Attivazione dei Recettori
Teorie Recettoriali
Definizione di recettore
“The International Union
of Basic and Clinical Pharmacology”
I recettori sono macromolecole di cellule o
organismi che, essendo deputate al
riconoscimento di sostanze chimiche
endogene ed alla generazione di risposte
biologiche, possono interagire con un
farmaco dando inizio ad una catena di eventi
biochimici con conseguenti effetti
farmacologici.
I legami non covalenti
mediano le interazioni fra le macromolecole
Interazioni non covalenti
Cariche parziali permanenti
Cariche parziali istantanee
D
δ-
H
A
δ+
δEnergie di legame (Kcal/mole)
Legami ionici
Interazioni di van Der Waals
Legami idrogeno
Effetto idrofobico
5-10
0.03-0.1
0.5-4
1
Legame ionico
Arginina
Lisina
Ac. aspartico
Ac. glutammico
Legame idrogeno (interaz. tra dipoli)
D
δ-
H
δ+
A
δ-
Lunghezza del legame (A)
2.70
2.63
2.88
3.04
2.93
3.10
Alcuni esempi
Legame covalente
40-110
Kcal/mole
-OH
-SH
-NH-
Aspetti quantitativi delle risposte ai farmaci:
analisi delle curve
R+A
RA
RA*
Evento biochimico
cellulare
Effetto
finale
9
Aspetti quantitativi delle risposte ai farmaci:
analisi delle curve
R+A
RA
RA*
Evento biochimico
cellulare
Effetto
finale
10
Principali teorie recettoriali (1)
Teoria occupazionale (A.J.Clark, 1933):
R+A
RA
R=recettore
A=agonista
I farmaci interagiscono con siti di legame indipendenti e li
attivano dando come risultato una risposta biologica
proporzionale alla quantità di complesso RA formato
La risposta termina quando il complesso si dissocia
E = K [RA]
Emax = K [RT]
R+A
RA
EA
Emax
[RA]
=
[RT]
Dobbiamo esprimere diversamente sia [RA] che [RT] in modo tale
da poter inserire grandezze note o ricavabili sperimentalmente.
[R] [A]
KDA=
= cost di dissociazione
[RA]
Per quanto riguarda [RA]
[R] [A]
[RA] =
KD
Per quanto riguarda [RT]
[RT] = [R] + [RA]
All’equilibrio:
[R] x [A] x k1 = [RA] x k-1
quindi: [RA]
= k1
[A] [R] k-1
k-1/k1 = dissociation constant (KD)
[R] [A]
quindi avremo:
EA
=
Emax
KD
[R] + [RA]
EA
[A]
=
che diviene:
Emax
K D+ [A]
quando KD= [A]
si ottiene un effetto pari al 50% dell’effetto massimo
La concentrazione di agonista che determina il 50% dell’effetto
massimo viene definita EC50.
Quando un farmaco è somministrato ad una concentrazione
uguale alla sua KD, sarà occupato il 50% dei recettori
Per la teoria di Clark quindi KD = EC50 = ED50
la costante di dissociazione di un agonista KD può essere
calcolata direttamente dalla curva dose risposta.
Limiti della teoria di Clarke
Tutti i recettori ugualmente accessibili ai ligandi
Il modello ignora qualunque stato di binding parziale
I recettori sono legati o liberi
I ligandi sono agonisti
Il binding è reversibile
Il ligando non è alterato dal binding
La teoria di Clark non può spiegare
gli agonisti parziali né gli antagonisti.
Principali teorie recettoriali (2)
Il contributo di Ariens (1954)
Non tutti gli agonisti producono
la stessa risposta massimale
Ariens propose che la risposta al legame
di un agonista dipende sia
dall’affinità del recettore per l’agonista
che dall’attività intrinseca (α)
Affinità
E’ la capacità di un farmaco di legarsi al recettore ed è
espressa dalla costante di dissociazione
Attività intrinseca
E’ la capacità del farmaco di indurre
una risposta biologica (a)
La risposta biologica allora sarà:
EA
[A]
=
Emax
a [A]
EA
=
KD + [A]
Emax
KD + [A]
agonisti, antagonisti
e attività intrinseca
gli agonisti si legano ai recettori ed iniziano
cambiamenti nella funzione cellulare,
producendo effetti di vario tipo
agonista pieno (a = 1)
agonista parziale (0 < a < 1)
gli antagonisti si legano ai recettori senza
evocare effetti cellulari
antagonista (a = 0)
Curve di farmaci agonisti con potenza
diversa ed uguale efficacia
Emax
100
efficacia
potenza
% Effetto
75
50
AgonistaA
AgonistaB
AgonistaC
AgonistaD
25
0
1E-11
1E-10
1E-9
1E-8
1E-7
1E-6
[Log M]
Agonista [LogAgonista
M]
Curve di farmaci agonisti con diversa
efficacia e diversa potenza
100
α =?
% Effetto
75
50
AgonistaA
AgonistaB
AgonistaD
25
0
1E-11
1E-10
1E-9
1E-8
1E-7
1E-6
Agonista [Log M]
Farmaci antagonisti
Si legano con alta affinità ai recettori, ma non sono in
grado di indurre di per se una risposta biologica (a = 0)
L’ effetto farmacologico è quello di inibire l’azione
dell’agonista endogeno.
antagonista competitivo reversibile
antagonista non competitivo
antagonista competitivo irreversibile
Antagonismo funzionale, antagonismo fisico, antagonismo farmacocinetico
Antagonisti
competitivi:
100
AgonistaA puro
AA +Ant1 (10-9M)
AA +Ant1 (10-8M)
AA +Ant1 (10-7M)
Emax
% Effetto
75
potenza apparente
50
25
0
1E-11
1E-10
1E-9
1E-8
Agonista [Log M]
1E-7
1E-6
Agonista, Log M
Antagonisti
non competitivi
100
AgonistaA puro
AA +Ant1 (10-9M)
AA +Ant1 (10-8M)
AA +Ant1 (10-7M)
Emax
% Effetto
75
50
Emax
25
0
1E-10
1E-9
1E-8
1E-7
1E-6
Agonista [Log M] Agonista, Log M
IC50
Limiti della teoria di Ariens
Simile alla teoria di Clarke
Unica “sfumatura”: introduzione dell’attività
intrinseca
L’effetto massimo si raggiunge solo se tutta la
popolazione dei recettori è occupata
Principali teorie recettoriali (3)
Il contributo di Stephenson (1954)
La risposta farmacologica non è linearmente proporzionale
al numero di recettori occupati.
L’effetto massimo può essere ottenuto anche occupando
una frazione di recettori
Farmaci differenti possono dare la stessa risposta pur
occupando un numero differente di recettori.
Dalla teoria di Stephenson:
La risposta di un agonista è funzione incognita
di uno stimolo biologico
EA
= f (S)
Emax
Per stimolo biologico s’intende il prodotto
dell’efficacia (e) per la frazione recettoriale
occupata.
e [RA]
S=
e [A]
=
[RT]
KD + [A]
Limite della teoria di Stephenson
L’efficacia (e) dipende dal tessuto e non è un
parametro intrinseco del farmaco.
Principali teorie recettoriali (4)
Il contributo di Furchgott (1966)
• Introdusse l’efficacia intrinseca (ε)
come capacità di un farmaco di
iniziare uno stimolo da un
recettore
• L’efficacia intrinseca (ε) fu definita
quindi come un termine strettamente
correlato al farmaco
• Fornì l’evidenza sperimentale
dell’esistenza degli spare receptors
e=ε[RT]
E/Emax= f ε[RT][A]/(KD+[A])
Recettori di riserva (spare receptors)
Recettori di riserva (spare receptors)
Non sono qualitativamente diversi dagli altri
Non sono nascosti
Possono essere accoppiati ad una risposta cellulare
Sperimentalmente sono stati dimostrati con l’uso
di antagonisti non competitivi o irreversibili su una
frazione di recettori
Principali teorie recettoriali (5)
La rate theory di Paton e Rang (1961)
Relazione tra risposta e velocità (rate) di formazione del
complesso farmaco-recettore
La durata dell’occupazione del recettore determina se una
molecola è agonista, agonista parziale o antagonista
Manca di fondamenti chimico fisici ed è in contrasto
con evidenze sperimentali
Principali teorie recettoriali (6)
La teoria dell’adattamento indotto di Koshland (1958)
modello sequenziale
Cooperatività?
Difficile trovare relazioni matematiche
che descrivono il modello
……………..riassumendo:
Caratteristiche dell’interazione
di un farmaco con il suo recettore
•
AFFINITA’: esprime la "forza" con cui il farmaco si lega al recettore: un farmaco che si
combina "bene" col recettore e risulta fortemente legato, possiede una elevata affinità per
quel recettore: si riflette nella posizione della curva sull’asse delle ascisse.
•
ATTIVITA’ INTRINSECA (a): capacità di un singolo complesso farmaco-recettore di
evocare una risposta cellulare; l'attività intrinseca è la misura della risposta massima che il
farmaco può produrre (non incrementabile neppure somministrandolo a dosi molto alte); è
un parametro per distinguere farmaci che si legano allo stesso sito recettoriale ma non
producono effetti uguali: esprime cioè l'efficacia del farmaco.
•
EFFICACIA INTRINSECA (): relazione tra l’occupazione del recettore e la capacità di
innescare una risposta cellulare (è una misura della formazione del complesso farmacorecettore); l’efficacia non dipende dalla dose, ma è indice della attività intrinseca del
farmaco nell’indurre un determinato effetto; si riflette nell’estensione della curva sull’asse
delle ordinate
•
POTENZA: abilità a dare origine ad un cambiamento funzionale misurabile; influenza la
dose necessaria per ottenere un determinato effetto
La POTENZA risulta dalla combinazione di due grandezze diverse: affinità ed efficacia
Limiti delle teorie occupazionali
Incapacità degli agonisti parziali di dare una
risposta completa pur bloccando l’effetto di agenti
più attivi
Esistenza di farmaci che prima stimolano e poi
bloccano l’effetto
Il fenomeno della desensibilizzazione
Il concetto di spare receptors
Revisione della teoria classica:
i recettori costitutivamente attivati
1. Si legano a recettori costitutivamente attivi e spostano l’equilibrio
verso la formazione del conformero inattivo
2. In questo sistema un agonista inverso di fatto inverte l’attività del
recettore
UNA NUOVA CLASSE:
GLI AGONISTI INVERSI
gli agonisti inversi impediscono l’azione
del neurotrasmettitore spostando la
proteina nella sua conformazione inattiva
benzodiazepine
beta-carboline
UNA NUOVA CLASSE:
GLI AGONISTI INVERSI
TRENDS in Pharmacological Sciences Vol.27 No.2 February 2006
Gli agonisti inversi svelano
l’attività costitutiva dei recettori
UNA NUOVA POTENZIALE CLASSE:
I MODULATORI ALLOSTERICI
Nature RevIews | drug discovery, 2009
Modulatori allosterici accoppiati a proteine G
NATURE Reviews | drug discovery vol 8, 2009
mGlu5 NAM Clinical Compounds
Mol Pharmacol. 2007 Aug;72(2):291-302.
ortosteric
allosteric
