TABLE DES MATIERES• Chapitre I: Constitution du système nerveux central• Chapitre 2: Excitabilité neuronale et transmission synaptique –

différents types de récepteurs• Chapitre 3: Notions de pharmacodynamie• Chapitre 4: Notions de pharmacocinétique• Chapitre 5: Systèmes monoaminergiques (MA) et cholinergiques

cérébraux • Chapitre 6: Médicaments/drogues actifs sur les systèmes MA et

cholinergiques (psychostimulants, hallucinogènes, antipsychotiques, antidépresseurs, nicotine, médicaments de la maladie d’Alzheimer)

• Chapitre 7: Glutamate - « anesthésiques dissociatifs »• Chapitre 8: GABA - hypnotiques-anxiolytiques – antiépileptiques• Chapitre 9: Systèmes cannabinoïdes et cannabis• Chapitre 10: Systèmes opioïdes et analgésiques morphiniques• Chapitre 11: Ethanol

Chapitre 3

Notions de pharmacodynamie« ce que le médicament fait au corps »

La plupart des médicaments ou drogues interagissent avec des composants macromoléculaires de l’organisme appelés « récepteurs » au sens large.

Cette interaction modifie le fonctionnement de ces macromolécules → effets biochimiques et physiologiques caractéristiques de la substance consommée

Récepteurs aux neurotransmetteurs = cible fréquente

Chapitre 3

Les principales cibles pharmacologiques

• 1. Récepteurs– 1.1. Récepteurs membranaires– 1.2. Récepteurs intracellulaires

• 2. Canaux ioniques• 3. Transporteurs• 4. Enzymes• 5. Autres molécules intracellulaires• 5. DNA• Autres

Chapitre 3

T

NT

PRECURSEUR

NT

NT

NTNTNT

PA (Na+/K+/Ca++)

NT NT

NT+

[Cai]

R -

Canaux N et/ou P/Q

NT

ASTROCYTE

T

NT

Ca2+

R

Chapitre 3

Interaction entre un ligand et un récepteur membranaire:

2 caractéristiques essentielles

Affinité et activité intrinsèque

Chapitre 3

Affinité: mesure tendance du ligand à se fixer au récepteur, la force de l’association entre le ligand et le récepteur.

Activité intrinsèque* (AI - intrinsic efficacy ): mesure la nature de interaction entre complexe ligand-récepteur et effecteurLe ligand peut activer l’effecteur réponse cellulaire(AI élevée) ou ne pas l’activer (AI nulle). agonistes (AI « 100% ») agonistes partiels (AI intermédiaire) antagonistes (AI « 0% ») agonistes inverses (AI négative)

2 propriétés totalement distinctes

NB: agonistes indirects = molécules qui libèrent un agoniste endogène, p.e. amphétamine, éphédrine

Chapitre 3

Deux types études pharmacologiques

• Mesure affinité de ligands : études de « binding »

- in vitro : membranes, cellules, etc…

- in vivo chez l’animal et chez l’homme • p.e. : mesure occupation de récepteurs dans SNC

lors du traitement par divers psychotropes (technique du PET scan)

• Mesure activité intrinsèque d’agonistes et de la puissance d’antagonistes: utilisation de « bioassays »– in vitro– in vivo

Chapitre 3

Quantification de l’affinité

Techniques de « binding » :

- à 1 ligand (binding de saturation)

- expériences de compétition

Chapitre 3

Binding de saturationCourbe de fixation d’un ligand marqué à une

population homogène de récepteurs

Concentration du ligand

% d

e ré

cept

eurs

fixé

s par

le li

gand

100

50

Bmax

KD

Chapitre 3

Nombre maximum de récepteurs

Transformation logarithmiqueFi

xatio

n (%

du

max

.)

100

0

50

Logarithme de la concentration du ligand

KD

KD: concentration du ligand nécessaire pour occuper 50% des récepteurs = mesure

de l’affinité du ligand

Chapitre 3

En pratique: courbes expérimentales de « binding »

Concentration du ligand marqué

Binding total

Binding spécifique(saturable et réversible)

Binding non-spécifique

Nom

bre

de si

tes f

ixés

par

lelig

and

mar

qué

dans

le ti

ssu

Chapitre 3

1. COURBE DE « BINDING » TOTAL

Exemple de site non spécifique

0,1 nM 0,2 nM 0,4 nM 0,8 nM 1,6nM....[Sulpiride] MARQUE

Membranes cellulaires

2. COURBE DE « BINDING » NON SPECIFIQUE

Idem que 1 + excès (1000 x) sulpiride NON MARQUE dans chaque tube

Sulpiride non marqué va entrer en compétition avec sulpiride marqué pour les sites de fixation spécifiques (= récepteurs D2) et va donc déplacer sulpiride marqué à ce niveau mais pas au niveau des sites de fixation non spécifiques (pas de compétition à ce niveau)

Récepteurs D2

Chapitre 3

Lorsque courbe de binding du ligand marqué réalisée possible d ’estimer affinité de ligands non-marqués (compétiteurs) pour le récepteur

• Utilisation concentration donnée ligand marqué (en général proche de son KD)

• Ajout de concentrations croissantes autre ligand non-marqué

• Phénomène de compétition diminution fixation du ligand marqué aux récepteurs

• Obtention de IC50 (concentration du compétiteur qui diminue fixation spécifique du ligand marqué de 50%)

Ki

Chapitre 3

Binding de compétition

Transformation semi-logarithmique d ’une courbe de compétition

A partir de IC50, équation de Cheng-Prusoff permet de déterminer la valeur de Ki = mesure absolue de l’affinité du compétiteur pour le récepteur

% de ligandmarqué fixé aux récepteurs

Log Conc ligand non marqué

Chapitre 3

Ki = IC50

1 + [L]/KD

Etablissement du profil pharmacologique d ’un médicament

Ki en nM de médicaments antipsychotiques pour divers récepteurs

Récepteur Halopéridol Clozapine Rispéridone

D2 2 100 5

D4 5 9 16

5HT2 25 5 0.2

Histam.H1 1000 3 20

ACh musc. >1000 20 >1000

1 30 6 1

Chapitre 3

Etudes de fixation de médicaments à leur récepteur in vivo par technique PETscan = tomographie par émission de positons (+) (méthode généralement utilisée pour mesurer activité métabolique d’un organe grâce aux émissions < désintégration d'un produit radioactif injecté au préalable (ex: 18F-flurodéoxyglucose)

+ utilisation pour évaluer la fixation de médicaments à leur récepteur

Chapitre 3

Raclopride, haloperidol, clozapine = antipsychotiques de diverses classes chimiques

Témoin traité avecRaclopride marqué

Patient traitépar halopéridol

Patient traitépar clozapine

NB : binding du raclopride

Activité intrinsèqueDifférentes interactions possibles entre le

complexe ligand-récepteur et l’effecteur:• Agonisme• Antagonisme• Agonisme partiel• Agonisme inverse

Chapitre 3

R. AU REPOS R. ACTIF

+ AGONISTE

SANS LIGAND

Chapitre 3

R. AU REPOS R. ACTIF

+ AG. PARTIEL

+ ANTAGONISTE COMP

Chapitre 3

Activation d’une fraction des récepteursActivation de tous les récepteurs, mais à un degré moindre qu’un agoniste

Mesure de l’activité intrinsèque d’agonistes et de la puissance d’antagonistes:

utilisation de « bioassays » in vitro, in vivo Valeurs mesurées: EC50 ou ED50 dans cas agonisteKB (pKB ou pA2) dans cas antagoniste

Exemples de « bioassays » utilisés en pharmacologie

Mesure contraction anneaux d’aorte in vitro Mesure pression artérielle chez rat anesthésié. Ex: hypertension induite par la

phényléphrine mesure de effet d’antagonistes« hot plate test »: rongeur posé sur une plaque chauffante à + 55°C

analgésiques latence avant de sauter ou de se lécher la pattetest au pentylènetétrazole (PTZ)(agent convulsivant )

p.e. mesure de par anticonvulsivants du % d’animaux qui font des convulsions avec dose fixe de PTZ

Chapitre 3

Bioassays in vitro: courbes concentration-effet d’agonistes

et mesure de l’effet d’antagonistes

Chapitre 3

Courbe concentration-effet d’un agonisteEf

fet (

% d

u m

ax.)

100

0

50

Logarithme de la concentration

EC50

Chapitre 3

Valeurs EC50 permettent de comparer puissance de différents agonistes

Affinité et activité intrinsèqueChapitre 3

COURBED’AFFINITE

0 %% d

e fix

atio

n au

xré

cept

eurs

100 %

Log. de la concentrationagonisteagoniste partiel

COURBE D’ACTIVITEINTRINSEQUE

0 %% d

e l’e

ffet

max

imal

100 %

Log. de la concentration

Propriétés d'un agoniste et d'un agoniste partiel Par définition, agoniste partiel a activité intrinsèque < à celle de agoniste. MAIS son affinité peut être > à celle de agoniste (exemple ci-dessus)

<- Agonista parcial

<- Agonista 100%

0 %% d

e l ’

effe

t max

imal

de

l’ago

nist

e

100 %

Log. de la concentration de l’agoniste

Agoniste seulAgoniste + concentration x d’antagoniste

0 %% d

e l ’

effe

t max

imal

de l’

agon

iste

100 %

Log. de la concentration de l’agoniste

AGONISTE + ANTAGONISTECOMPETITIF

AGONISTE + ANTAGONISTENON COMPETITIF

Agoniste + concentration y d’antagoniste (y > x)

[KB] = valeur de concentration en antagoniste pour laquelle concentration en agoniste nécessaire pour produire effet submaximal est doublée par rapport au « contrôle » - mesurable seulement dans cas antagonisme compétitifKB souvent exprimé sous forme -logKB = pKB (Si KB = 10-9 M, pKB = 9).

Autre valeur utilisée: pA2 (= pKB)Ces valeurs permettent de comparer puissance de différents antagonistes

Chapitre 3 Deux types d’antagonistes

Antagoniste seul

Deux mécanismes principaux de l’antagonisme non-compétitif

1. Fixation sur même site que agoniste, mais fixation irréversible (p.e. lien covalent) pas de compétition possible. Rare dans domaine des récepteurs mais possible pour enzymes (on parle alors de « bloqueurs » irréversibles).

2. Fixation sur autre site de la cible que l’agoniste diminution de sa capacité à induire réponse cellulaire. EX: au niveau d’un récepteur-canal, fixation au niveau du canal

flux d’ions bloqué. La kétamine (anesthésique général) et la phencyclidine (drogue) se fixent dans canal couplé au récepteur NMDA.

Majorité des antagonistes de récepteurs = antagonistes compétitifs

Chapitre 3

EFFECTEUR: ce qui est situé en aval du récepteur et produit la réponse biologique.

AGONISTE: induit, en se fixant au récepteur, un changement de conformation de celui-ci, de sorte que effecteur est activé de façon maximale. Sa fixation est réversible.

AGONISTE PARTIEL: produit une réponse maximale plus faible que agoniste, même lorsque tous les récepteurs sont occupés. Cela est dû à une moindre capacité de agoniste partiel à activer effecteur. Cette réponse maximale plus faible n’est pas due à une moindre fixation au récepteur.

En résuméChapitre 3

ANTAGONISTE COMPETITIF: se fixe au récepteur sur même site que agoniste et également de manière réversible, mais n’active pas effecteur. Par sa présence, il empêche agoniste d’activer effecteur. Cet antagonisme peut être levé en augmentant concentration agoniste.

ANTAGONISTE NON COMPETITIF: se fixe en général à un site différent de celui de agoniste (ou au même, mais de façon irréversible), et diminue soit la fixation de celui-ci, soit sa capacité à activer effecteur. L’augmentation de concentration de agoniste ne permet pas de lever complètement antagonisme et effet maximal de agoniste est diminué.

AGONISME INVERSE: peut être détecté dans cas de récepteurs actifs de manière constitutive

Chapitre 3

RECEPTEURS ACTIFS DE MANIERE CONSTITUTIVE

R. AU REPOS R. ACTIF

SANS LIGAND

+ AGONISTE INVERSE

Chapitre 3

Chapitre 3

Tolérance, désensibilisation,hypersensibilité,

dépendance physique

Chapitre 3

ADMINISTRATION REPETEE

Variations de réponse d’un tissu à agent pharmacologique

au cours du temps:tolérance ou hypersensibilité

TOLERANCE2 grandes causes:

pharmacocinétique (peu fréquente): vitesse de dégradation du médicament (p.e. alcool induit synthèse de certains enzymes qui le dégradent CYP450): TOLERANCE METABOLIQUE

pharmacodynamique: modification de sensibilité de cible du médicament

Chapitre 3

Mécanismes de désensibilisation

Phosphorylation des récepteurs liaison du récepteur à ARRESTINE (empêche activation des protéines G)

Si exposition plus prolongée à agoniste, internalisation de récepteurs (favorisée par phosphorylation et fixation arrestine) = séquestration

Modifications possibles au niveau effecteurs intracellulaires

Chapitre 3

Degré tolérance parfois variable en fonction des effets induits par le médicament

Ex: effets produits par analgésiques morphiniques Tendance à subir une tolérance:- analgésie : ++- euphorie : ++- nausées : ++- dépression respiratoire : +- inhibition du réflexe de toux : + - myosis : 0-constipation: 0 problèmes majeurs de constipation en cas de traitement chronique (p.e. dans le cadre des soins palliatifs)

Tolérance = phénomène réversible

Chapitre 3

MAIS

Administration chronique antagonistes hypersensibilité

Rarement significative au point de vue clinique (rôle possible dans développement de dyskinésies tardives induites par antipsychotiques = antagonistes D2)

Chapitre 3

Phénomène de dépendance physique

Ne concerne que certains types de molécules (certains psychotropes, drogues d’abus) et certains types de récepteurs et leurs effecteurs intracellulaires

Synonyme: neuroadaptation : phénomène adaptation du SNC qui contrecarre action de agent exogène via modification expression de gènes

Cliniquement, on observe en cas de non-prise de la molécule des symptômes opposés à ceux qui sont recherchés = symptômes de SEVRAGE:

– dépendance aux benzodiazépines: insomnie, irritabilité, anxiété

– dépendance aux stimulants (cocaïne, amphétamines,…): apathie, fatigue extrême (« crash »)

Chapitre 3

Système en équilibre Effets de la drogue en aigu

Drogue

Sevrage

DrogueNeuroadaptation

Drogue chronique

DrogueNeuroadaptation

Schéma simplifié de la genèse d’une dépendanceChapitre 3

Mécanismes d’adaptation dans un noyau NA du SNC, le locus coeruleus, à l’exposition chronique à un opiacé

(Nestler et Aghajanian,Science 278, 58-63 (1997))

Les opiacés inhibent les neurones NA.Effet désensibilisé après administrationchronique.De plus, lors d’administration chronique, un certain nombre de messagersintracellulaires subissent des modificationsd’expression s’opposant à action des opiacés. au sevrage, hyperactivité NA centrale,responsable de symptômes physiques dusevrage.

Chapitre 3