CHAPITRE III : LA MELATONINE ET SES RECEPTEURS
7) La pharmacologie des récepteurs MT1 et MT2
7.1)
La signalisation des récepteurs MT1 et MT2
L’activation des récepteurs de la mélatonine génèrent une cascade de signalisation qui passe par l’activation de la protéine G hétérotrimèrique et par la dissociation de cette dernière en sous-unités Gα et Gβγ qui activent des effecteurs variés.
MT1 et MT2 inhibent l’AC (Adénylate Cyclase) par les isoformes Gαi2, Gαi3 et Gαi1 6 de manière dépendante de la toxine pertussique (la toxine inhibe les protéines Gi et Go par leur ADP- ribosylation) (Brydon et al ; 1999) (Lai et al ; 2002). L’inhibition de l’AC entraine alors la diminution des taux d’AMPc, l’inhibition de la protéine kinase PKA et la baisse de phosphorylation du facteur de transcription CREB (cAMP Responsive Element Binding Protein) (Witt-Enderby et al ; 1998). Le récepteur, MT1 régule également les canaux potassiques rectifiant entrants (Kir3) via l’activation de la protéine G (Nelson et al ; 1996). Aussi, dans certains types cellulaires MT1 peut augmenter l’activité des phospholipases PLCβ et PLCε par la voie Gq ou suite à la libération des Gβγ. La PLC convertit le phosphatidylinositol PIP2 en DAG (diacylglycérol) et en inositol 1,4,5-triphosphatase IP3, s’ensuit
79 l’activation de la protéine kinase PKC et de la calmoduline kinase (CaMK) qui active la signalisation calcique intracellulaire et la voie MAPK notamment avec l’activation de ERK, JNK et p38. Cette voie est notamment décrite dans les cellules humaines du cancer du sein MCF-7 qui expriment MT1 de manière endogène (Chan et al ; 2002). La cascade de signalisation classique de JNK peut engendrer la modulation de l’activité de plusieurs facteurs de transcription incluant c-Jun, ATF-2 et Elk-1, ce qui promeut l’activité transcriptionnelle d’AP-1 (Activating Protein-1) et induit la transcription c-fos (Karin et al ; 1997). Ainsi, par l’activation de CREB, AP-1, c-fos et c-Jun, la mélatonine peut réguler la transcription génétique, les processus de prolifération et de survie cellulaire ainsi que l’apoptose (Figure 18).
7.2)
Les ligands mélatonérgiques:
La spécificité d’un ligand à un récepteur se traduit par une affinité et/ou efficacité supérieure d’au moins 100 fois par rapport à celle pour un autre récepteur. Ces ligands sont des outils indispensables à la caractérisation des récepteurs d’intérêt in vivo et in vitro et ce, d’un point de vue de profil d’expression des récepteurs, de régulation et de signalisation.
L’étude des profils d’expression tissulaires des récepteurs mélatoninergiques a été notamment résolue par l’utilisation d’agonistes radioactifs : la [3H]-mélatonine, et le N-Bromoacetyl-2-iodo-5- methoxytryptamine (125-I-BIM), rapidement remplacés par la 2-[125-I]-iodomelatonine pour laquelle les MTR affichent une affinité de l’ordre du picomolaire (MT1, kd = 20 pM ; MT2, Kd =160 pM). Cependant ces ligands ne discriminent pas entre les deux sous-types de récepteurs, d’où la nécessité de développer des ligands radioactifs sélectifs (Legros et al ; 2013 a & b). En terme de ligands non radioactif et non sélectif, il existe la iodo-mélatonine qui semble être plus stable que la mélatonine et particulièrement intéressante pour les études in vitro (MT1, Ki = 0.068 nM; MT2, Ki = 0.22 nM), l’antagoniste Luzindole (MT2, Ki = 44.7 nM ; MT1, Ki = 603 nM) et aussi quelques agonistes commercialisés : Ramelteon/Rozerem® qui est utilisé pour le traitement de l’insomnie et l’Agomélatine/Valdoxan® qui est également un antagoniste pour les récepteurs 5-HT2C , prescrite pour le traitement de la dépression. Ces ligands commercialisés affichent un temps de demi-vie 3 à 4 fois supérieur à celui de la mélatonine. Aussi, le développement d’analogues mélatoninergiques avec des temps de demi-vie encore plus longs, ou qui sont combinés à des formes de libération prolongées du principe actif, constitue un challenge pharmaceutique pour le traitement de divers troubles pour lesquels la mélatonine a des effets.
80 Figure 18 : Les voies de signalisation des récepteurs A) MT1 et B) MT2.
81 En ce qui concerne les ligands sélectifs pour MT1 ou pour MT2, les ligands de MT1 sont de loin les plus rares et sont au mieux 100 fois plus affins pour MT1 que pour MT2. La plupart de ces ligands sont bivalents et sont composés de deux analogues de la mélatonine reliés par un linker chimique. Les plus discriminatoires sont l’agoniste partiel 58b (MT1, Ki = 0.55 nM; MT2, Ki = 51.3 nM), l’agoniste plein 59 (MT1, Ki = 0.37 nM; MT2, Ki = 4.22 nM) et l’antagoniste 57a (MT1, Ki = 0.5 nM ; MT2, Ki = 112 nM ).
Les ligands sélectifs pour MT2 sont plus nombreux mais largement représentés par des antagonistes ou par des agonistes inverses. En effet, MT2 présente une poche de liaison hydrophobe qui n’est pas impliquée dans la liaison de la mélatonine et qui n’est pas retrouvée chez MT1. Il a été montré que l’interaction de ligands avec cette poche résulte en l’inactivation de MT2. Les ligands les plus utilisés sont l’antagoniste 4-P-PDOT (4-phenyl-2-propionamidotetralin) (MT2, Ki = 1.5 nM ; MT1, Ki = 501 nM), l’agoniste partiel 46a (MT2, Ki = 0.01 nM ; MT1, Ki = 72 nM), l’agoniste IIK7 (MT2, Ki = 0.05 nM ; MT1, Ki = 4.47 nM) et l’agoniste plein 50a (MT2, Ki = 0.012 nM ; MT1, Ki = 9.2 nM).
Tous les ligands sus- cités ont été caractérisés dans différents types cellulaires pour les récepteurs humains: NIH-3T3, CHO, Cos-7, et HEK293 ; et ont été décrits dans les publications suivantes: (Zlotos et al ; 2013), (Dubocovich ; 2007), (Dubocovich et al ; 2010) et (Faust et al ; 2000).
7.3)
La dimèrisation des récepteurs de la mélatonine
Les trois récepteurs MT1, MT2 et GPR50 sont capables de former des complexes. En utilisant notamment les techniques de co-immunoprecipitation et de BRET, on a pu montrer que les récepteurs MT1 et MT2 forment des homomères et des hétérodimères dans les cellules HEK293; et que MT2 montre une préférence pour la formation d’hétérodimères avec MT1 qui est 3 à 4 fois supérieure que celle de la formation d’homodimères MT2/MT2. Au sein du dimère MT1/MT2, le profil pharmacologique de MT2 subit des changements. En effet, MT1 ne lie pas les antagonistes de MT2 4P- PDOT et Luzindole mais MT2 en complexe avec MT1 affiche une affinité augmentée pour ces deux ligands par rapport à l’homodimère MT2/MT2 (Ayoub et al ; 2002) (Ayoub et al; 2004).
De son côté, GPR50 dimèrise avec les deux récepteurs de la mélatonine et n’influence pas la signalisation de MT2 au sein du complexe GPR50/MT2 contrairement à GPR50/MT1.
GPR50 altère les sites de liaison de haute affinité à la mélatonine pour le récepteur MT1 et inhibe le couplage à la protéine G ainsi que le recrutement des β-arrestines ; le tout de manière dépendante de la présence de son long domaine Cter (Levoye et al ; 2006).
82
Les fonctions physiologiques de la mélatonine et de ses
récepteurs
La mélatonine est une hormone responsable de multiples effets à l’image de la diversité de ses sites de synthèses, de ses tissus cibles, de la distribution de ses récepteurs et de ses voies de signalisations variées.
Les principaux effets de la mélatonine sont régulés par les facteurs environnementaux et passent par l’activation de ses récepteurs MT1 et MT2. Cependant, d’autres effets qui dépendent des propriétés physico-chimiques de la mélatonine sont également relatés, ils concernent notamment des effets antioxydants responsables des phénomènes de protection cellulaire en conditions de stress oxydant et d’inflammation par exemple.