Les types d’interactions cible-médicament

Les associations de médicaments : effets synergiques et antagonistes

PLAN DU CHAPITRE

Prérequis et objectifs

Prérequis

Réactions chimiques : équilibre, loi d’action de masse.

Notions relatives aux traceurs radioactifs.

Objectifs

Connaître les principales familles de cibles pharmacologiques.

Définir la liaison ligand-récepteur.

Distinguer et définir les agonistes et antagonistes.

Quantifier l’effet pharmacologique en fonction de la nature du ligand (agoniste, antagoniste).

Au cours des essais précliniques et cliniques, la pharmacocinétique et la pharmacodynamie jouent un rôle important car elles sont à la base de la détermination d’un schéma posologique (évaluation de la relation concentration/effet ou relation pharmacocinétique/pharmacodynamie et détermination de l’intervalle thérapeutique). Ainsi, la pharmacocinétique étudie le devenir d’un médicament dans l’organisme tandis que la pharmacodynamie mesure l’effet d’un médicament dans l’organisme, selon la dose administrée.

Effets pharmacodynamiques

La pharmacodynamie étudie les effets du médicament, dépendant de sa dose, dans l’organisme. Ainsi, un médicament peut être responsable d’un ou plusieurs effets pharmacodynamiques, pour des doses qui peuvent être variables. On distinguera alors les effets principaux, recherchés en thérapeutique, des effets secondaires, pouvant être gênants ou nuisibles.

Ces différents effets résultent d’une interaction entre les molécules médicamenteuses et les systèmes vivants par liaison avec des molécules régulatrices (appelées cibles pharmacologiques) capables de modifier (activer ou inhiber) des processus physiologiques de l’organisme.

Quantification de la liaison au récepteur

Les aspects cinétiques des interactions ligands/récepteur

La fixation d’un ligand sur son récepteur spécifique va induire l’activation ou le blocage de ce dernier. Dans le premier cas, il s’agit d’un agoniste et dans le second, d’un antagoniste. Le nombre de récepteurs sur lesquels le ligand peut se fixer étant limité, la fixation d’un ligand sur son récepteur est considérée comme saturable.

La fixation d’une molécule agoniste sur un récepteur induit un effet spécifique de cette fixation. Ainsi, l’interaction ligand-récepteur peut être appréhendée sous deux approches : d’une part, en évaluant les caractéristiques de fixation sur le récepteur (relation ligand-récepteur) et d’autre part en déterminant la relation dose-effet (ou concentration-effet). L’affinité réciproque du ligand et du récepteur détermine la puissance de l’interaction physicochimique entre ces deux protagonistes. Cette affinité dépend de la structure chimique de chacun des partenaires permettant la formation de liaisons non covalentes (liaisons hydrophobes, ioniques, hydrogène ou de van der Walls) multiples.

L’analyse de l’interaction d’un ligand sur son récepteur repose sur la loi d’action de masse. Cette dernière implique que la liaison intervient lorsque le ligand et le récepteur se rencontrent, nécessitant une orientation spatiale favorable et une énergie suffisante. Sur la base de ce postulat :

L = concentration de ligand libre ; R = concentration de récepteur libre ; LR = concentration du complexe ligand-récepteur ; k_a : constante cinétique d’association ; k_d = constante cinétique de dissociation.

À l’équilibre, les vitesses d’association et de dissociation sont considérées comme égales, soit :

Vitesse d’association = vitesse de dissociation

La constante cinétique d’association (k_a ; exprimée en M^− 1.min^− 1) reflète la probabilité d’interaction du ligand et du récepteur dans un solvant donné. Cette probabilité dépend de leurs tailles respectives, de leur forme, de leur solubilité et leur diffusion dans ce solvant.

La constante cinétique de dissociation (k_d ; exprimée en min^− 1) est le reflet du nombre d’interactions entre le ligand et son récepteur, c’est-à-dire le nombre de liaisons non covalentes établies entre ces deux protagonistes. L’affinité d’un ligand pour son récepteur va dépendre du complexe ligand-récepteur formé et de sa stabilité.

Selon la loi d’action de masse, lorsque l’équilibre est atteint :

K_D est la constante de dissociation à l’équilibre du complexe ligand-récepteur. Cette constante renseigne sur l’affinité du ligand pour son récepteur. Ainsi, plus la valeur de K_D est faible, plus l’affinité du ligand pour son récepteur est élevée.

Les méthodes d’étude des interactions ligand-récepteur

La théorie d’occupation fondée sur la loi d’action de masse et activité

La théorie d’occupation des récepteurs, datant du début du XX^e siècle, est basée sur la complémentarité entre les courbes concentration-réponse et les courbes concentration de ligand-occupation des récepteurs. Ainsi, l’effet pharmacologique serait proportionnel au pourcenta ge de récepteurs occupés et l’effet maximal serait obtenu pour 100 % de récepteurs occupés. Sur la base de cette théorie et selon la loi d’action de masse :

(1)

(2)

(3)

En combinant (2) et (3), on obtient :

(4)

Cette dernière équation est identique à celle qui définit l’absorption des gaz sur des surfaces et à celle qui décrit l’association d’une enzyme et de son substrat. Aussi, le rapport [LR]/[R]_totale représente la fraction d’occupation du récepteur, c’est-à-dire la probabilité de formation d’une interaction entre le ligand et son récepteur.

Si, initialement, on considère que tous les récepteurs sont accessibles de manière équivalente pour le ligand, qu’il n’existe pas d’état intermédiaire ou de liaison partielle ligand-récepteur, que la fixation du ligand sur son récepteur est réversible, alors il est possible de conclure que (figure 8.3) :

Figure 8.3 Relation entre la constante de dissociation à l’équilibre et le taux d’occupation des récepteurs
[LR] : concentration du complexe ligand-récepteur ; [R]_totale : concentration totale de récepteurs ; [L] : concentration de ligand.

• lorsque la concentration de ligand est nulle, l’occupation du ligand sur son récepteur est également nulle ;

• lorsque la concentration est très grande, la fraction de récepteurs occupés tend vers 1 ;

• lorsque la concentration de ligand est égale à la constante de dissociation à l’équilibre, la fraction de récepteurs occupés est de 0,5.

La constante de dissociation à l’équilibre K_D correspond donc à la concentration de ligand occupant 50 % de la totalité des récepteurs disponibles.

Fixation de radioligand ou radioligand binding assay

Cette approche expérimentale n’est possible que lorsque l’on peut disposer du marquage radioactif du ligand d’intérêt. Les sources radioactives utilisées seront des sources émettrices de rayonnements β (tableau 8.1).

Tableau 8.1

Principales sources radioactives émettrices de rayonnements béta

Source	Énergie max. (keV)	Période physique (T_1/2)
³H	18	12,3 ans
¹⁴C	155	5 700 ans
¹²⁵I	< 35	60 jours
³²P	1 730	14 jours
³³P	250	25 jours
³⁵S	167	84 jours

Les principales sources radioactives utilisées en expérimentation sont l’iode ¹²⁵I et le tritium ³H. L’iode ¹²⁵I est une molécule peu ionisante dont le rayonnement est mesurable et dont la demi-vie est assez courte. Les méthodes d’incorporation font appel à une chimie simple (substitution électrophile directe ou fixation sur réactif chimique), bien que le marquage ne soit réalisable que sur certains résidus amino-acyls (tyrosine, histidine, leucine). Le fait que cet isotope puisse affecter l’affinité du ligand pour le récepteur constitue le principal inconvénient à l’utilisation de cet isotope.

Le tritium (³H) présente l’avantage de pouvoir être utilisable pendant plusieurs années et de présenter un faible encombrement stérique. À l’inverse de l’iode ¹²⁵I, le tritium ne présente pas d’inconvénients particuliers pour marquer certains résidus amino-acyls. Deux voies d’incorporation peuvent être utilisées : la substitution, par échange isotopique et via la fixation d’un radical organique de faible taille.

Pratiquement, cette approche expérimentale s’effectue en trois temps (figure 8.4) :

Figure 8.4 Différentes étapes expérimentales de la technique d’analyse par fixation de radioligand

• l’incubation du récepteur avec un ligand radiomarqué ;

• la séparation du complexe ligand-récepteur de l’excès de radioligand libre par une technique de filtration ;

• le comptage du mélange scintillant, permettant de conclure sur la capacité de fixation du ligand sur son récepteur.

Lors de la mise en contact avec le ligand, ce dernier va interagir avec son récepteur spécifique mais va également pouvoir se fixer sur d’autres structures de nature protéique, lipidique… interférant avec la liaison réceptorielle (figure 8.5). Cette liaison non spécifique sur d’autres structures est gênante pour étudier l’interaction ligand-récepteur. De plus, cette liaison « parasite » est non saturable, c’est-à-dire qu’elle augmente avec la concentration de ligand de façon linéaire. Sur la base des données caractérisant expérimentalement ces deux liaisons, il sera possible, graphiquement, d’évaluer les capacités de liaison spécifique du ligand sur son récepteur et de définir la valeur de la constante de dissociation à l’équilibre K_D (figure 8.6).