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RECETTORI Interazioni farmaco-recettore La maggior parte dei farmaci interagisce con siti specifici delle macromolecole (componenti della membrana cellulare, enzimi, proteine) mediante interazioni fisico-chimiche e steriche esatte tra specifici gruppi chimici del farmaco e specifici siti della proteina. Questi siti sono detti RECETTORI Interazioni farmaco-recettore Il binding di un ligando a un recettore causa una risposta positiva o negativa. Una risposta positiva può essere o un immediato effetto fisiologico (apertura di un canale ionico) oppure una serie di eventi biochimici che portano al rilascio di “secondi messaggeri”. Essi a loro volta promuovono una nuova sequenza di eventi biochimici che generano una appropriata risposta biologica. Ligando e recettore N(CH3)2 N(CH3)2 Legame idrofobico Legame dipolo-dipolo O O O2N O N Complesso con trasferimento di carica HO Interazione ione-dipolo H Legame idrogeno Cl NH2 + N COO- Legame ionico HO Esempi di alcune comuni forme di legame trovate nelle interazioni farmaco-recettore Ligando e recettore Legame covalente: è di gran lunga il più forte dei legami ligando-recettore. Forma un legame irreversibile. Raramente viene cercato nell’azione di un farmaco (eccezione: chemioterapici nel trattamento del cancro) Legame ionico o elettrostatico: è molto importante nelle interazioni ligando-recettore in quanto molti gruppi funzionali dei recettori sono ionizzati a pH fisiologico. Si formano interazioni reversibili. Interazioni elettrostatiche: in forma di forze attrattive ione-dipolo, interazioni dipolo-dipolo e legame H. Formano legami più deboli del legame ionico. Sono le interazioni ligando-recettore più diffuse. Ligando e recettore Complessi a trasferimento di carica: si formano quando un gruppo elettron donatore è adiacente a un gruppo elettron accettore. Il parziale trasferimento di carica crea un debole legame elettrostatico. I donatori sono specie ricche di e- p e gruppi chimici con doppietti elettronici. Legame idrofobico: legame molto debole che si forma quando parti non-polari delle molecole interagiscono in un ambiente privo di acqua. Si crea un abbassamento dell’energia del sistema e, quindi, una struttura più stabile. Forze dispersive di London: deboli interazioni dipolo-dipolo dovute alla formazione di dipoli transienti in una struttura. I dipoli transienti sono tempo-dipendenti e si formano a causa della variazione nel tempo della distribuzione elettronica nelle molecole. Ligando e recettore Farmaco Farmaco-Recettore Il legame è dipendente dalla concentrazione [C] del farmaco: man mano che [C] aumenta nei fluidi extracellulari, l’equilibrio si sposta a destra e il farmaco si lega al recettore. Quando [C] diminuisce, a causa del metabolismo e dell’escrezione, l’equilibrio si sposta verso sinistra e il complesso si dissocia. A basse concentrazioni un basso numero di recettori è impegnato dal ligando. I farmaci con lunga durata d’azione sono quelli che formano legami stabili con il recettore. Classificazione dei recettori Tipi di recettori Classificazione dei recettori A) Recettori intracellulari Ligandi endogeni: ormoni steroidei, ormoni della tiroide, vitamine (Vit. D e acido retinoico) Esempi: Ormone antidiuretico (ADH) o recettori della vasopressina (sostanze lipofile in grado di attraversare la membrana plasmatica) I recettori sono collocati nel nucleo cellulare. Proteine (400-1000 aa) con una sequenza comune di circa 60 aa contenente 2 loops di 15 residui di aa noti come “zinc fingers”, in quanto ogni loop nasce da 4 Cys coordinate a un atomo di Zn. Classificazione dei recettori Una volta formato il complesso ormone-recettore avviene un cambiamento conformazionale che porta il complesso nel nucleo dove si lega al DNA. La risposta è un aumento dell’attività RNA polimerasica e dunque produzione di mRNA specifico che, controllando la sintesi di una specifica proteina, dà origine alla risposta cellulare. Classificazione dei recettori Tipi di recettori Classificazione dei recettori B) Recettori legati a canali ionici Ligandi endogeni: neurotrasmettitori Esempi: nAChR (recettori colinergici nicotinici), recettori noradrenergici Proteine di membrana con le zone C- e N-terminali extracellulari. 4 o 5 subunità intramembrana che circondano un poro centrale. Ciascuna subunità è formata da 20-25 aa in forma di a-elica. Residui di zuccheri sono attaccati alla catena N-terminale ma non sono coinvolti nell’attività recettoriale. I canali ionici “Voltage gated” sono attivati da alterazioni nel voltaggio di membrana. Ad es. i canali del sodio (Na+) si aprono quando la membrana viene depolarizzata ad un potenziale basale ed essi stessi contribuiscono all’ ulteriore depolarizzazione permettendo l’entrata di Na+ nella cellula. Classificazione dei recettori I canali ionici “Ligand gated” sono attivati dal binding di specifici ligandi o farmaci al recettore. Molti neurotrasmettitori e farmaci attivano i canali ionici Ligand gated, tra cui molti tipi di recettori del glutammato. Classificazione dei recettori Classificazione dei recettori Classificazione dei recettori Tipi di recettori Classificazione dei recettori C) Recettori accoppiati alle Proteine G Ligandi endogeni: ormoni e trasmettitori “lenti”. Il recettore è accoppiato al sistema effettore mediante la proteina G. Esempi: recettori colinergici muscarinici, noradrenergici e 7TM-GPCRs. Singola catena polipeptidica formata da 400-500 aa. Parte N-terminale extracellulare, parte C-terminale intracellulare. La struttura del recettore include un dominio trans-membrana a 7 eliche raggruppate attorno a un “pocket” centrale che si pensa contenga il sito attivo del recettore. Classificazione dei recettori Elevata amplificazione del segnale biologico grazie all’attivazione delle proteine G che, a loro volta, attivano canali ionici o, più comunemente, altri enzimi (es. Adenilato ciclasi) causando l’attivazione di altri enzimi (es. PKA) Questo sistema di amplificazione, che implica un’ estensione della durata dell’attivazione della proteina G rispetto al legame del farmaco al recettore, spiega perché gli effetti farmacologici massimali si osservano quando ormai solo una piccola porzione di recettori è attivata. Classificazione dei recettori Classificazione dei recettori Le proteine G, che trasducono il segnale dai recettori, contengono 3 subunità, a, b, e g. Le subunità b e g sono legate covalentemente a lipidi di membrana. Quando il recettore è libero, la sottounità a della proteina Gs (Gsa) lega il GDP ed è associata alle subunità b e g. Il GTP viene idrolizzato ed il complesso Gsa-GDP si dissocia dall'adenilato ciclasi e si riassocia alle subunità Gsbg. Il legame con l'ormone induce un cambiamento conformazionale nel recettore. Il recettore si lega alla subunità Gsa. Il legame del recettore induce un cambiamento conformazionale in Gsa. Il GDP si stacca e viene sostituito da una molecola di GTP. Il complesso attivo Gsa-GTP dissocia dalle subunità Gsbg. Il complesso Gsa-GTP interagisce con l'adenilato ciclasi che attivata catalizza la sintesi del cAMP; l'ormone si dissocia dal recettore. Classificazione dei recettori Tipi di recettori Classificazione dei recettori D) Recettori legati a enzimi Ligandi endogeni: insulina e fattori di crescita. Il recettore è accoppiato a una tirosin chinasi. Esempi: recettori dell’insulina. Caratterizzati da un solo dominio di transmembrana per subunità di proteina. La subunità è legata ad ampi domini extra e intracellulari. I domini extracellulari sono vari e dipendono dalla natura dei ligandi endogeni. Tutti i domini intracellulari contengono un residuo tirosin chinasico come parte integrante della struttura. Per l’espressione dell’attività enzimatica è necessaria la dimerizzazione dei recettori attivati causa del cambiamento conformazionale richiesto. I residui di tirosina fosforilati agiscono come siti di legame per specifiche proteine intracellulari che hanno in comune una sequenza conservata di circa 100 aa, chiamata “SH2 domain”, probabilmente la zona responsabile delle successive risposte intracellulari. Classificazione dei recettori Teoria e assunzioni delle interazioni farmaco-recettore La combinazione o il legame a un recettore causa eventi che portano a una risposta. La risposta a un farmaco è “dose-dipendente”. L’interazione farmaco-recettore segue semplici relazioni di “massa-azione”, cioè una sola molecola di farmaco occupa un sito recettoriale e l’interazione è reversibile. Dato un farmaco, l’ampiezza della risposta è direttamente proporzionale alla frazione di siti totali del recettore occupati dalle molecole di farmaco (Teoria dell’occupazione – Clark, 1920 ca.). Terminologia Agonisti (o Agonisti Puri): Farmaci che occupano i recettori e causano una risposta piena o praticamente massimale. La risposta massimale è di solito definita come quella prodotta dagli agonisti più potenti, o quella prodotta da un farmaco “classicamente” associato alla risposta. Terminologia Agonisti Parziali: Farmaci che occupano i recettori ma causano una risposta inferiore a quella massima. Ciò vuol dire che queste molecole sono meno potenti e che l’occupazione del 100% dei siti recettoriali provoca una risposta inferiore al 100% (in analogia con gli enzimi, corrispondono ai substrati con una Vmax più bassa) Terminologia Antagonisti: Farmaci che occupano o provocano cambiamenti nel recettore, ma non causano alcuna risposta recettoriale. L’occupazione del recettore da parte di un antagonista interferisce con l’occupazione da parte dell’agonista. Meccanismi delle interazioni farmaco-recettore Desensibilizzazione: Ripetute esposizioni di un recettore alla stessa dose di farmaco possono portare a una riduzione della risposta. E’ come se il farmaco, che inizialmente si comporta da agonista puro, diventasse un agonista parziale a causa dell’uso ripetuto. Questo fenomeno è detto anche TACHIFILASSI
