De la cible du médicament à la réponse de l’organisme

Plan Introduction I-Réponse cellulaire et réponse de l’organisme II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation III-Les alternatives médicamenteuses 2

Introduction L’étude du mécanisme d ’action des médicaments = pharmacodynamie Aspect quantitatif de la pharmacodynamie = pharmacométrie 3

Introduction La pharmacométrie, étude des: -paramètres d’affinité des médicaments pour leurs cibles: KD, …. -paramètres fonctionnels: paramètres de quantification de l’effet des médicaments, c’est à dire de la réponse de l ’organisme à ces xénobiotiques: DE50, CE50… 4

Introduction Les paramètres pharmacodynamiques peuvent être appréciés à différents niveaux d’intégration: de la cible moléculaire purifiée à l’organisme entier. IN VITRO IN VIVO Récepteurs purifiés Fragments membranaires Cellules isolées Organe isolé Organisme entier Etudes de liaison spécifique Etudes fonctionnelles 5

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I-Réponse cellulaire et réponse de l ’organisme La réponse cellulaire au médicament est appréciée en quantifiant: -la variation d’un élément de la voie de signalisation mise en jeu (mouvement ionique, messager intracellulaire) 7

La réponse cellulaire au médicament est appréciée également en quantifiant: -la réponse fonctionnelle de cellules ou d’organes isolés (réponses transcriptionnelles, métaboliques, contractiles, sécrétoires…) Relaxation (%) Bauters et Coll. Drugs.1999 ; Six et Coll. Growth Factors. 2004 8

La réponse de l’organisme entier: -correspond à l’intégration de la réponse cellulaire au niveau du tissu puis de l’organe et du système (cardiovasculaire, moteur, digestif..). Fonction de l’organisme, étroitement dépendante des régulations physiologiques endogènes 9

La réponse de l’organisme entier: Le cheminement du message du médicament Cible moléculaire cellule tissu organe système fonction Exemple: Cible : récepteur muscarinique de l ’acétylcholine cellules endothéliales et cellules musculaires lisses tissu organe: vaisseau système vasculaire fonction: relaxation 10

But de la quantification des réponses cellulaires ou de l’organisme: comparaison des réponses d’une même cible à plusieurs ligands Nécessité de standardiser les paramètres d’étude ainsi que les conditions expérimentales: comparaison des résultats d ’un laboratoire à l’autre 11

Paramètres fonctionnels de la réponse au médicament: -réponses quantales: DE50 -réponses graduelles DE50 ou CE50 -effets in vitro des agonistes et des antagonistes (CE50, CI50, pD2, pA2) 12

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II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation Le message initié par la liaison du médicament à sa cible moléculaire correspond à une chaîne de réactions biochimiques intracellulaires dénommée voie de signalisation Cible moléculaire signalisation réponse cellulaire 14

Plan II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation II-1 La régulation de la transcription des gènes II-2 La phosphorylation de protéines et les messagers intracellulaires II-3 L ’intervention du calcium 15

II.1- La régulation de la transcription des gènes La transcription des gènes est la copie de leur ADN sous forme d’ARN messager qui lui même est traduit sous forme de protéines au niveau des ribosomes. La transcription est étroitement régulée par liaison à la région promotrice des gènes d’un ensemble complexe de proteines Ces protéines régulatrices= facteurs de transcription 16

Activation ou inhibition de certains facteurs de transcription sous la dépendance des médiateurs = neuromédiateurs, hormones, facteurs de croissance En se liant aux récepteurs de ces médiateurs, les médicaments sont capables de diminuer ou augmenter la synthèse de protéine(s). L’effet du médicament va correspondre à l’augmentation ou la diminution de cette protéine dans les cellules riches en récepteurs correspondants 17

La régulation de la transcription initiée par: - les récepteurs de la membrane plasmique - les récepteurs nucléaires des médiateurs 18

La régulation de la transcription initiée par les récepteurs de la membrane plasmique: La stimulation de ces récepteurs par les médicaments phosphorylation de facteurs de transcription localisés dans le cytosol (=activation des facteurs de transcription) migration dans le noyau régulation de la transcription activation des facteurs de transcription (FT) par stimulation des récepteurs membranaires 19

La régulation de la transcription initiée par les récepteurs nucléaires des médiateurs: Liaison des médiateurs lipophiles aux récepteurs nucléaires régulation de la transcription activation des récepteurs nucléaires (R), facteurs de transcriptions activés par liaison d ’un médiateur. 20

Plan II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation II-1 La régulation de la transcription des gènes II-2 La phosphorylation de protéines et les messagers intracellulaires II-3 L ’intervention du calcium 21

II.2- La phosphorylation de protéines et les messagers intracellulaires La phosphorylation de protéines intracellulaires (sur les résidus séryls, thréonyls ou tyrosyls) est un mécanisme commun à la plupart des voies de signalisation issues de la membrane plasmique. Ce processus peut intervenir: - en première position - plus tardivement 22

en première position: dans la signalisation des récepteurs à activité protéine kinase Récepteurs à activité protéine kinase protéines phosphorylées réponses cellulaires (croissance et multiplication cellulaire) Cf chapitre les récepteurs membranaires des médiateurs cibles de médicament 23

- plus tardivement: dans la signalisation caractérisée par l’augmentation de messagers intracellulaires: - AMPc - GMPc - diacylglycérol=DAG - ions calcium 24

Phosphorylation de protéines via les messagers intracellulaires AMPc, GMPc, DAG, ions calcium: -AMP cyclique: généré à partir d’ATP par les adénylates cyclases (enzymes membranaires dont l’activité peut être stimulée ou inhibée par liaison d ’agonistes aux RCPG). Stimule la protéine kinase A: PKA 25

Phosphorylation de protéines via les messagers intracellulaires AMPc, GMPc, DAG, ions calcium: - GMP cyclique: généré par les récepteurs à activité guanylate cyclase et par les guanylates cyclases cytosoliques activées par liaison du NO (cf chapitre récepteurs nucléaires des médiateurs cibles de médicaments). Active la protéine kinase G: PKG 26

Phosphorylation de protéines via les messagers intracellulaires AMPc, GMPc, DAG, ions calcium: - le diacylglycérol, DAG: généré à partir du lipide membranaire phosphatidylinositol diphosphate par la phospholipase C. Stimule la protéine kinase C: PKC - les ions calcium: lorsque leur concentration cytosolique est augmentée (cf chapitre les protéines de perméabilité membranaire cibles de médicaments), le calcium lié à la calmoduline stimule les Cam-kinases 27

Phosphorylation de protéines par les multiples protéines kinases sont responsables de réponses transcriptionnelles, métaboliques, contractiles ou sécrétrices variées Exemple de l ’AMPc et de la PKA: activation de la lipolyse par phosphorylation de la triglycéride lipase AMPc Triglycérides, diglycérides PKA inactive PKA active triglycéride lipase inactive triglycéride lipase active P Acides gras libres et glycérol 28

Plan II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation II-1 La régulation de la transcription des gènes II-2 La phosphorylation de protéines et les messagers intracellulaires II-3 L ’intervention du calcium 29

II.3- L ’intervention du calcium La concentration cytosolique des ions Ca2+ dans la cellule au repos est très faible: 10-7 M. L ’augmentation du taux de calcium, jusqu ’à 10-5 M entraîne des réponses contractiles, sécrétoires ou métaboliques. Contrairement aux autres ions, les ions Ca2+ ont un rôle de messager intracellulaire 30

Quand la concentration augmente (influx de calcium extracellulaire ou mobilisation des stocks de calcium du réticulum), les ions Ca2+ se lient à de petites protéines: - la troponine C - la calmoduline - les synaptotagmines 31

liaison Ca - troponine C interaction actine-myosine contraction -la troponine C: localisée au niveau de l’appareil contractile des fibres musculaires squelettiques et cardiaques. Augmentation de Ca2+ favorise la contraction musculaire et la force de contraction cardiaque (effet inotrope positif) Muscle strié liaison Ca - troponine C interaction actine-myosine contraction 32

analogue ubiquitaire de la troponine C. - la calmoduline: analogue ubiquitaire de la troponine C. Liaison calmoduline à 4 ions calcium augmentation de l’activité de certaines enzymes (Cam-kinase, kinase des chaines légères de myosine; MLCK) contraction Muscle lisse liaison Ca - calmoduline activation MLCK myosine phosphorylée contraction 33

- les synaptotagmines: petites protéines localisées dans les extrémités des neurones Assurent la sécrétion de neuromédiateurs par exocytose Augmentation de calcium consécutive à l ’ouverture de canaux calciques sous l ’influence de l ’influx nerveux Neurones liaison Ca - synaptotagmines exocytose de neuromédiateurs 34

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III-Les alternatives médicamenteuses L’alternative médicamenteuse (possibilité de remplacer un médicament par un autre) se pose à deux stades: -lors de la conception -lors de la prescription 36

Lors de la conception: pour l’industrie pharmaceutique, proposition de médicaments de cible originale en alternative aux médicaments conventionnels pour obtenir une réponse thérapeutique semblable 37

Lors de la prescription : Choix d’une cible offrant le meilleur rapport bénéfice/risque parmi les différentes cibles offrant une réponse thérapeutique semblable Le choix peut s’exercer entre: -un médicament princeps et ses génériques -un médicament chef de file et ses successeurs de structure proche -des médicaments initiant des réponses semblables en se liant à des cibles distinctes (exemples des alternatives médicamenteuses suivantes) 38

Plan Introduction I-Réponse cellulaire et réponse de l ’organisme II-Les grands mécanismes cellulaires de signalisation III-Les alternatives médicamenteuses Exemple du système rénine angiotensine aldostérone 39

Le système rénine angiotensine aldostérone 1889: Tigerstedt Extraits aqueux du cortex de lapin induisent une HTA Nature protéinique 1930-1940: Goldblatt HTA par ligature d’une artère rénale Nature hormonale d’origine rénale 1939-1940: Page, Braun-Menedez Activité enzymatique de la rénine La substance existe sous forme d’un précurseur 40

1954 Gross, Goormaghtigh et Hartroft 1954-1956: Skeggs Isolement et séquençage de l’angiotensine I et précurseur angiotensinogène Angiotensine II = forme active Action pressive immédiate et retardée 1954 Gross, Goormaghtigh et Hartroft Stockage de la rénine par les artérioles de l’appareil juxta glomérulaire du rein (=fonction endocrine) Relation inverse avec la charge sodée 1958 Gross Lien direct entre le SRA, l’aldostérone et la balance sodée 1960 Genest L’administration d’AII augmente la sécrétion d’aldostérone 41

La système rénine angiotensine aldostérone - Système impliqué dans de nombreuses régulations (pression artérielle +++) 3 composants: Rénine angiotensine enzyme de conversion de l ’angiotensine (ACE ou ECA) 42

Enzyme de conversion de SRA: un précurseur, 2 enzymes, 1 effecteur Angiotensinogène 452 AA Rénine Angiotensine I 10 AA Enzyme de conversion de l’angiotensine (ECA) 8 AA Angiotensine II SRA: un précurseur, 2 enzymes, 1 effecteur 43

Rénine :Enzyme d’origine rénale Rénine :Enzyme d’origine rénale. Scinde l’angiotensinogène en angiotensine I angiotensine : 2 formes I et II. Angiotensine I peptide inactif. Angiotensine II induit l’effet biologique enzyme de conversion de l ’angiotensine (ACE): permet la transformation angiotensine I en angiotensine II

L ’ Angiotensinogène: Précurseur des angiotensines (pro-hormone) Synthèse majoritairement hépatique Production dans d ’autres organes : faible à l ’état basal mais stimulable en conditions pathologiques (cerveau, cœur, vaisseaux, reins)

La rénine: Synthèse par les cellules à rénine de l ’appareil juxta glomérulaire (Rein) Stockage dans des granules Diffusion dans tous les tissus Localisation extrarénale : Foie, surrénale, rate, ovaire, œil, cellules chorioniques (prorénine)

L ’angiotensine I : Décapeptide inactif Produit par action de la rénine sur l ’angiotensinogène Production et métabolisme locaux

Enzyme de Conversion de l’angiotensine: Synthèse principalement par l ’endothélium vasculaire (+ épithéliums du tubule rénal, intestin…) Nombreux substrats: Bradykinine, enképhaline… 3 formes: Membranaire: Endothélium, CMLv, epithélium, rein, cerveau,… Circulante : Sécrétée par l’endothélium vasculaire et les macrophages Testiculaire

Produit par action de l ’ECA sur l ’angiotensine I L’angiotensine II: Produit par action de l ’ECA sur l ’angiotensine I Deux récepteurs connus AT1 et AT2 Effets vasculaires de l ’angiotensine II= vasoconstricteur Localisation AT 1 AT 2 CML 100% 0% Hépatocyte Corticosurrénale 80% 20% Médullosurrénale 10% 90% SNC

Organisation fonctionnelle du vaisseau Endothélium =Transducteur Interface sang/paroi vasculaire. Capte des informations au niveau du sang et les traduit en réponse physiologique Cellules musculaires lisses= Effecteur Permet de faire varier le diamètre du vaisseau

Vasoconstriction et vasodilatation Vasoconstriction Vasorelaxation

Enzyme de conversion de Angiotensinogène Angiotensine I Angiotensine II Rénine Enzyme de conversion de l’angiotensine (ECA)   Dans les vaisseaux, angiotensine II se fixe sur les récepteurs AT1 vasoconstriction= augmentation de la pression artérielle Ang II AT1 ET-1 Endothélium Ang II ETA AT1 PLC Ca Contraction Muscle lisse 57 57

Les effets physiologiques de l’angiotensine II: Vaisseaux: vasoconstriction Cœur: inotrope positif Système nerveux central: augmente commande sympatique Rein: stimule la sécrétion d ’aldostérone, augmente la réabsorption du Na et eau 58

Effets biologiques de l’angiotensine II: Se lie à ses récepteurs membranaires vasculaires avec un effet vasoconstricteur Se lie à ses récepteurs surrénaliens pour stimuler la sécrétion d’aldostérone= hormone antidiurétique Effet vasoconstriteur et effet antidiurétique concourent à l’augmentation de la PA: HTA

Les molécules thérapeutiques de ce système: Les ligands d’intérêt thérapeutique des cibles pharmacologiques de ce système à visée principalement antihypertensive sont: - Les inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine : IEC: pril ou prilate - Les antagonistes des récepteurs de l’angiotensine II: ARA II: sartan - Les inhibiteurs de la rénine: kiren

Les inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine : IEC: pril ou prilate Ils inhibent la conversion de l’angiotensine I en angiotensine II. Ils inhibent donc les effets liés à la synthèse d’angiotensine II IEC -

Les inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine : IEC: pril ou prilate Ils inhibent la contraction vasculaire et inhibent la production d’aldostérone Ils augmentent les concentrations de bradykinine en inhibant la dégradation de la bradykinine IEC - - -

(Captopril, Enalapril, Perindopril, Lisinopril) Inhibiteurs de l’enzyme de conversion : responsables de la baisse de l’Ang II et de l’accumulation de Bradykinine (Captopril, Enalapril, Perindopril, Lisinopril) Indications HTA, Insuffisance cardiaque - Bradykinine Angiotensine I Enzyme de conversion de l’angiotensine (ACE) - - Peptides inactifs Angiotensine II 63

Les antagonistes des récepteurs de l’angiotensine II: ARA II: sartan Antagonistes des récepteurs AT1 (situés au niveau vasculaire et corticosurrénale) Même effet que les IEC au niveau vasculaire et production d’aldostérone mais pas d’effet sur la bradykinine: moins d’effets secondaires: toux - Récepteurs AT1 ARA II - -

Enzyme de conversion de l’angiotensine (ACE) Bradykinine Angiotensine I Enzyme de conversion de l’angiotensine (ACE) Angiotensine II - Peptides inactifs Antagonistes des Récepteurs AT1 : (Losartan, Valsartan) Indications HTA, Insuffisance cardiaque Récepteur AT1 65

- Les inhibiteurs de la rénine: kiren aliskirène Bloque la transformation angiotensinogène en angiotensine I aliskirène -

Pour le choix des antihypertenseurs, choix entre: Les molécules thérapeutiques de ce système: - Les IEC - Les ARA II - Les inhibiteurs de la rénine Mais aussi: - Les antagonistes de l’aldostérone - Les diurétiques -Les inhibiteurs calciques - Les bétabloquants - Les alphabloquants - Les dérivés nitrés - Les antihypertenseurs d’action centrale

Les antagonistes de l’aldostérone: Cf chapitre récepteurs nucléaires des médiateurs cibles de médicaments: la spironolactone Les diurétiques: Ils se lient aux transporteurs ioniques assurant la réabsorption au niveau des nephrons: le furosémide Les inhibiteurs calciques: Ils bloquent les canaux calciques des CML s’opposant à la vasoconstriction: la nifédipine

Les bétabloquants: Antagonistes des récepteurs béta adrénergiques: le propranolol Les alphabloquants: Antagoniste des récepteurs alpha 1 adrénergiques: la prazosine Les dérivés nitrés: Donneurs de NO: vasodilatation Les antihypertenseurs d’action centrale

Conclusions Nombreux médicaments à disposition permettant de traiter la même pathologie. Choix thérapeutique en fonction des pathologies associées, des antécédents du patient… Choix d’une cible thérapeutique offrant le meilleur rapport bénéfice/risque