Fonctions

1.3.4.1. Fonction de transport

La P-gp confère une résistance multiple à la cellule en assurant le transport actif des composés amphiphiles hors de celle-ci, ce transport s’accompagnant d’une hydrolyse d’ATP [47]. Les composés amphiphiles ont la propriété de diffuser passivement à travers la membrane en fonction du gradient de concentration puis sont pris en charge par la P-gp, selon un processus actif, soit à partir du cytosol, soit après partition membranaire. La P-gp joue alors son rôle de pompe d’efflux en agissant contre le gradient de concentration et empêche l’accumulation de ces molécules dans la cellule [35].

Une des particularités de la P-gp est sa remarquable multi-spécificité de reconnaissance d’un grand nombre de molécules ne présentant entre elles aucune analogie structurale. Toutefois, les substrats de la P-gp ont comme propriétés communes d’être amphiphiles, neutres ou cationiques. Leur poids moléculaires peut varier de 250 à 1250 Daltons [119]. Parmi les substrats de la P-gp, on peut noter des poisons du fuseau mitotique (vinblastine, colchicine, taxol), des intercalants de l’ADN (doxorubicine, actinomycine D), des inhibiteurs de la topoisomérase II (étoposide), des inhibiteurs des canaux calciques (vérapamil) ou encore des immunosuppresseurs (ciclosporine A) [124]. Des exemples de substrats de la P-gp sont indiqués dans le tableau X.

La fonction principale de la P-gp semble donc être la protection de l’organisme entier contre certains xénobiotiques toxiques, et elle protège en particulier les organes sensibles, comme le cerveau, de l’exposition à des composés toxiques ayant pénétré dans le sang [118]. Cependant, un effet secondaire de ce rôle d’efflux est d’empêcher l’action cytotoxique des chimiothérapies anticancéreuses, rendant ainsi cette thérapie inefficace. En effet, par sa localisation, la P-gp située au niveau de la membrane plasmique :

- limite l’absorption intestinale des médicaments en favorisant leur passage dans la lumière intestinale,

- favorise leur élimination en les transportant dans la lumière des canaux biliaires, - s’oppose à leur pénétration dans le système nerveux central, diminuant leur distribution [130]

De plus, la P-gp intracytoplasmique présente un rôle fonctionnel dans le transport et la séquestration des médicaments. Cet ensemble représente un mécanisme complémentaire de protection des cellules tumorales vis-à-vis des agents cytotoxiques [3].

SUBSTRATS

Anthracènes Fluorophores Inhibiteurs de la dépolymérisation

Bisantrène Calcéine acétoxyméthyl (AM) de la tubuline

Mitoxantrone Fluo-3-AM Colchicine

Anthracyclines Fura-2-AM Paclitaxel

Daunorubicine Rhodamine 123 Docétaxel

Doxorubicine Hoechst 33342/33258 Vinca-alcaloïdes

Epirubicine Hormones Vinblastine

Antirétroviraux Déxaméthasone Vincristine

Ritonavir Estradiol Vinorelbine

Saquinavir Hydrocortisone Vindésine

Indinavir Immunosuppresseurs Autres

Dérivés de la camptothécine Ciclosporine A Actinomycine D

CPT-11 Tacrolimus Digitoxine

Topotécan Sirolimus Erythromycine

Epidophyllotoxines Inhibiteurs des canaux calciques Féxofénadine

Etoposide Diltiazem Quinidine

Téniposide Nicardipine Terfénadine

Vérapamil

INHIBITEURS

Anti-arythmiques Hormones Inhibiteurs des canaux calciques

Amiodarone Hydrocortisone Diltiazem Lidocaïne Progestérone Félodipine Quinidine Testostérone Nicardipine

Antibiotiques Immunosuppresseurs Nitrendipine

Clarithromycine Ciclosporine Nifédipine

Erythromycine Tacrolimus Vérapamil

Antifongiques Autres

Itraconazole Mifépristone

Kétoconazole Tamoxifène

Terfénadine

INDUCTEURS

3-méthylcholanthrène Doxorubicine Réserpine

Cycloheximide Efavirenz Rifampicine

Daunomycine Millepertuis Déxaméthasone Mitoxantrone

Tableau X : Exemples de substrats, inhibiteurs et inducteurs de la P-glycoprotéine (D’après Litman, 2001 [76] et Wacher, 1995 [131])

La P-gp transporte également des molécules amphiphiles non toxiques par elles- mêmes mais capables de modifier le niveau de résistance des cellules MDR en inhibant le transport des substances cytotoxiques par la P-gp. Ces molécules sont appelées des agents réversants ou chimio-sensibilisants [38]. Le plus connu de ces agents est le vérapamil. Celui- ci se lie spécifiquement à la P-gp et est transporté par celle-ci [141]. Il est ainsi considéré comme un substrat modèle de transport de la P-gp.

L’analyse des interactions mutuelles entre des couples de substrats de la P-gp, combinant des données enzymologiques et des approches de modélisation tridimensionnelle, a permis au laboratoire du CEA d’établir une représentation schématique des molécules liées

au niveau de deux sites spécifiques. La figure 16 fait apparaître l’organisation spatiale des groupements caractéristiques de chacun des sites et la zone de contact entre les deux pharmacophores [43]. Tentoxine Vinblastine Ciclosporine A Vérapamil Actinomycine D Bromocriptine Pristinamycine IA Figure 16 : Modèle pharmacophorique de reconnaissance multispécifique de la P-gp

(D’après Garrigues, 2002 [43])

1.3.4.2. Fonction d’hydrolyse d’ATP

La seconde caractéristique fonctionnelle de la P-gp est d’être une ATPase, capable de fixer et d’hydrolyser l’ATP [18].

Une des particularités de la P-gp est sa capacité à hydrolyser l’ATP en l’absence de tout substrat identifié. Cette activité ATPasique de la P-gp, mesurée en absence de toute molécule ajoutée, est définie comme l’activité ATPasique « basale » de l’enzyme. Cette activité basale semble être étroitement dépendante de la présence de cholestérol dans la membrane, et la P-gp pourrait ainsi participer activement à la translocation du cholestérol dans la membrane, du feuillet cytosolique vers le feuillet exoplasmique (Figure 17). Le cholestérol serait donc un substrat physiologique endogène de la P-gp [42].

ADP ATP

Figure 17 : Translocation active du cholestérol par la P-gp à partir du feuillet cytosolique vers le feuillet exoplasmique - Représentation d’une vésicule inside-out (D’après Dr Stéphane Orlowski – CEA Saclay)

Des études réalisées sur des vésicules membranaires natives issues de cellules MDR hautement résistantes [27, 57] ou sur des protéoliposomes reconstitués avec la protéine purifiée [125] montrent que l’hydrolyse d’ATP est indispensable au transport des molécules hors de la cellule, la simple fixation d’ATP n’étant pas suffisante. L’hydrolyse d’ATP fournit l’énergie nécessaire à l’expulsion hors de la cellule résistante des substrats de la P-gp. De plus, l’activité ATPasique de la P-gp est augmentée dans les cellules MDR lorsqu’elles sont en présence de substrats de transport de la P-gp [28].