Pharmacologie S4

Chapitre 1 : transmission chimique entre cellulesI. GénéralitésEntre les cellules, il n'existe pas que la communication hormonale. La communication entre les cellules des organismes pluricellulaires est nécessaires pour contrôler la croissance de la cellule, l'organisation des cellules en tissu et ordonner le fonctionnement des cellules et des tissus. Chez les animaux supérieurs, les cellules communiquent de trois façons.

A. Les différents types de communication1. Sécrétion de substances chimiques

Elles peuvent sécréter des substances chimiques qui vont se transmettre à distance et agir sur d'autres cellules.

2. Excrétion de moléculesElles peuvent excréter en surface des molécules qui restent liées à la membrane et qui vont agir sur les autres cellules par contact direct.

3. Les jonctions des types GapElles peuvent former des jonctions de type Gap, qui vont faire communiquer de cytosols de deux cellules adjacentes.

Les molécules impliquées dans le message sont informatives, le récepteur répond au message de l'émetteur. Un échange d'informations se fait entre la cellule qui émet un messager et la cellule qui le reçoit. Trois grands types de molécules informatives sont différenciées.

B. Les différents types de molécules informatives1. Les molécules circulantes

Elle passe par un état non lié à la cellule. Elles ne sont pas nécessairement libres. Elles peuvent être complexées, pour la stabilité ou pour être des transporteurs. Par exemple, la transcortine est une protéine qui permet le transport des corticostéroïdes dans le sang. Le sang est un milieu aqueux alors que les corticostéroïdes ne sont pas solubles dans un milieu aqueux. Un autre exemple : les protéines qui interagissent avec le facteur IGF (insulin like growth factor). Il existe deux types d'IGF : IGF I et IGF II. On dit que ce sont des somatomédines C pour IGFI, et des somatomédines A pour IGF II. La plupart du temps, ils se

sont complexes et avec IGF BF (binding protein) qui vont modifier transitoirement l'action des IGF sur les cellules cibles. Les IGF BF sont importantes dans l'action d'IGF, on peut les utiliser pour déceler des pathologies. Les molécules circulantes peuvent être des hormones, des facteurs de croissance, des neurotransmetteurs.

2. Molécules fixées à la surface de la celluleOn va en distinguer deux types

a) Les molécules d'adhésionElles permettent la cohésion entre deux cellules et d'échanger des informations de deux types.

(1) Calcium dépendantes (cadhérines)(2) Calcium indépendante (N-CAM) Neuronal Cell Adhesion Molecule

b) Les molécules de reconnaissance(1) Complexe majeur d'histocompatibilité (CMH)

Il permet à l'organisme de reconnaître ses cellules de celles des autres. Chez l'homme, c'est HLA (Human Leucocyte Antigen), chez la souris, c’est H1. Il est important dans le fonctionnement du système immunitaire mais aussi pour les cellules épithéliales.

(2) TCR (T cell Receptor)Reconnaît l'antigène quand il est présenté par une cellule spécifique : les cellules présentatrice d'antigène. Dans cette reconnaissance le CMH est impliqué.

(3) Reconnaissance sélectiveReconnaissent sélectivement les motifs oligosaccharidiques : les lectines et les sélectines.

3. Molécules supportElles constituent les composants de la lame basale, ou la matrice extracellulaire. On retrouve par exemple le collagène, la fibronectine, la laminine, la vitronectine, l’héparan sulfate, et de façon générale les protéoglycans. Au niveau de la cellule, il y a des protéines transmembranaires appelées intégrines. Elles ont une structure en 2 sous-unités alpha et bêta, alpha et une masse moléculaire supérieure à celle de β. On a mis en évidence 14 alpha et 8 β. on peut avoir différentes combinaisons, on connaît environ 20 hétérodimères. II. Cellules cibles et mode de transmission de l'information

A. Concept de cellules ciblesLes molécules porteuses d'information, sont reçues et interprétées par les cellules réceptrices, qui doivent ensuite traduire et donner une réponse à l'information. La cellule qui fait tout ça est appelée cellule cible. Elle possède un équipement moléculaire nécessaire à identifier les molécules informatives et pour traduire l'information en réponses physiologiques spécifiques à cette cellule.

B. Stratégie du transfert d'informations1. Mode de transmission

a) Transmission endocrineDes cellules spécifiques forment des vésicules spécifiques et sécrètent les hormones véhiculées par le sang pour agir sur les cellules cibles dispersé dans tout l'organisme.

b) Transmission paracrineLes cellules sécrétrices sécrètent dans le milieu extracellulaire des médiateurs chimiques locaux, qui sont rapidement captées, dégradées ou immobilisées. Ils peuvent donc agir sur une faible distance, dans l'environnement immédiat des cellules sécrétrices.

c) Transmission autocrineC’est une variante de la transmission paracrine, elle offre la possibilité à une cellule de s’auto-stimuler.

d) Transmission synaptiqueCellules spécifiques : neurones. Ils sécrètent des neurotransmetteurs au niveau des synapses chimiques. Les neurotransmetteurs sécrétés par le neurone pré-synaptique passent par la fente cellulaire jusque aux cellules post-synaptiques. Ils n'agissent que sur de très faibles distances, seules des cellules post-synaptiques sont capables de capter le message.

C. Les différences entre endocrine et synaptiqueLes cellules endocrines libèrent des vésicules puis diffusent dans les capillaires, puis dans l’ensemble de l’organisme. Dans chaque tissu de l’organisme, les cellules normales vont diffuser, quitter la circulation sanguine pour de nouveau diffuser en extracellulaire et atteindre les cellules cibles. C’est donc très lent. Les concentrations en hormones sont très faibles (10 -

8). Le transport n’est pas sélectif, toutes les hormones peuvent atteindre tous les tissus. La transmission synaptique peut marcher à distance. Par contre, la propagation du potentiel d’action est très rapide. Au niveau de l’extrémité synaptique, le potentiel d’action libère massivement (5.10-4) des neurotransmetteurs stockés par avance, et est donc rapide et localisée. La stabilité est faible. Ils sont rapidement re-capté par les extrémités synaptiques ou dégradés. L’intérêt est d’assurer la précision spatiale de l’information, mais aussi temporelle.Les 2 types peuvent coexister.Par exemple, un système qui implique des neurones peut libérer des hormones (système neuroendocrinien), un neuro-hormone sera libéré dans le sang pour atteindre les cellules cibles. On peut aussi avoir des systèmes neuro-paracriniens : le neurone sécrète des médiateurs chimiques locaux qui modulent une transmission chimique.

III. Notion de récepteur et généralités sur les récepteursLes médiateurs chimiques sont présents autour de tout organisme et sont nombreuses. Cependant elles ne doivent pas agir sur tout organisme. Les cellules cibles doivent distinguer les différentes hormones. Il y a aussi des molécules qui n’ont pas d’informations. Elles sont pourtant 104 à 106 fois plus concentrées. Les récepteurs ont des structures responsables de la reconnaissance et de la transformation de l’information. Elles participent au transfert de l’information. Elles participent au transfert de l’information. Leur existence a été mise en évidence au début du XX° siècle par Paul Ehrlich. Les récepteurs et l’équipement moléculaire et cellulaire associé sont responsables de la traduction, de l’interprétation de la réponse à apporter à la molécule captée. Une même molécule informative peut avoir des effets différents sur des cellules cibles différentes. L’acétylcholine stimule la contraction des muscles squelettiques mais diminue le rythme et la force de la contraction cardiaque. Dans le premier cas, ce sont les récepteurs nicotiniques, dans le second cas, les récepteurs muscariniques. Les mêmes récepteurs, les mêmes molécules informatives, mais des réponses différentes : la machinerie intracellulaire moléculaire est différente d’un tissu à un autre. A l’inverse, les molécules qui n’ont rien à voir peuvent interagir avec des récepteurs et ainsi prendre à défaut la sélectivité du récepteur. Par exemple, les récepteurs opiacés sont mis en évidence pour la capacité à fixer la morphine. En 1975, ils ont des ligands…Université de Reine : « Depuis la découverte des enképhalines (et de leur biochimie dont les enképhalinases, enzymes de catabolisme) de nombreux ligands endogènes vis-à-vis des récepteurs sus-mentionnés ont été mis en évidence (Tableau III). Ces peptides opioïdes endogènes dérivent tous de quatre précurseurs : la pro-opio-melanocortine, la pro-nociceptine/orphanine FQ. Sur le plan de la génétique de l’évolution, tous ces précurseurs

doivent provenir d’un ancêtre commun. En dehors de la Nociceptine/orphanine FQ, tous ces peptides possèdent la même terminaison : tyr-gly-gly-phe(met/leu). »

N-ter C-terLes peptides endogènes sont les Enképhalines Met : Tyr-Gly-Gly-Phe-Met

Enképhalines Leu : Tyr-Gly-Gly-Phe-LeuEndorphine : Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-Thr-Ser

Elles sont aussi puissantes que la morphine dans leur activité analgésique.IV. Interaction Ligand-récepteur

A. Caractéristiques de cette interactionL’interaction d’un ligand avec son récepteur a 4 caractéristiques principales : l’interaction est rapide (elle se fait dans des temps de l’ordre de la seconde), elle est réversible (l’interaction du ligand avec son récepteur n’est pas quelque chose de permanent, un équilibre s’établit entre le complexe ligand-récepteur et la forme libre, dissociée), elle est saturable (il y a un nombre fini de sites de fixation du ligand, pour une concentration donnée en ligand, tous les sites seront occupés), enfin, elle est spécifique (l’interaction ne va se faire pour un récepteur donné qu’avec un ligand donné).

B. Théorie de l’interactionDans des conditions non physiologiques, en milieu homogène, on considère que l’on n’a qu’un seul site de fixation par récepteur. Le ligand libre est appelé L, le ligand lié est appelé complexe LR, et le récepteur libre est appelé R. On considère les concentrations de ces différents partenaires : [L], [LR], [R]. On a donc la réaction suivante : [L] + [R] [LR]Cette réaction se fait suivant ka, qui est la constante de vitesse d’association () et suivant kd, constante de vitesse de dissociation (). A l’équilibre, la vitesse de dissociation est égale à la vitesse d’association. On peut alors définir la vitesse d’association : VA = ka [L] [R]

la vitesse de dissociation : VD = kd [LR]Si VA = VD, on peut définir ka / kd = Ka, Ka étant une constante d’équilibre d’association.VA = ka [L] [R] M.s-1 = ka M x M ka = M-1 . s-1

VD = kd [LR] kd = s-1

KA s’exprime en M-1 (mol moins 1)KA = 1 / KD KD est la constante d’équilibre de dissociation, et KD s’exprime en M.KD correspond à la concentration de ligand libre pour laquelle 50% des récepteurs totaux vont être occupés.Si [L] = KD 50% des récepteurs sont occupés.Si [L] = 1/10 KD 9% des récepteurs sont occupés.Si [L] = 10 KD91% des récepteurs sont occupés.On peut représenter cette fixation d’un ligand sur un récepteur en fonction de la concentration en ligands libres :

% de fixation

[L]total = [L] + [R] ka = 107 M-1 s-1

[R] = 10-7 à 10-11

La vitesse est faible, ce qui explique que la réaction soit lente, de 30 minutes à 1 heure à 35°C, et peut aller jusqu’à plusieurs heures à 4°C. Les constantes de vitesse de dissociation sont en générale faible, donc la vitesse de dissociation va être très faible. Le complexe LR va être stable suffisamment longtemps pour être purifié.On n’a pas tout le temps cette branche d’hyperbole. Ceci est dû à la fixation non spécifique du ligand sur des endroits non récepteurs (par exemple, sur les parois du tube à essai).

Les ligands radioactifs montrent la fixation non spécifique. Dans une nouvelle expérience utilisant les mêmes quantités, on rajoute un ligand « froid », en excès, qui vaut au minimum 100 à 1000 fois la concentration en ligand radioactif. Dans ce cas là, comme la fixation non spécifique n’est pas saturable, on peut en déduire la fixation spécifique.Ce genre d’expérience est dit de fixation par saturation. En effet, on essaie d’arriver à la saturation de la fixation spécifique. L’inconvénient est que pour arriver à ces concentrations, il faut de grandes quantités de ligand et de produits radioactifs.Une deuxième façon de réaliser l’expérience est de réaliser une compétition entre du ligand radioactif et du ligand non radioactif. La concentration en ligand radioactif est constante, on fait varier la concentration en ligand froid.

Les deux systèmes sont des graphes difficilement utilisables. On cherche donc à avoir des droites. Pour cela, on va appeler le ligand libre F (free), le ligand lié B (bound). A partir de là, on peut déterminer la quantité de récepteurs libres, [R]= Bmax – BDonc KA = [LR] / ([L] [R]) KA = B / [F (Bmax – B)]B/F = f B B/F = KA (Bmax – B) B/F = KA Bmax – KA BB/F = -KA B + KA Bmax

On obtient donc une forme ax + b, qui est une droite.

La pente de la courbe vaut -KA,0 = KA Bmax – KA B KA B = KA Bmax

B = Bmax

On appelle ça la courbe de Scatchard.

On obtient ici une courbe avec la méthode de Scatchard. On peut définir 2 droites, la haute affinité de faible capacité, et la basse affinité de haute capacité.

C. Détermination de B / FIl faut qu’expérimentalement on puisse déterminer la valeur de B et la valeur de F.

1. La dialyse à l’équilibre

Cette méthode séduisante en théorie est difficile à mettre en œuvre en pratique, et elle est presque abandonnée aujourd’hui.

2. La filtration sur gel

On fait donc ensuite une chromatographie pour chaque ligand, ce qui est lourd

3. L’ultracentrifugationOn fait la même incubation que pour la filtration sur gel

Puis on lave le culot, et on refait des centrifugations. C’est une bonne méthode.

4. La filtration sur membrane

[L]libre = [L]total FFacile à utiliser, grande spécificité.

5. Fixation en milieu hétérogèneUtilisable avec des cellules viables et adhérentes.

D. La classification des récepteursCette classification a évolué avec le temps. Autrefois, dans les années 50, on n’avait aucune notion sur la structure et le mode de fonctionnement des récepteurs. On les a donc classés suivant les ligands. On avait donc par exemple des récepteurs peptidiques, des récepteurs des stéroïdes, des récepteurs des acides aminés… Ensuite, on a accumulé des informations sur leurs structures et modes de fonctionnement, et on a démontré que des récepteurs qui n’avaient pas du tout le même ligand avaient des structures très proches. Par exemple, les β adrénergiques de l’adrénaline sont proches des récepteurs kυ de la rhodopsine.On a donc maintenant de grandes classes de récepteurs qui ont en commun leur structure et le système effecteur associé à ces récepteurs.

1. Les récepteurs membranairesIls vont avoir comme ligand des ligands incapables de traverser la membrane. Par exemple, les molécules hydrophiles (ex : dérives d’acides aminés, peptides…).On peut ici faire des sous catégories

a) Canaux ioniques régulés par la fixation d’un ligand.b) Récepteurs à activité enzymatique intrinsèque

Tyrosine kinase, sérine kinase, phosphatase, guanylyl cyclase…c) Récepteurs couplés aux protéines G trimériquesd) Récepteurs associés à des transducteurs intracellulaires

Récepteurs des cytokines (IL, INF, TNF…)

2. Les récepteurs cytosoliques et/ou nucléairesLocalisés soit dans le cytosol, soit dans le noyau, soit dans les 2. Ce sont des molécules hydrophobes, qui passent facilement la membrane (stéroïdes, thyroxine, vitamine D3…).

H = hormone passe la membrane, elle entre en contact avec GR (glucocorticoïde) et HSP(Heat shock protein) est libérée. H-GR part dans le noyau et agit sur des

séquences au niveau de l’ADN, des séquences de réponse à l’hormone, appelées HRE (hormone response element).

Pour mettre en évidence les HSP, il faut leur faire un choc thermique, on les met à 42°C pendant 10 minutes, et libère en grande quantité des HSP (associée ici à GR).