Recettore

Corso di
“Farmacologia”
FARMACODINAMICA
1
Le interazioni tra un farmaco e
i sistemi viventi
Recettore
Indica la molecola la cui funzionalità è
modificata dall’interazione con un farmaco. Il
concetto di recettore si rifà al principio
“corpora non agunt nisi fixata”.
può essere tradotta alla luce delle conoscenze
attuali con la proposizione “i farmaci non
agiscono se non hanno un recettore”, che
definisce un cardine dell’intera farmacologia
attuale.
2
International Union of Pharmacology
(IUPHAR)
Il termine recettore è riservato a quelle
<macromolecole o insieme di macromolecole
cellulari (proteine) direttamente e
specificatamente deputate alla trasmissione
di un segnale chimico dall’esterno all’interno
delle cellule.
L’interazione fra sostanze chimiche
(neurotrasmettitori, ormoni, farmaci o
messaggeri intracellulari) e i loro recettori è
responsabile di un cambiamento delle
funzioni cellulari>.
3
BERSAGLI MOLECOLARI dei FARMACI
 RECETTORI
 ENZIMI
 CANALI IONICI
 ACIDI NUCLEICI
 PROTEINE STRUTTURALI
 NEUROTRASPORTATORI
 POMPE e TRASPORTATORI
4
FARMACI di CATEGORIA DIVERSA POSSONO
INTERAGIRE CON RECETTORI SITUATI SU UNA
MEDESIMA MACROMOLECOLA o COMPLESSO
MACROMOLECOLARE
5
6
NON TUTTI I FARMACI INTERAGISCONO
CON UN RECETTORE
Esempi:
Disinfettanti
Antiacidi
Lassativi
7
MECCANISMI SPECIFICI
Dall’interazione molecolare
all’effetto farmacologico
8
Presupponendo una interazione reversibile e
stechiometrica di una molecola di farmaco con una
molecola di recettore (modalità più diffusa per le
sostanze endogene) e ipotizzando che su ciascuna
molecola di recettore esista un unico sito di
interazione con il farmaco (sito di legame)
l’interazione farmaco-recettore può essere così
schematizzata:
R + X  RX
9
L’interazione farmaco-recettore
scatena la serie di eventi che
porteranno alla risposta finale
RX  (RX*) ------- (evento
biochimico cellulare) -------
effetto finale
10
L’interazione tra farmaco e recettore è
generalmente mediata da legami chimici deboli
(a bassa energia).
 Legami ionici
 Ponti idrogeno
 Attrazioni di van der Waals
 Interazioni idrofobiche
11
12
Affinchè il contatto tra un farmaco ed il suo
recettore persista per un tempo significativo e
sufficiente a generare l’effetto biologico del
farmaco occorre che:
<<il numero dei legami a bassa energia sia
relativamente elevato>>
<<il farmaco e il recettore siano chimicamente
complementari>>
13
Esempio. I recettori colinergici ‘riconoscono’ solo
l’acetilcolina e non l’adrenalina, serotonina ecc.
L’acetilcolina ‘riconosce’ solo i recettori colinergici (e
non quelli adrenergici, serotoninergici ecc.). Tuttavia,
esistono diversi sottotipi di recettori colinergici, che
differiscono per effetti, localizzazione, affinità ecc.
Il recettore colinergico ha, oltre al sito di legame per
l’acetilcolina, siti allosterici per modulatori quali il Ca++,
gli steroidi ecc.
14
Le interazioni farmaco-recettore possono essere:
 Reversibili:
• farmaco e recettore sono tenuti insieme
da legami deboli;
• l’interazione è limitata nel tempo
 Irreversibili:
• numero di legami deboli è elevato (es: alfabungarotossina e recettore nicotinico);
• recettore e farmaco sono tenuti insieme da
legami covalenti (es. aloalchilamine e
recettore alfa-adrenergico)
15
Affinità
E’ la misura della capacità di un farmaco di legarsi al suo
recettore. La formazione del complesso farmaco-recettore è
una reazione reversibile e, come tale, possiede una costante di
equilibrio:
Ka = [RX]/[R] [X]
Ka è definita costante di associazione o di affinità, indica
quanto la reazione è spostata verso la formazione del
complesso ed è pertanto correlata alla forza del legame
chimico tra il farmaco e il recettore (numero dei legami
chimici deboli che si instaurano fra essi)
16
L’affinità è un indice della POTENZA di un
farmaco.
Operativamente, è –Log della concentrazione
necessaria a legare il 50% dei siti di legame
presenti.
Maggiore é l’affinità, minore è la
concentrazione necessaria affinché tale
valore venga raggiunto.
17
ATTIVITA’ INTRINSECA
(EFFICACIA)
E’ definita come la capacità del farmaco di dare
inizio alla risposta biologica, una volta che si sia
legato al recettore (RX  RX*).
E’ correlata alla probabilità di indurre un
cambiamento di conformazione nel recettore,
che renda quest’ultimo capace di
generare la risposta.
18
RECETTORI COSTITUTIVAMENTE ATTIVI
Secondo la teoria dell’attivazione costitutiva i recettori esistono
naturalmente in almeno 2 stati possibili:
R inattivo e R* attivo, in equilibrio fra loro.
In condizioni basali l’equilibrio è spostato nettamente verso R.
Nei recettori mutati l’equilibrio è spostato verso R* e pertanto si
osserva un effetto biologico rilevante anche in assenza di
ligando.
19
Nell’ambito di questa teoria
si definisce
AGONISTA
un farmaco che mostra maggiore affinità per R*, la
formazione del complesso R*X sarebbe favorita
AGONISTA INVERSO
un farmaco che avendo maggiore affinità per R facilita
la formazione del complesso RX e quindi sposta
l’equilibrio a favore di R destabilizzando la
conformazione biologicamente attiva del recettore.
Gli agonisti inversi hanno azione opposta a
quella degli agonisti
20
Agonisti e agonisti inversi selezionano lo stato del
recettore per il quale hanno affinità e
contemporaneamente tendono ad indurlo,
a differenza della teoria classica
secondo la quale l’agonista induce la
formazione dello stato attivo inesistente in
assenza del ligando.
21
Gli antagonisti hanno la stessa affinità
per R e R* ,
ma non influenzano l’equilibrio fra le due
conformazioni.
Sono in grado di inibire l’azione sia degli agonisti
che degli agonisti inversi.
22
Agonista
Agonista allosterico
Un farmaco che
legandosi ad un
recettore ne modifica la
percentuale presente in
stato attivo generando
una risposta biologica.
Un farmaco, anche privo
di attività intrinseca,
ma che, legandosi ad un
recettore su un sito
diverso (allosterico) da
quello dell’agonista, ne
aumenta l’efficacia e/o
la potenza.
23
Antagonista
Agonista parziale
Un farmaco che legandosi ad un
recettore impedisce
l’interazione con l’agonista
riducendone così l’effetto.
Un farmaco in grado di
attivare solo in parte un
recettore.
Un antagonismo generato da
due farmaci attivi su
recettori diversi è definito
antagonismo funzionale (ad
es. l’effetto di un farmaco
attivo sull’ortosimpatico è
contrastabile funzionalmente
da un altro farmaco attivo sul
sistema parasimpatico).
Agonista inverso
Un farmaco che legando un
recettore ne riduce la
percentuale presente in stato
attivo in assenza del ligando.
24
Competizione
Quando due farmaci riconoscono lo
stesso sito di legame entrano in
competizione tra di loro per il legame.
25
La misura degli effetti
Efficacia
L’entità dell’effetto generato. Il
termine è stato coniato da
Stephenson per paragonare
agonisti che legandosi con la
stessa proporzione ad una
popolazione di recettori
producevano effetti di diversa
entità. Nel valutare l’efficacia di
farmaci diversi ci si deve
riferire ad uno stesso effetto.
Non é da confondere l’efficacia
con l’utilità terapeutica.
Potenza
La dose (o concentrazione)
necessaria per produrre un
effetto di entità prestabilita (ad
es. il 50% dell’effetto massimo,
ED50 o EC50). Rispetto ad
altre caratteristiche di un
farmaco (selettività, innocuità,
e efficacia) é la meno
importante in quanto si può
ovviare alla mancanza di
potenza aumentando la
dose.
26
Curvedose
dose-risposta
Curve
-risposta
(scalasemilogaritmica)
semilogaritmica)
(scala
difarmaci
farmacicon
con potenza
potenzadiversa
diversa
di
27
Curvedose-risposta
dose-rispostaper
perun
unagonista
agonistapieno
pieno
Curve
peragonisti
agonistiparziali
parziali
eeper
Esempio:FENOLDOPAM
FENOLDOPAM
Esempio:
28
29
 RECETTORI INTRACELLULARI
 RECETTORI di MEMBRANA
Differiscono per la natura dei ligandi e per il
tipo di risposta evocato
30
31
Si differenziano dai recettori di membrana per due
caratteristiche:
caratteristiche
 Il meccanismo di attivazione non sempre richiede un
ligando specifico
 L’attività intracellulare non è mediata da secondi
messaggeri.
Si legano direttamente al DNA per regolare la
trascrizione di geni specifici
32
Appartengono ad un’unica famiglia genica
che si è evoluta da un unico gene
ancestrale.
Da un punto di vista molecolare sono state
identificate sei sottofamiglie, ma tre
sono di interesse farmacologico.
33
CLASSE I
Recettori per l’acido retinoico (RAR α, β, γ)
Recettori per gli ormoni tiroidei (TR)
Recettori per la vitamina D (VDR)
Recettori per l’attivazione della proliferazione
perossisomale (PPAR α, β, γ)
Recettori per gli acidi biliari (FXR, farnesoid X
receptor)
Recettori per gli ossisteroli (LXR, liver X receptors)
Recettori per gli steroidi e xenobiotici (SXR)
Recettore costitutivo per l’androstano (CAR, si lega
anche il fenobarbital)
34
CLASSE II
Recettore per l’acido 9-cis-retinoico (RXR)
35
CLASSE III
Recettori per i mineralcorticoidi (MR)
Recettori per i glucocorticoidi (GR)
Recettori per gli androgeni (AR)
Recettori per gli estrogeni (ER)
Recettori per il progesterone (PR)
Recettori orfani correlati a quelli per gli
estrogeni (ERR)
36
Proteine recettoriali per le quali non è stato
identificato il ligando selettivo e, pertanto,
definite “recettori orfani”
37
MECCANISMO di ATTIVAZIONE
LIGANDO-DIPENDENTE
Generalmente i recettori intracellulari, una volta
terminata la loro sintesi a livello del reticolo
endoplasmico, sono veicolati nel compartimento
nucleare.
nucleare
Fanno eccezione i recettori per i glucocorticoidi,
per i mineralcorticoidi, per il progesterone e
per gli androgeni, che risiedono nel citoplasma e
attraversano la membrana nucleare
solo se legati al proprio ligando.
38
Indipendentemente dalla loro localizzazione gli
aporecettori (recettori in assenza di ligando)
non possono attivare la trascrizione genica
perché associati a heat shock proteins,
proteins
proteine inibitorie che permettono al recettore di
neosintesi di acquisire la struttura terziaria e nel
contempo ne legano i domini deputati alla
dimerizzazione e al legame con il DNA.
Un’eccezione è rappresentata dal recettore per gli
ormoni tiroidei che, in assenza di ligando, si
associano al DNA e inibiscono la trascrizione in
quanto legati a repressori.
39
Il legame con il ligando porta a modificazioni conformazionali
e quindi al rilascio delle proteine inibitorie, il recettore è
libero di dimerizzare con molecole recettoriali identiche
formando omodimeri o con recettori diversi (eterodimeri).
Il recettore interagisce con il DNA a livello di sequenze
nucleotidiche caratteristiche e specifiche per ogni
recettore denominate “sequenze di risposta all’ormone”
(HRE, hormone responsive elements”).
40
Meccanismodidi
Meccanismo
trasduzionedel
delsegnale
segnale
trasduzione
deirecettori
recettoriper
pergli
gli
dei
ormonisteroidei
steroidei
ormoni
recettoreinattivo
inattivo
IlIlrecettore
associatoalle
alle
èèassociato
“Heatshock
shockproteins”
proteins”
“Heat
41
42
Recettori-canale
Recettori-canale
Recettori accoppiati
accoppiati aa proteine
proteine GG
Recettori
Recettori con
con attività
attività tirosin-chinasica
tirosin-chinasica
Recettori
Recettori con
con attività
attività guanilato
guanilato ciclasica
ciclasica
Recettori
Recettori per
per l’adesione
l’adesione cellulare
cellulare
Recettori
Recettori per
per le
le citochine
citochine
Recettori
Recettori per
per Tumor
Tumor Necrosis
Necrosis Factor
Factor
Recettori
Recettori per
per le
le lipoproteine
lipoproteine
Recettori
Differiscono per
per struttura,
struttura, cinetiche
cinetiche ee modalità
modalità di
di
Differiscono
attivazione.
attivazione.
43
Famiglie di recettori di membrana
G
A:recettori-canale.
recettori-canale.B:
B:recettori
recettoriaccoppiati
accoppiatiaaproteine
proteineG.
G.C:
C:recettori
recettori
A:
D:recettori
recettoriper
perlelecitochine.
citochine.
Perlalamatrice
matriceextracellulare
extracellulare(integrine).
(integrine).D:
Per
E:recettori
recettoriad
adattività
attivitàtirosin
tirosinchinasica
chinasicaintrinseca.
intrinseca.F:
F:recettori
recettoriad
ad
E:
G:recettori
recettoriper
perlelelipoproteine.
lipoproteine.
attivitàguanilato
guanilatociclasica
ciclasicaintrinseca.
intrinseca.G:
attività
H:recettori
recettoriper
perililTNF.
TNF.I:I:recettori
recettori“toll-like”.
“toll-like”.
H:
44
Recettori-canale
Sono complessi multimerici che consentono il passaggio di
ioni lungo il gradiente elettro-chimico
Recettori accoppiati alle proteine G (GPCR)
Formati da una singola catena che attraversa sette volte la
membrana plasmatica che si organizza a formare
spazialmente una particella globulare. Possono formare
dimeri sia con recettori dello stesso tipo (omodimeri)
che con recettori di tipo diverso (eterodimeri).
La loro attivazione induce la formazione di secondi
messaggeri.
45
Recettori con attività tirosin-chinasica
A questa famiglia appartengono recettori per fattori di
crescita e per molte citochine.
Sono formati da una singola catena polipeptidica che
attraversa una sola volta la membrana plasmatica,
sono dotati di attività tirosin chinasica selettiva sui
residui di tirosina dello stesso recettore
(autofosforilazione) che di altri substrati.
L’interazione ligando-recettore avviene a livello della
porzione extracellulare del recettore e porta alla
dimerizzazione del recettore.
FARMACI INIBITORI delle TIROSIN CHINASI
hanno aperto vie innovative per la terapia di alcuni
tumori, soprattutto del sistema ematopoietico.
46
RECETTORI CON ATTIVITA’ TIROSIN-CHINASICA
Molecole di EGF
Esterno
della
cellula
+EGF
-EGF
interno
della
cellula
S
S~P
ATP
ADP
47
Da Farmacologia generale e clinica
B.G. KATZUNG V edizione
48
I neurotrasmettitori riconoscono in genere
sia recettori-canale che recettori
accoppiati a proteine G
49
NEUROTRASMETTITORI CON RECETTORI A TRASDUZIONE
DEL SEGNALE VELOCE E LENTA
NEUROTRASMETTITORE
RISPOSTA
VELOCE
RISPOSTA
LENTA
ACETILCOLINA
NICOTINICI
MUSCARINICI
GABA
GABAA
GABAB
GLUTAMMATO
IONOTROPI
METABOTROPI
SEROTONINA
5-HT3
5-HT1,2,4,5
50
Recettori-canale
(recettori ionotropici)
 Sono
Sono proteine
proteine che
che formano
formano un
un canale
canale ionico
ionico che
che

attraversa la
la membrana
membrana cellulare.
cellulare.
attraversa
 Attraverso
Attraverso questi
questi canali
canali possono
possono passare
passare ioni
ioni (Na
(Na++,, KK++,,

Cl-)-) che
che sono
sono impermeabili
impermeabili alla
alla membrana
membrana
Ca++++,, Cl
Ca
cellulare.
cellulare.
 LL’attivazione
di questi
questi recettori
recettori da
da parte
parte di
di un
un

’attivazione di
agonista endogeno
endogeno oo esogeno
esogeno determina
determina ll’apertura
agonista
’apertura
del canale
canale ee un
un conseguente
conseguente flusso
flusso di
di ioni.
ioni.
del
51
52
53
54
RECETTORI-CANALE
RECETTORI PERMEABILI
A CATIONI
RECETTORI PERMEABILI
AD ANIONI
55
RECETTORI
Permeabili a CATIONI
RECETTORI
Subunità clonate
Recettore nicotinico muscolare
e neuronale
α1-10 , β1-4, γ, δ, ε
Recettori glutammatergici
AMPA*, KA, NMDA
GluRA-D, GluR5-7, KA1-2,
NR1, NR2A-D, NR3A,B
Recettore serotoninergico
5-HT3
5-HT3A-C
Recettore purinergico P2X
(ATP)
P2X1-7
Recettori nucleotici ciclici
(cAMP e cGMP)
CNGA1-4, CNGB1-3
TRP (Transient Receptor
Potential Channels)
Struttura simile a canali per il
potassio (attivati da calcio, IP2,
DAG, anandamide, capsaicina)
56
*α-amino-3-idrossi-5-metilossazol-4-propionato
RECETTORI
permeabili ad ANIONI
RECETTORI
Subunità clonate
GABAA
α1-6, β1-3, γ1-3, δ, ε, π,
ϑ
GABAC
ρ1-3
Gly-RA
α1-6, β
57
Schemadella
dellastruttura
strutturadi
diun
unrecettore
recettorecanale
canale
Schema
58
Il flusso
flusso di
di ioni
ioni causa
causa variazioni
variazioni del
del
Il
potenziale elettrico
elettrico transmembrana
transmembrana ee
potenziale
quindi una
una variazione
variazione dell
dell’eccitabilità
quindi
’eccitabilità
cellulare.
cellulare.
recettori-canalesono
sonocostituiti
costituitida
daun
unnumero
numero
IIrecettori-canale
variabiledi
disubunità.
subunità.
variabile
sitodi
dilegame
legameper
perl’agonista
l’agonistasisitrova
trovain
ingenere
genere
IlIlsito
all’esternodella
dellamembrana
membranacellulare.
cellulare.
all’esterno
Sono presenti
presenti siti
siti allosterici
allosterici cui
cui si
si legano
legano
Sono
sostanze in
in grado
grado di
di modulare
modulare la
la
sostanze
risposta all
all’agonista.
risposta
’agonista.
Nellaregione
regioneintracellulare
intracellularevivisono
sonositi
sitidi
di
Nella
fosforilazioneche
cheregolano
regolanol’attività
l’attività di
diquesti
questi
fosforilazione
recettori.
59
recettori.
60
61
La desensitizzazione è una proprietà
intrinseca dei recettori-canale
Equivale ad una riduzione della capacità di
andare incontro al cambio conformazionale
necessario per produrre l’apertura del
canale ionico transmembranario.
E’ un fenomeno completamente e
rapidamente reversibile.
reversibile
62
IMPLICAZIONI FARMACOLOGICHE
La rapidità con cui si instaura la
desensitizzazione consente l’uso di
agonisti come paralizzanti utili in
anestesia.
La succinilcolina, curaro depolarizzante,
è un agonista nicotinico che
stabilizza il recettore nello stato
desensitizzato ed è resistente
all’attività idrolizzante
dell’acetilcolinesterasi.
63
64
Cascatadi
dieventi
eventibiochimici
biochimiciconseguenti
conseguenti
Cascata
all’interazione
traun
unneurotrasmettitore
neurotrasmettitoreee
all
’interazione tra
Unrecettore
recettoreaccoppiato
accoppiatoaaproteina
proteinaGG
Un
65
RECETTORI ACCOPPIATI
ACCOPPIATI A
A
RECETTORI
PROTEINE G
G
PROTEINE
66
CICLO delle
delle
CICLO
PROTEINE G
G
PROTEINE
67
EFFETTORI PRINCIPALI DELLE
SUBUNITA’ α e del COMPLESSO
βγ delle PROTEINE G
AGONISTA
α
αs
Adenilatociclasi
αi
β
γ
αq
β
α12
Adenilatociclasi Fosfolipasi C Rho GEF
Fosfodiesterasi
γ
Adenilatociclasi
Fosfolipasi C
PI-3 chinasi
Canali al K+
Canali al Ca2+
68
69
Modulazione delle risposte
recettoriali
I recettori e i relativi sistemi di
trasduzione sono
continuamente soggetti ad un
fine controllo sia qualitativo che
quantitativo della loro attività
70
Il trattamento con farmaci attivi sui recettori
per i mediatori endogeni può indurre
tolleranza
• Si intende la scomparsa dell’efficacia di un
farmaco dovuta a fenomeni di adattamento
delle risposte recettoriali.
recettoriali
• La velocità con cui si instaura la tolleranza e
l’intensità dello stato di tolleranza dipendono sia
dall’intensità del trattamento farmacologico che
dal sistema recettoriale interessato e può in
alcuni casi non manifestarsi affatto.
71
La tolleranza si instaura per
trattamenti prolungati
(di giorni o settimane) ed è
reversibile con la sospensione
della terapia.
72
Conseguenze dirette sull’efficacia
della terapia
 Aumento del dosaggio
La stessa dose può non essere più sufficiente a
controllare la malattia e occorre aumentarla per
ottenere l’efficacia precedente
 Rimbalzo
La sospensione rapida della terapia può accompagnarsi
ad un effetto rimbalzo dovuto allo squilibrio recettoriale
che si era instaurato durante la terapia
73
Desensitizzazione
Si intende la
riduzione della risposta recettoriale
e quindi dell’effetto
dovuta alla persistente
esposizione ad un farmaco agonista.
E’ detta anche refrattarietà.
74
 D. omologa:
la perdita di attività dell’agonista è
specifica per il recettore attivato.
 D. eterologa:
l’attivazione prolungata di un sistema
recettoriale induce desensitizzazione anche
di altri recettori che utilizzano la stessa
via di trasduzione del segnale o gli stessi
effettori.
75
La desensitizzazione può avvenire
a qualunque livello
• Riduzione dell’affinità
• Incapacità di trasdurre il segnale
• Riduzione del numero di molecole
recettoriali (down regulation)
76
Desensitizzazione dei recettori
accoppiati a proteine G
 Modulata da fosforilazioni
PKA e PKC intervengono nella d. eterologa,
le chinasi GRK fosforilano esclusivamente il recettore
occupato dall’agonista e intervengono nella d. omologa
 Si attua mediante tre meccanismi:
perdita di affinità per l’agonista, riduzione della capacità di
attivare la proteina G, riduzione del numero dei recettori.
 I tre eventi hanno caratteristiche cinetiche
diverse (la down regulation è più lenta).
77
La desensitizzazione può avvenire per
modulazione dell’attività delle proteine G
L’esposizione ad agonisti può portare a riduzione dei
livelli delle proteine G per
 Aumentata degradazione
 Ridotta espressione di mRNA
Il fenomeno è limitato alla proteina G con cui
quel recettore interagisce.
interagisce
78
Up regulation
 Si intende l’aumento delle risposte
recettoriali indotte da trattamento
cronico con antagonisti.
 Assume caratteristiche rilevanti nelle cellule
nervose e nel tessuto muscolare e, in
genere, è di notevole intensità solo dopo
denervazione o per inibizione del
rilascio di neurotrasmettitore.
neurotrasmettitore
79