ligand, AGONSITE OU ANTAGONISTE pour son récepteur est définie par la constante de dissociation à l’équilibre KD 44

Liaison du ligand (L*R) (dpm/essai) + L’affinité d’un ligand pour son récepteur est forte plus le KD est faible Liaison du ligand (L*R) (dpm/essai) Concentration en radioligand L*(nM) B max 700 600 500 400 B max/2 300 200 100 KD 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 45

Le KD: paramètre d ’affinité du ligand pour son récepteur [L*R] [L*][R] KD: Le KD correspond à la concentration de L* nécessaire pour occuper 50% des récepteurs, KD exprimé en unités de concentration 46

Paramètres fonctionnels de la réponse au médicament: Réponses quantales Réponses graduelles 47

Paramètres fonctionnels de la réponse au médicament: Paramètres fonctionnels de la réponse au médicament: réponses quantales: DE50 Réponse quantale: régie par le principe du tout ou rien Quantifiée par le paramètre DE50 DE50: dose efficace 50: dose nécessaire pour produire un effet chez 50% des animaux 48

Paramètres fonctionnels de la réponse au médicament: Paramètres fonctionnels de la réponse au médicament: réponses graduelles DE50 ou CE50 Réponse graduelle: augmentation graduelle en fonction de la concentration ou de la dose Quantifiée par les paramètres DE50 (dose efficace 50) ou CE50 (concentration efficace 50) Dose ou concentration nécessaire pour observer 50% de l’effet maximum de la drogue 49

Paramètres fonctionnels de la réponse au médicament: réponses graduelles DE50 ou CE50 Exemple de la noradrénaline: effet vasocontricteur Effet (%) Concentration (-log M) 20 40 60 80 100 9 8 7 6 5 50

Exemple de la noradrénaline: effet vasocontricteur Concentration (-log M) 20 40 60 80 100 9 8 7 6 5 51

Concentration (-log M) Effet max 20 40 60 80 100 9 8 7 6 5 52

Concentration (-log M) Effet max 9 8 7 6 5 20 40 60 80 100 Effet max Effet 50% CE50 53

Permet de quantifier l’effet d’un agoniste Paramètres fonctionnels de la réponse au médicament: les agonistes (CE50, DE50, pD2) CE50 ou DE50 : dose d’agoniste qui permet d’obtenir 50% de l’effet maximum Permet de quantifier l’effet d’un agoniste Caractérise la puissance de l’agoniste, plus CE50 faible, plus efficacité élevée pD2 = -log CE50 ex: CE50 = 10-9M pD2=9 plus pD2 élevé, plus efficacité élevée 54

plus pA2 élevé, plus affinité et efficacité élevées Paramètres fonctionnels de la réponse au médicament: les antagonistes (CI50, pA2) Détermination de la concentration d’antagoniste qui permet de diminuer de 50% l’effet d’une concentration donnée d’agoniste: CI50 Détermination d’un pA2 plus pA2 élevé, plus affinité et efficacité élevées 55

Exemples Utilisation d’un agoniste: β2 stimulant Effets vasculaires d’un β2 stimulant: vasodilatation Mesure de l’effet d’un antagoniste β1 β2 bloquant: le propranolol Mesure de l’effet d’un antagoniste β1 bloquant: l’aténolol 56

Concentration (-log M) Effet (%) Concentration (-log M) 9 8 7 6 5 20 40 60 80 100 57

Concentration (-log M) Effet max Effet 0% 9 8 7 6 5 20 40 60 80 100 Effet max Effet 0% Effet 50% 58

Concentration (-log M) Effet max Effet 50% 9 8 7 6 5 20 40 60 80 100 Effet max Effet 50% CE50 59

pD2 = -log CE50= 7.06 Concentration (-log M) 10-8 < X < 10-7 9 8 7 6 5 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-8 < X < 10-7 X=8.8 10-8=CE50 pD2 = -log CE50= 7.06 60

Mesure de l’effet d’un antagoniste β1 β2 bloquant: le propranolol: pA2 trouvé = 8.3 Mesure de l’effet d’un antagoniste β1 bloquant: l’aténolol: pA2 trouvé = 4.6 Les récepteurs étudiés étaient les récepteurs impliqués dans la vasodilatation et donc les récepteurs β2. 61

Le propranolol possède un pA2 élevé et donc possède un effet antagoniste vis-à-vis des récepteurs β2 L’aténolol possède un pA2 faible donc il possède une faible affinité et une faible efficacité en tant qu’antagoniste vis-à-vis des récepteurs β2 62