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C6. Agoniste et antagoniste de la liaison du ligand aux récepteurs - Une extension - Biologie

C6. Agoniste et antagoniste de la liaison du ligand aux récepteurs - Une extension - Biologie


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L'analyse des inhibiteurs compétitifs, non compétitifs et non compétitifs des enzymes peut maintenant être étendue pour comprendre comment l'activité des récepteurs membranaires est affectée par la liaison des médicaments. Lorsque les récepteurs se lient à leurs ligands cibles naturels (hormones, neurotransmetteurs), un effet biologique est déclenché. Cela implique généralement un changement de forme du récepteur, une protéine transmembranaire, qui active les activités intracellulaires. Le récepteur lié n'exprime habituellement pas directement l'activité biologique, mais initie une cascade d'événements qui conduit à l'expression de l'activité intracellulaire. Dans certains cas, cependant, le récepteur occupé exprime en fait une activité biologique lui-même. Par exemple, le récepteur lié peut acquérir une activité enzymatique ou devenir un canal ionique actif.

Les médicaments ciblant les récepteurs membranaires peuvent avoir divers effets. Ils peuvent provoquer les mêmes effets biologiques que le ligand naturel. Si c'est le cas, ils sont appelés agonistes. Inversement, ils peuvent inhiber l'activité biologique du récepteur. Si c'est le cas, ils ont appelé des antagonistes

Agoniste

Un agoniste est un mimétique du ligand naturel et produit un effet biologique similaire à celui du ligand naturel lorsqu'il se lie au récepteur. Il se lie au même site de liaison et conduit, en l'absence du ligand naturel, à une réponse complète ou partielle. Dans ce dernier cas, on parle d'agoniste partiel. La figure ci-dessous montre l'action du ligand, de l'agoniste et de l'agoniste partiel.

Il existe un autre type d'agoniste, étant donné le nom bizarre d'agoniste inverse. Ce terme n'a de sens que lorsqu'il est appliqué à un récepteur qui a une activité basale (ou constitutive) en l'absence d'un ligand lié. Si le ligand naturel ou un agoniste se lie au site récepteur, l'activité basale est augmentée. Si toutefois, un agoniste inverse se lie, l'activité est diminuée. Un exemple d'agoniste inverse (dont nous parlerons plus tard) est la liaison du médicament Ro15-4513 au récepteur GABA, qui se lie également aux benzodiazépines telles que le valium. Lorsqu'il est occupé par son ligand naturel, le GABA, le récepteur de la protéine est "activé" pour devenir un canal permettant le flux entrant de Cl- dans une cellule neuronale, inhibant l'activation des neurones. Le valium potentialise l'effet du GABA, encore renforcé en présence d'éthanol. Ro15-4513 se lie au site de la benzodiazépine, ce qui conduit à l'effet inverse du valium, l'inhibition de l'activité liée au récepteur - un canal chlorure.

Figure 1: Agoniste et agonistes partiels

Antagonistes

Comme son nom l'indique, un antagoniste inhibe les effets du ligand naturel (hormone, neurotransmetteur), de l'agoniste, de l'agoniste partiel et même des agonistes inverses (qui ne seront pas repris). Nous pouvons les considérer comme des inhibiteurs de l'activité des récepteurs, tout comme nous l'avons considéré dans les sections ci-dessus comme des inhibiteurs de l'activité enzymatique. En tant que tel, il peut y avoir différents types d'antagonistes. Ceux-ci inclus:

  • Antagoniste compétitif, qui sont des médicaments qui se lient au même site que le ligand naturel, les agonistes ou les agonistes partiels, et inhibent leurs effets. Ils seraient analogues à des inhibiteurs compétitifs d'enzymes. On pourrait également imaginer un scénario dans lequel un antagoniste « allostérique » se lie à un site allostérique sur le récepteur, induisant un changement de conformation du récepteur de sorte que le ligand, l'agoniste ou l'agoniste partiel ne puisse pas se lier.
  • Antagoniste non compétitif (ou peut-être plus généralement un antagoniste mixte) qui sont des médicaments qui se lient à un site différent sur le récepteur que le ligand naturel, l'agoniste ou l'agoniste partiel, et inhibent la fonction biologique du récepteur. Par analogie aux inhibiteurs enzymatiques non compétitifs et mixtes, le l'antagoniste non compétitif peut changer le (K_d) apparent pour le ligand, l'agoniste ou l'agoniste partiel (la concentration de ligand requise pour obtenir des effets biologiques semi-maximaux), mais changera la réponse maximale au ligand (comme les inhibiteurs mixtes modifient le (V_{max}) La figure ci-dessous montre l'action d'un antagoniste compétitif et non compétitif.
  • Agoniste irréversible, qui résulte de la modification covalente du récepteur.

Figure 2: Antagonistes : compétitifs et non compétitifs (mixtes)


C6. Agoniste et antagoniste de la liaison du ligand aux récepteurs - Une extension

L'analyse des inhibiteurs compétitifs, non compétitifs et non compétitifs des enzymes peut maintenant être étendue pour comprendre comment l'activité des récepteurs membranaires est affectée par la liaison des médicaments. Lorsque les récepteurs se lient à leurs ligands cibles naturels (hormones, neurotransmetteurs), un effet biologique est déclenché. Cela implique généralement un changement de forme du récepteur, une protéine transmembranaire, qui active les activités intracellulaires. Le récepteur lié n'exprime habituellement pas directement l'activité biologique, mais initie une cascade d'événements qui conduit à l'expression de l'activité intracellulaire. Dans certains cas, cependant, le récepteur occupé exprime en fait une activité biologique lui-même. Par exemple, le récepteur lié peut acquérir une activité enzymatique ou devenir un canal ionique actif.

Les médicaments ciblant les récepteurs membranaires peuvent avoir divers effets. Ils peuvent provoquer les mêmes effets biologiques que le ligand naturel. Si c'est le cas, ils sont appelés agonistes. Inversement, ils peuvent inhiber l'activité biologique du récepteur. Si c'est le cas, ils ont appelé des antagonistes

Un agoniste est un mimétique du ligand naturel et produit un effet biologique similaire à celui du ligand naturel lorsqu'il se lie au récepteur. Il se lie au même site de liaison et conduit, en l'absence du ligand naturel, à une réponse complète ou partielle. Dans ce dernier cas, on parle d'agoniste partiel. La figure ci-dessous montre l'action du ligand, de l'agoniste et de l'agoniste partiel.

Il existe un autre type d'agoniste, étant donné le nom bizarre d'agoniste inverse. Ce terme n'a de sens que lorsqu'il est appliqué à un récepteur qui a une activité basale (ou constitutive) en l'absence d'un ligand lié. Si le ligand naturel ou un agoniste se lie au site récepteur, l'activité basale est augmentée. Si toutefois, un agoniste inverse se lie, l'activité est diminuée. Un exemple d'agoniste inverse (dont nous parlerons plus tard) est la liaison du médicament Ro15-4513 au récepteur GABA, qui se lie également aux benzodiazépines telles que le valium. Lorsqu'il est occupé par son ligand naturel, le GABA, le récepteur de la protéine est « activé » pour devenir un canal permettant le flux entrant de Cl- dans une cellule neurale, inhibant l'activation des neurones. Le valium potentialise l'effet du GABA, encore renforcé en présence d'éthanol. Ro15-4513 se lie au site de la benzodiazépine, ce qui conduit à l'effet inverse du valium, l'inhibition de l'activité liée au récepteur - un canal chlorure.

Comme son nom l'indique, l'antagoniste inhibe les effets du ligand naturel (hormone, neurotransmetteur), de l'agoniste, de l'agoniste partiel et même des agonistes inverses. Nous pouvons les considérer comme des inhibiteurs de l'activité des récepteurs, tout comme nous l'avons considéré dans les sections ci-dessus comme des inhibiteurs de l'activité enzymatique. En tant que tel, il peut y avoir différents types d'antagonistes. Ceux-ci inclus:

  • antagoniste compétitif, qui sont des médicaments qui se lient au même site que le ligand naturel, les agonistes ou l'agoniste partiel, et inhibent l'effet du ligand naturel ou de l'agoniste. Ils seraient analogues à des inhibiteurs compétitifs d'enzymes. On pourrait également imaginer un scénario dans lequel un antagoniste "allostérique" se lie à un site allostérique sur le récepteur, induisant un changement de conformation du récepteur de sorte que le ligand, l'agoniste ou l'agoniste partiel ne puisse pas se lier.
  • un antagoniste non compétitif (ou peut-être plus généralement un antagoniste mixte) qui sont des médicaments qui se lient à un site différent sur le récepteur que le ligand naturel, l'agoniste ou l'agoniste partiel, et inhibent l'effet biologique du ligand naturel ou de l'agoniste. Par analogie aux inhibiteurs enzymatiques non compétitifs et mixtes, l'antagoniste non compétitif peut modifier le KD apparent pour le ligand, l'agoniste ou l'agoniste partiel (la concentration de ligand requise pour obtenir des effets biologiques semi-maximaux), mais modifiera la réponse maximale au ligand ( les inhibiteurs mixtes modifient la Vmax apparente. La figure ci-dessous montre l'action d'un antagoniste compétitif et non compétitif.
  • agoniste irréversible, qui résulte de la modification covalente du récepteur.

Version archivée du chapitre 6C complet : Inhibition enzymatique

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Médicaments agonistes

Le Comité de l'Union internationale de pharmacologie sur la nomenclature des récepteurs et la classification des médicaments (Neubig et al, 2003) donne une définition "officielle" comme

"Agoniste : Un ligand qui se lie à un récepteur et modifie l'état du récepteur entraînant une réponse biologique"

Ce qui ressemble beaucoup à la définition de l'effet médicamenteux (car en effet c'est ce que c'est). Il existe un certain nombre de définitions différentes, et généralement elles sont toutes soit un écho de la déclaration ci-dessus, soit une tentative d'expliquer le concept avec un exemple. Il serait inattendu de rencontrer le besoin de définir « agoniste » dans un scénario d'examen, car la signification du terme est intuitivement comprise par la plupart, et la tâche de le définir est plus un test de contrôle de la langue anglaise, ce qui n'est probablement pas le cas. faire partie d'un examen de faculté de médecine d'ordre supérieur. On serait plus susceptible d'être invité à décrire les différences entre les différents types d'agonistes.


Agonistes

Les agonistes sont à la fois endogènes et exogènes - ce sont de petites molécules qui forment un complexe récepteur agoniste entraînant l'activation du récepteur. Les agonistes sont un type de ligand.

Les agonistes se lient généralement à un récepteur par liaison chimique réversible. Cela nécessite une liaison entre l'agoniste et le ligand. Habituellement, une force à longue portée sous la forme d'une liaison électrostatique « dessinera » l'agoniste et le récepteur ensemble. À la suite de cette liaison hydrogène et de la liaison des parois de Van der permettra une liaison étroite. Parfois, une liaison hydrophobe se produira également, cependant, ce n'est pas toujours le cas.

Rappelez-vous le concept d'équilibre où la vitesse de réaction directe est égale à la vitesse de réaction inverse. Pour la liaison réversible des ligands aux récepteurs, cela est également vrai.

[(A) Médicament] + [(R) récepteur vacant] [(AR) complexe médicament-récepteur]

La réaction directe est k+1 et la réaction inverse est k-1

Un isotope d'hydrogène attaché au ligand est généralement utilisé dans les expériences pour mesurer cela, cela libérera un rayonnement, nous permettant de localiser avec précision où il se trouve.

Par conséquent, le k = k-1/k+1 cela a des unités de moles/L. C'est là que la moitié des récepteurs sont occupés par l'agoniste.

L'affinité est donc k+1/k-1 qui est l'inverse du k, par conséquent, une augmentation de l'affinité entraîne une plus grande formation de complexes médicament-récepteur.

Le K peut être utilisé pour déterminer quelle concentration de médicament est efficace pour la réponse souhaitée in vivo (dans un système vivant). C'est souvent la concentration à 3 fois le k.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1319016416300706

Si avec graphique la concentration du médicament contre l'effet pharmaceutique, nous obtenons une hyperbole rectangulaire. Si nous enregistrons la concentration de médicament, nous obtenons alors une courbe sigmoïde.

Ceci peut être représenté par l'équation :

La liaison spécifique s'avère être la liaison totale non spécifique du médicament lié. C'est ainsi que l'on retrouve la liaison directe.

La reliure directe peut ensuite être esquissée à l'aide d'un tracé à scatchard – cela peut être utilisé pour trouver le K de la drogue.

Il s'agit du [médicament lié]/[[médicament libre] sur l'axe des y par rapport au [médicament lié] qui donne une ligne droite linéaire. L'interception x est le B max où plus le nombre est grand, plus il y a de récepteurs. Le gradient est l'inverse négatif du K.

Les courbes concentration-réponse, comme on le voit ci-dessus, peuvent également être représentées avec l'équation :

réponse/ réponse maximale = XUNE / (XUNE + CE50)

Emax ou Bmax est la réponse physiologique totale.

Ceci est dérivé du test de fonctionnalité.

https://en.wikipedia.org/wiki/Hill_equation_(biochimie)

Lorsque le coefficient de colline (α) est :

  • supérieur à 1 = coopérativité positive dans le récepteur, par exemple l'hémoglobine (2,8-3)
  • moins de 1 = coopérativité négative dans le récepteur (agoniste partiel), par exemple l'insuline (0,7 à 0,8)
  • 0 = liaison antagoniste

Nous pouvons maintenant commencer à comparer différents agonistes.

Nous pouvons utiliser la réponse maximale qui est l'activité intrinsèque du médicament divisée par son efficacité.

  • La réponse physiologique maximale est une mesure du médicament efficacité
  • EC50 (de même pD2) est utilisé pour puissance, où c'est la moitié de la concentration d'une réponse maximale)
  • ED50 est la moitié de la dose pour une réponse maximale
  • L'activité intrinsèque est interchangeable la plupart du temps, c'est l'efficacité qui fournit la réponse maximale.

Réponse de concentration en bolus

Le médicament est administré et la réponse est mesurée, puis le médicament est éliminé et le tissu récupère. Ceci est ensuite répété et la concentration de médicament administré est augmentée.

Réponse de concentration cumulée

Ajoutez le médicament et mesurez la réponse, ajoutez une autre dose avant qu'elle ne récupère, en augmentant à intervalles fixes. Une fois que la réponse s'est stabilisée, le Bmax est trouvé.

Expliquez pourquoi un médicament prescrit près de son EC50 aura une augmentation significative de sa réponse pour un système biologique si sa dose est doublée, cependant, cette augmentation de la réponse est moins significative lorsqu'un médicament prescrit est significativement plus élevé que celui-ci. #8217s EC50 est prescrit.


Analyse pharmacologique de l'activation de la protéine G médiée par la 5-HT recombinante de cobaye1B récepteurs dans les cellules C6-gliales : similitudes avec le 5-HT humain1B récepteur

La 5-hydroxytryptamine recombinante de cobaye1B (gp 5-HT1B) transfecté de manière stable dans des cellules gliales C6 de rat a été caractérisé en surveillant l'activation de la protéine G dans une préparation membranaire avec une liaison [35 S]-GTPγS stimulée par un agoniste. L'activité intrinsèque des ligands des récepteurs 5-HT a été comparée à celle déterminée précédemment au niveau de la 5-HT recombinante humaine1B (h 5-HT1B) dans des conditions expérimentales similaires.

Préparations membranaires de C6-glial/gp 5-HT1B les cellules présentaient [ 3 H]-5-carboxamidotryptamine (5-CT) et [ 3 H] - N- [4-méthoxy-3,4 - -méthylpipérazin-1-yl) phényl] -3 - methyl -𠂔-(4 - pyridinyl)benzamide (GR 125743) sites de liaison avec apK de 9,62 à 9,85 et un Bmax entre 2,1 à 6,4𠂟mol mg 𢄡. Les affinités de liaison d'une série de ligands du récepteur 5-HT déterminés avec [ 3 H]-5-CT et [ 3 H]-GR 125743 étaient similaires. Les affinités pour les ligands étaient comparables et corrélées (r 2 : 0.74, Pπ.001) avec ceux déterminés au recombinant h 5-HT1B récepteur.

[35 S]-GTPγS se liant aux préparations membranaires de C6-glial/gp 5-HT1B cellules a été stimulée par les agonistes des récepteurs 5-HT qui étaient à l'étude. Les réponses maximales du naratriptan, du zolmitriptan, du sumatriptan, du N-méthyl-3-[pyrrolidin-2(R)-ylméthyl]-1Hl'indol-5-ylméthylsulfonamide (CP122638), le rizatriptan et la dihydroergotamine étaient compris entre 0,76 et 0,85 par rapport à la 5-HT. La puissance de ces agonistes a montré une corrélation positive (r 2 : 0.72, P= 0,015) avec leur puissance au niveau du récepteur recombinant h 5-HT 1B. 1-naphtylpipérazine, (±)-cyanopindolol et acide (2′-méthyl-4′-(5-méthyl[1,2,4] oxadiazole-3-yl)biphényl-4-carboxylique [4-méthoxy -3-(4-méthylpipérazin-1-yl)phényl]amide (GR 127935) a suscité une réponse encore plus faible (Emax: 0,32 à 0,63).

Les ligands 1′-méthyl-5-(2′-méthyl-4′-(5-méthyl-1,2,4-oxadiazole-3-yl)biphényl-4-carbonyl)-2,3,6 ,7-tétrahydrospiro [furo[2,3-f]indole-3-spiro-4′-pipéridine] (SB224289), la méthiothépine et la ritansérine ont montré une inhibition de la liaison basale [35 S]-GTPγS à des concentrations correspondant à leur affinité de liaison pour la gp 5-HT1B récepteur. Methiothepin et SB224289 se sont comportés comme des antagonistes compétitifs à gp 5-HT1B récepteurs pA2 les valeurs étaient respectivement de 9,74 et 8,73 lorsque la 5-HT était utilisée comme agoniste. Ces estimations concordaient avec les puissances mesurées dans l'antagonisme de l'inhibition médiée par le zolmitriptan de la formation d'AMP cyclique stimulée par la forskoline. La kétansérine a agi comme un faible antagoniste (pKB: 5,87) au gp 5-HT1B récepteurs.

En conclusion, la gp 5-HT recombinante1B le récepteur partage d'importantes similitudes pharmacologiques avec le recombinant h 5-HT1B récepteur. La découverte qu'une activité négative se produit au niveau de ces récepteurs suggère en outre que le SB224289, la méthiothépine et la ritansérine sont susceptibles d'être des agonistes inverses.


Définition médicale agoniste vs antagoniste

Les médicaments qui stimulent le système nerveux sympathique sont appelés agonistes adrénergiques, adrénergiques ou sympathomimétiques car ils imitent les neurotransmetteurs sympathiques norépinéphrine et épinéphrine. Un antagoniste de récepteur est un type de ligand de récepteur ou de médicament qui bloque ou atténue une réponse biologique en se liant à et en bloquant un récepteur plutôt que de l'activer comme un agoniste. 5. Ceci modifiera de façon permanente le récepteur empêchant la liaison du ligand. L'antonyme de antagoniste est agoniste. Les antagonistes et les agonistes sont des acteurs clés de la chimie de … ersetzt. L'augmentation de la concentration de ligand peut supprimer l'effet de l'antagoniste compétitif. Avec un antagoniste à action directe, le médicament agit en occupant l'espace dans les neurotransmetteurs et les récepteurs qui seraient normalement remplis par d'autres transmissions. Ces médicaments agissent en fait dans des directions contraires. Lisez la définition médicale du bêta-agoniste. Ceux-ci sont classés séparément en fonction de la façon dont ils interagissent avec les neurotransmetteurs dans l'esprit. La réponse est empêchée lorsque l'antagoniste se lie au site de liaison. En pharmacologie, le terme agoniste-antagoniste ou agoniste/antagoniste mixte est utilisé pour désigner un médicament qui, dans certaines conditions, se comporte comme un agoniste (une substance qui active complètement le récepteur auquel il se lie) tandis que dans d'autres conditions, se comporte comme un antagoniste ( une substance qui se lie à un récepteur mais ne s'active pas et peut bloquer l'activité d'autres agonistes). Agoniste : Une substance qui agit comme une autre substance et donc stimule une action. B. ein Hormon oder ein Neurotransmitter) als auch ein nicht-körpereigener Wirkstoff, der einen bestimmten Botenstoff in seiner Wirkung imitiert bzw. Le mécanisme des opioïdes peut être expliqué par deux mécanismes – le mécanisme agoniste et le mécanisme antagoniste. B. Cliquez ici pour obtenir des instructions sur la façon d'activer JavaScript dans votre navigateur. Cela est dû à la forme de l'antagoniste qui imite le ligand naturel. Agonistes inverses – la définition la plus simple est que le composé se lie à un récepteur mais produit l'effet inverse d'un agoniste accepté. Um eine Bewegung ausführen zu können, ist immer das Zusammenspiel gegensätzlich wirkender Muskeln notwendig. Au lieu de cela, ils fonctionnent en empêchant les neurotransmetteurs du cerveau de fonctionner correctement. Il porte ce nom car il rivalise avec les neurotransmetteurs en les empêchant de fonctionner. Il peut provoquer un changement dans les produits chimiques ou les réactions qui se produisent dans le cerveau en imitant le fonctionnement normal d'un neurotransmetteur. La plupart des médicaments agissent de diverses manières dans le corps humain. Ce type de médicament est conçu pour stimuler une action et peut agir pour détendre les muscles. L'agoniste est l'opposé de l'antagoniste. La différence entre l'agoniste et l'antagoniste des opiacés … Les agonistes de ce récepteur améliorent la transmission de l'acide γ-aminobutyrique (GABA), les agonistes inverses réduisent la transmission et les antagonistes du GABA … Als Agonist (von altgriechisch αγωνιστής agonistēs der Tätige, Handelnde, Führende) wird in der Substankologie eine (Ligand) bezeichnet, die durch Besetzung eines Rezeptors die Signaltransduktion in der zugehörigen Zelle aktiviert. Ainsi, la liaison du médicament agoniste entraîne un effet biologique similaire à celui du ligand naturel. On pourrait aussi imaginer un scénario dans lequel un antagoniste « allostérique » se lie à un site allostérique sur le récepteur, induisant un changement de conformation du récepteur donc le ligand, agoniste… Une façon simple de penser à ces concepts est que la thérapie agoniste crée une action tout en la thérapie antagoniste s'oppose à une action. Ces médicaments donnent des réponses tardives. Ils seraient analogues à des inhibiteurs compétitifs d'enzymes. L'un des types les plus courants d'agonistes à action indirecte est la drogue illicite, la cocaïne. Définition médicale d'agoniste. Un agoniste peut être soit un agoniste à liaison directe, soit un agoniste à action indirecte. Thérapie agoniste vs thérapie antagoniste. L'efficacité d'un agoniste complet est par définition de 100 %, un antagoniste neutre a une efficacité de 0 % et un agoniste inverse a


4 L'AVENIR DE LA THÉORIE DES RÉCEPTEURS : LA CINÉTIQUE

Un domaine de la théorie des récepteurs qui a eu tendance à prendre du retard par rapport aux autres disciplines de la pharmacologie expérimentale est celui de la cinétique des systèmes. En effet, l'évolution dans le temps de l'absorption, de la distribution, du métabolisme et de l'élimination des médicaments comprend tout le domaine de la pharmacocinétique (examiné dans Fan & de Lannoy, 2014 Wright, Winter, & Duffull, 2011 ) - pourtant les modèles les plus largement utilisés dans la théorie des récepteurs restent fondamentalement basé sur l'équilibre, y compris tous les EMAXIMUM modèle, à deux états et autres modèles multiétats, les modèles complexes ternaires et le modèle opérationnel.

L'incongruité de l'hypothèse d'équilibre avec la nature de l'activité GPCR a été identifiée par certains chercheurs à ce jour. Un exemple notable de ceci comprend une étude examinant l'agonisme biaisé à D2 récepteurs de la dopamine. Afin d'examiner de plus près l'impact de la cinétique de l'activité des récepteurs, une analyse opérationnelle a été effectuée à intervalles répétés sur une période prolongée de détection d'essai dans plusieurs voies (Klein Herenbrink et al., 2016). Il est intéressant de noter que l'ordre de classement de la puissance des agonistes et les conclusions de biais pour les ligands ont changé (parfois même inversé) en fonction du temps pour les voies incluses. Cela a été attribué à différentes cinétiques d'association/dissociation des agonistes - les agonistes qui se dissociaient lentement de leurs récepteurs étaient plus actifs à des moments ultérieurs (par rapport à d'autres ligands) et les agonistes à dissociation rapide étaient également favorisés à des moments plus précoces (Klein Herenbrink et al. , 2016 ). Bien que de telles approches aient une utilité diagnostique utile, cette approche est minée par le fait que l'analyse opérationnelle reste un modèle basé sur l'équilibre (et donc cette approche d'analyse « transversale » est quelque peu simpliste) et ne fournit donc pas de preuves pour quantifier l'ampleur de biais des agonistes. De vrais modèles cinétiques sont donc nécessaires.

Comme dérivé ci-dessus, la constante de dissociation à l'équilibre d'un ligand, K , est également défini comme le rapport de deux paramètres cinétiques, les constantes de vitesse de dissociation et d'association ( ). De toute évidence, il est possible que différents ligands diffèrent énormément dans ces paramètres, ce qui peut se refléter dans différentes durées de signalisation même si leurs constantes de dissociation à l'équilibre sont identiques. Des rapports récents ont commencé à examiner des moyens d'estimer directement ces constantes de vitesse, pour aider à expliquer différentes cinétiques de voies de signalisation (examinées dans Sykes, Stoddart, Kilpatrick et Hill, 2019). Les cinétiques intrinsèquement différentes des différentes voies d'activité interagiront et confondront l'évolution globale du temps de réponse. Cependant, à ce jour, il existe très peu de modèles qui tiennent compte directement et spécifiquement à la fois des différents ligands obligatoire cinétique et différent voie de signalisation cinétique. Un tel cadre de modèle intégré de la dynamique de l'activité des récepteurs sera nécessaire, afin d'expliquer toutes les composantes (en particulier les différentes évolutions temporelles des effets/activité) des réponses aux médicaments. Nous et d'autres poursuivons actuellement des recherches dans ce domaine (p. ex. Bridge, Mead, Frattini, Winfield, & Ladds, 2018 Hoare, Pierre, Moya, & Larson, 2018 Zhu, Finlay, Glass, & Duffull, 2019). Une complexité supplémentaire provient de la contribution de la désensibilisation et de l'internalisation des récepteurs - ce sont eux-mêmes des effets dépendants du temps et de l'agoniste (Zhu et al., 2019 ) mais affirment intrinsèquement un type d'effet de « rétroaction négative » sur l'activité d'autres voies. Ce type d'effet régulateur a reçu peu d'attention dans la modélisation fonctionnelle GPCR à ce jour.

Étant donné la prééminence jusqu'ici des modèles d'équilibre de la fonction des récepteurs, il peut être surprenant que les réflexions sur la cinétique de la pharmacologie des récepteurs ne soient pas entièrement nouvelles. Une fois de plus, AV Hill a été le premier à proposer une justification théorique de l'équilibre non instantané dans ses travaux sur la relation concentration-effet de nicotine dans le muscle (Hill, 1909 ). Dans ce travail, Hill a dérivé ?? , paramètre indépendant de la concentration en nicotine. Ce nouveau paramètre explique implicitement un retard observé dans les réponses contractiles induites par la nicotine entre deux compartiments de réponse différents (intra- et extra-musculaires) et a ainsi ajouté une dimension cinétique au modèle concentration-effet de Hill par ailleurs basé sur l'équilibre (Hill, 1909). Ces concepts ont été redécouverts dans les années 1970 et incorporés dans la théorie de la cinétique de concentration de médicament in vivo - le soi-disant délai de biophase ou compartiment d'effet hypothétique (Sheiner, Stanski, Vozeh, Miller et Ham, 1979 examinés dans Wright et al., 2011).

Les progrès dans le domaine de la théorie des récepteurs dépendent désormais d'une étroite collaboration entre les pharmacologues empiriques et les pharmacométriciens, les premiers pour produire des données pouvant informer le développement de modèles et l'inférence par les seconds et à leur tour les seconds pour produire des outils utilitaires pouvant être appliqués par les premiers. Il semble probable que la raison pour laquelle la méthode d'analyse de la sélectivité fonctionnelle à l'aide du modèle opérationnel (Van Der Westhuizen et al., 2014) soit devenue si répandue est qu'elle a été publiée en tant que méthode d'analyse intégrée dans GraphPad Prism. Au fur et à mesure que la recherche progresse et que de plus en plus d'éléments de la fonction des récepteurs sont incorporés quantitativement dans des modèles mécanistes complexes, il faut espérer que l'évolution co-dépendante sur deux fronts de ce sujet important pourra être aussi productive à l'avenir qu'elle a été dans le passé.


Diversité structurelle de la famille des récepteurs d'adénosine

La séquence d'acides aminés des quatre sous-types d'AR est relativement mal conservée, A2AR partage seulement 49, 56 et 39 % d'identité avec A1R, A2BR et A3R, respectivement (aligné sur les résidus 1-312 de A2AR). Cela signifie que, malgré l'abondance de données structurelles disponibles pour A2AR, il s'est avéré difficile de modéliser par homologie d'autres sous-types de RA avec une précision suffisante pour les applications de conception de médicaments basées sur la structure (Glukhova et al., 2017). Ce n'est qu'au cours de l'année écoulée que les structures d'un AR autre que A2AR ont été publiés, à savoir deux structures de A1R lié aux antagonistes de la xanthine DU172 (Glukhova et al., 2017) et PSB36 (Cheng et al., 2017). Les deux A1Les structures R sont étroitement liées et s'alignent avec un RMSD de 0,6 Å (plus de 235 atomes Cα), elles s'alignent également bien avec la structure liée au ZM241385 de A2AR (Liu et al., 2012), avec des RMSD de 0,8 Å (plus de 238 atomes Cα) et 1,0 Å (plus de 234 atomes Cα) pour les structures liées au DU172 et au PSB36, respectivement. Le côté intracellulaire des deux A1Les structures R ressemblent fortement au A lié au ZM2413852ALa structure R (3PWH), qui a été cristallisée sans protéine de fusion dans ICL3 (Doré et al., 2011), et le verrou ionique entre les résidus R105 3,50 et E229 6,30 est engagé dans les deux cas (Cheng et al., 2017 Glukhova et al., 2017). L'organisation du site de fixation du sodium est également bien conservée entre A1R et A2AR, qui appuie les données de mutagenèse indiquant l'effet allostérique négatif du sodium sur A1R a été médié par ce site (Barbhaiya et al., 1996), bien que ni A1La structure R avait une résolution suffisante pour modéliser de manière concluante l'ion sodium.

Les différences les plus frappantes entre A1R et A2AR sont les variations conformationnelles des extrémités extracellulaires de H1, H2, H3 et H7 et l'orientation d'ECL2. Dans la structure liée au DU172, H3 est déplacé vers l'intérieur de 4 Å, et H1, H2 et H7 sont déplacés vers l'extérieur de 5, 4 et 4 Å, respectivement (Figure 6A). Les mouvements vers l'extérieur dans H1, H2 et H7 sont nécessaires pour accueillir le groupe benzène sulfonate de DU172, qui est lié de manière covalente à Y271 7,36, et entraînent à la fois l'expansion du site orthostérique et la formation d'une poche allostérique secondaire (Glukhova et al., 2017). Comparaison directe de A1R et A2AR lié au PSB36, qui ne contient pas le substituant benzène sulfonate, révèle également une expansion partielle de la poche orthostérique (Cheng et al., 2017), indiquant que cette région de A1R est en effet conformationnellement plus malléable que celui de A2AR. Curieusement, il a été suggéré que les réarrangements conformationnels dans H1, H2 et H3 dans A1R peut être le résultat direct de la structure de liaison disulfure différente d'ECL2 (Glukhova et al., 2017). Dans les deux A1Les structures R ECL2 adoptent une conformation similaire, qui est différente de celle observée dans l'un des A publiés2AStructures R (figure 6B). Le segment hélicoïdal dans ECL2 de A1R est prolongé de cinq résidus et est positionné presque perpendiculairement aux hélices transmembranaires, par rapport à l'arrangement presque parallèle dans A2AR (Cheng et al., 2017 Glukhova et al., 2017). Il n'y a qu'une seule liaison disulfure dans ECL2 de A1R par rapport à trois dans la même région de A2AR, ce qui l'amène à adopter une conformation étendue (figure 6B). Cela semble réduire les contraintes de conformation sur les extrémités extracellulaires de H2 et H3 leur permettant d'être déplacées vers l'extérieur, ce qui à son tour influence le positionnement de H1. Le déplacement de H7 peut également être lié à une divergence structurelle dans les boucles extracellulaires, en l'occurrence une troncature d'un seul acide aminé dans ECL3 de A1R a été proposé pour induire l'inclinaison vers l'extérieur observée dans les structures (Cheng et al., 2017 Glukhova et al., 2017).

Figure 6. Diversité structurelle de la famille des récepteurs de l'adénosine. (UNE) Vue extracellulaire des différences de conformation entre A lié au DU1721R (coloré magenta PDB : 5UEN) (Glukhova et al., 2017) et A lié au ZM2413852AR (coloré cyan PDB : 4EIY) (Liu et al., 2012). Les extrémités extracellulaires de H1, H2 et H7 sont déplacées vers l'extérieur de 5, 4 et 4 Å, respectivement et H3 est déplacée vers l'intérieur de 4 Å (indiqué par des flèches rouges). L'antagoniste DU172 (représenté sous forme de sphères) est lié de manière covalente à Y271 7,36 (représenté sous forme de bâtonnets) par l'intermédiaire d'une liaison benzène sulfonate. Notez que pour plus de clarté, ECL2 a été omis de l'alignement. (B) Conformations différentielles de ECL1 (coloré en vert) et ECL2 (coloré en bleu) en A1R (coloré magenta PDB : 5UEN) (Glukhova et al., 2017) et A2AR (coloré cyan PDB : 4EIY) (Liu et al., 2012), les liaisons disulfure sont représentées sous forme de bâtonnets. Dans un1R ECL2 adopte une conformation étendue qui est stabilisée par une seule liaison disulfure (C80 3.25 -C169 ECL2 ). En revanche, ECL2 de A2AR adopte une conformation compacte qui est stabilisée par trois liaisons disulfure, dont l'une (C77 3.25 -C166 ECL2 ) est conservée dans A1R. (C) Représentation de surface de la poche de liaison au ligand (représentée sous forme de maille semi-transparente) dans A1R (colored blue PDB: 5N2R) (Cheng et al., 2017) and A2AR (colored green PDB: 5N2S) (Cheng et al., 2017), which highlights differences in both the topology of the orthosteric site and the binding orientation of PSB36 (shown as sticks). The butyl substituent at position N1 of the xanthine core of PSB36 fits into a channel between H3, H5, and H6 in A1R, this channel is constricted in A2AR due to the different orientation of L85 3.34 (shown as sticks), which results in the ligand binding in a different orientation.

What do these structures tell us about the molecular determinants of ligand-binding specificity in different AR subtypes? First, sequence differences in the binding pocket do not appear to be the main determinant of ligand-binding specificity in ARs. The orthosteric binding pocket of A1R and A2AR in the PSB36-bound structures differ by only four residues V62 2.57 , N70 2.65 , E170 ECL2 , and T270 7.35 (corresponding to A59 2.57 , S67 2.65 , L170 ECL2 , and M270 7.35 in A2AR), and of these, only T/M270 7.35 form direct contacts with the ligand (Cheng et al., 2017). Mutagenesis studies have shown that residue 270 7.35 is important in ligand-binding specificity, introducing the T270M mutation into A1R resulted in decreased binding affinity of A1R-specific ligands and increased binding affinity of A2AR-specific ligands, the reverse effect was observed when the M270T mutation was introduced into A2AR (Cheng et al., 2017 Glukhova et al., 2017). However, the positioning of this residue on the extracellular end of H7, at the perimeter of the binding pocket, suggests its main role is to act as a “gatekeeper” that regulates ligand access to the orthosteric site (Glukhova et al., 2017). Second, the topology of the binding pocket appears to play a central role in ligand-binding specificity. As described above the disulphide bond structure of ECL1 and ECL2 in A1R increases mobility in H1, H2 and H3, which causes an expansion of the binding pocket that is required to accommodate the benzene sulfonate group of the A1R-selective ligand DU172 (Figure 6A) (Glukhova et al., 2017). Binding pocket topology is also the predominant factor in the differential binding modes of PSB36 between A1R and A2AR (Figure 6C). PSB36 binds 2 Å deeper in the orthosteric pocket of A1R due to the presence of a channel between H3, H5 and H6 that can accommodate the butyl substituent at position N1 of the xanthine core (Figure 6C) (Cheng et al., 2017). This channel is created by a 2 Å displacement of L88 3.34 in A1R that appears to be the result of an upstream proline residue (P86 3.31 ), which is located outside the binding pocket, distorting the helix geometry in this region of H3. A proline at this position is unique to A1R and helps to explain why substitutions at position N1 of the xanthine core contribute to A1R selectivity (Cheng et al., 2017). Thus, the amino acid sequence both inside and outside the ligand-binding site, the extracellular loop structure and the topology of the binding pocket play interconnected roles in governing the ligand binding affinity and kinetics that are ultimately responsible for the functional selectivity of AR subtypes.


Remerciements

Research support from the National Institutes of Health (PHS 5R37DK015556 to J.A.K. 5R33CA132022, 5R01DK077085 to K.W.N. 1U01GM102148 to K.W.N and P.R.G., and 5R01CA130932 to J.F.), The Breast Cancer Research Foundation (to B.S.K.), BallenIsles Men's Golf Association (to J.C.N.), Frenchman's Creek Women for Cancer Research (to S.S.), Susan G. Komen for the Cure (PDF12229484 to IK), and the National Natural Science Foundation of China (81172935, 81373255, 81573279), Hubei Province's Outstanding Medical Academic Leader Program (to H.-B.Z.). Use of the Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), SLAC National Accelerator Laboratory, is supported by the US Department of Energy, Office of Science, Office of Basic Energy Sciences under Contract No. DE-AC02-76SF00515. The SSRL Structural Molecular Biology Program is supported by the DOE Office of Biological and Environmental Research, and by the National Institutes of Health, National Institute of General Medical Sciences (NIGMS) (including P41GM103393). The contents of this publication are solely the responsibility of the authors and do not necessarily represent the official views of NIGMS or the NIH.


Résumé

The large extracellular N-terminal domains (NTs) of class B G protein-coupled receptors serve as major ligand binding sites. However, little is known about the ligand requirements for interactions with these receptor domains. Recently, we have shown that the most potent CRF receptor agonist urocortin 1 (Ucn1) has two segregated receptor binding sites Ucn1(1−21) and Ucn1(32−40). For locating the receptor domains interacting with these two sites, we have investigated the binding of appropriate Ucn1 analogues to the receptor N-termini compared to the corresponding full-length receptors. For this purpose receptor NTs of CRF(rat) subtypes 1 and 2(α) without their signal sequences were overexpressed in Escherichia coli and folded in vitro. For CRF2(a)-rNT, which bears five cysteine residues (C2−C6), the disulfide arrangement C2−C5 and C4−C6 was found, leaving C3 free. This is consistent with the disulfide pattern of CRF1-rNT, which has six cysteines and in which C1 is paired with C3. Binding studies of N-terminally truncated or C-terminally modified Ucn1 analogues demonstrate that it is the C-terminal part, Ucn1(11−40), that binds to receptor NT, indicating a two-domain binding mechanism for Ucn binding to receptor NT. Since the binding of Ucn1 to the juxtamembrane domain has been shown to be segregated from binding to the receptor N-terminus [Hoare et al. (2004) Biochimie43, 3996−4011], a third binding domain should exist, probably comprising residues 8−10 of Ucn, which particularly contribute to a high-affinity binding to full-length receptors but not to receptor NT.

This project was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (Grant SFB 449).

Research Institute of Molecular Pharmacology.

Martin-Luther University Halle-Wittenberg.

A qui la correspondance doit être adressée. Tel: +49-341-9715898. Fax: +49-341-9715949. Courriel : [e-mail protected]


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