Attivazione dei Recettori

Teorie Recettoriali

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.

Definizione di recettore “The International Union

of Basic and Clinical Pharmacology”

I legami non covalenti

mediano le interazioni fra le macromolecole

Interazioni non covalenti

Legami ionici 5-10

Interazioni di van Der Waals 0.03-0.1

Legami idrogeno 0.5-4

Effetto idrofobico 1

δ- δ+ δ-

D H A

Energie di legame (Kcal/mole)

Cariche parziali permanenti

Cariche parziali istantanee

Legame ionico

Arginina

Lisina

Ac. aspartico

Ac. glutammico

Legame idrogeno (interaz. tra dipoli)

δ- δ+ δ-

D H A

2.70

2.63

2.88

3.04

2.93

3.10

Lunghezza del legame (A)

Alcuni esempi

Legame covalente

-OH

-SH

-NH-

40-110

Kcal/mole

9

R + A RA

RA*

Evento biochimico

cellulare

Effetto

finale

Aspetti quantitativi delle risposte ai farmaci: analisi delle curve

10

R + A RA

RA*

Evento biochimico

cellulare

Effetto

finale

Aspetti quantitativi delle risposte ai farmaci: analisi delle curve

Principali teorie recettoriali (1)

Teoria occupazionale (A.J.Clark, 1933):

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

R=recettore

A=agonista

E A

E max

= [RA]

[R T ]

Dobbiamo esprimere diversamente sia [RA] che [RT] in modo tale

da poter inserire grandezze note o ricavabili sperimentalmente.

Per quanto riguarda [RA]

[R] [A]

[RA] K DA =

[R] [A]

K D

[RA] =

[R T ] = [R] + [RA]

R + A RA

= cost di dissociazione

Per quanto riguarda [RT]

All’equilibrio:

[R] x [A] x k1 = [RA] x k-1

quindi: [RA] = k1

[A] [R] k-1

k-1/k1 = dissociation constant (KD)

quindi avremo: E A

E max

=

[R] [A]

K D

[R] + [RA]

che diviene:

E A

E max

= [A]

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

La teoria di Clark non può spiegare

gli agonisti parziali né gli antagonisti.

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

Il contributo di Ariens (1954)

Non tutti gli agonisti producono

la stessa risposta massimale

Principali teorie recettoriali (2)

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:

E A

E max

= [A]

K D + [A]

a E A

E max

= [A]

K D + [A]

gli agonisti si legano ai recettori ed iniziano

cambiamenti nella funzione cellulare,

producendo effetti di vario tipo

gli antagonisti si legano ai recettori senza

evocare effetti cellulari

agonisti, antagonisti

e attività intrinseca

agonista pieno (a = 1)

agonista parziale (0 < a < 1)

antagonista (a = 0)

1E-11 1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6

0

25

50

75

100

AgonistaA

AgonistaB

AgonistaC

AgonistaD

% E

ffett

o

Agonista [Log M]

efficacia

potenza

Emax

Curve di farmaci agonisti con potenza

diversa ed uguale efficacia

Agonista [Log M]

1E-11 1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6

0

25

50

75

100

AgonistaA

AgonistaB

AgonistaD

% E

ffe

tto

Agonista [Log M]

Curve di farmaci agonisti con diversa

efficacia e diversa potenza

α = ?

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:

1E-11 1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6

0

25

50

75

100

AgonistaA puro

AA +Ant1 (10-9M)

AA +Ant1 (10-8M)

AA +Ant1 (10-7M)

% E

ffett

o

Agonista [Log M]Agonista, Log M

Emax

potenza apparente

Antagonisti non competitivi

1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6

0

25

50

75

100

AgonistaA puro

AA +Ant1 (10-9M)

AA +Ant1 (10-8M)

AA +Ant1 (10-7M)

% E

ffett

o

Agonista [Log M]

Emax

Emax

IC50

Agonista, Log M

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

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.

Principali teorie recettoriali (3)

Dalla teoria di Stephenson:

La risposta di un agonista è funzione incognita

di uno stimolo biologico

E A

E max

= f (S)

Per stimolo biologico s’intende il prodotto

dell’efficacia (e) per la frazione recettoriale

occupata.

e [RA]

[R T ] S = =

e [A]

K D + [A]

Limite della teoria di Stephenson

L’efficacia (e) dipende dal tessuto e non è un

parametro intrinseco del farmaco.

Il contributo di Furchgott (1966)

Principali teorie recettoriali (4)

E/Emax= f ε[RT][A]/(KD+[A]) e=ε[RT]

• 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

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

La rate theory di Paton e Rang (1961)

Relazione tra risposta e velocità (rate) di formazione del complesso farmaco-recettore

Principali teorie recettoriali (5)

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

La teoria dell’adattamento indotto di Koshland (1958)

modello sequenziale

Principali teorie recettoriali (6)

Difficile trovare relazioni matematiche

che descrivono il modello

Cooperatività?

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 farmaco-recettore); 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

……………..riassumendo:

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

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

Revisione della teoria classica:

i recettori costitutivamente attivati

UNA NUOVA CLASSE:

GLI AGONISTI INVERSI

benzodiazepine beta-carboline

gli agonisti inversi impediscono l’azione

del neurotrasmettitore spostando la

proteina nella sua conformazione inattiva

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

Nature RevIews | drug discovery, 2009

UNA NUOVA POTENZIALE CLASSE:

I MODULATORI ALLOSTERICI

Modulatori allosterici accoppiati a proteine G

NATURE Reviews | drug discovery vol 8, 2009

mGlu5 NAM Clinical Compounds

ortosteric allosteric

Mol Pharmacol. 2007 Aug;72(2):291-302.