Pharmacologie de la protéine CFTR

La mutation du gène CFTR induit un défaut de la sécrétion chlorure à la membrane apicale des cellules épithéliales. Afin de corriger ces altérations de transport ionique, l’une des approches consiste à développer des composés pharmacologiques agissant sur la protéine CFTR.

4.1 Activateurs et potentiateur du CFTR

Il est possible de moduler le CFTR : soit en agissant sur son système de régulation, soit en agissant directement sur le canal.

a. Les activateurs et potentiateurs indirects du CFTR

Le CFTR peut être activé par des agents qui augmentent le taux d’AMPc, tel que les activateurs de l’adenylate cyclase. Par exemple, la forskoline est un activateur connu du CFTR, issue de l'extrait d’une plante : Coleus forskohlii. Elle est très utilisée comme outil pharmacologique en Recherche.

Le taux d’AMPc dans une cellule peut également être augmenté par des inhibiteurs de phosphodiesterases, qui inhibent sa dégradation. Le rôle des phosphodiesterases dans l’activation du CFTR a été démontré grâce à l’utilisation d’inhibiteurs spécifiques des phosphodiesterases tel que le rolipram (inhibiteur de la phosphodiesterase de type IV), la milrinone et l’amrinone (inhibiteurs de la phosphodiesterase de type III). Les études réalisées sur ces molécules sont contradictoires. En effet, des travaux ont mis en évidence l’activation du CFTR sauvage et muté par la milrinone et l’amrinone sur des cellules CF issues de l’épithélium respiratoire murin et humain (Al Nakkash & Hwang, 1999; Kelley et al., 1996; Kelley et al., 1997). Cependant, il a également été rapporté l’absence d’effet in vivo de la milrinone sur les voies aériennes CF murines et humaines (Smith et al., 1999). L’ensemble de ces résultats suggèrent un faible potentiel des inhibiteurs de phosphodiesterases de type III et IV en tant que modulateurs du CFTR.

Dans le même temps, une deuxième alternative pour activer le CFTR a été identifiée. En 1991, John W.Hanrahan et collaborateurs ont mis en évidence le contrôle du CFTR par des phosphates membranaires (Tabcharani et al., 1991). Plusieurs molécules commerciales ont alors été testées pour leurs capacités à activer le CFTR par l’intermédiaire de l’inhibition des phosphatases. Par exemple, le levamisole et le bromotetramisole ont été identifiés comme des activateurs du CFTR sauvage grâce à l’inhibition de phosphatases membranaire (Becq et al., 1993; Becq et al., 1994; Becq et al., 1996). Ces molécules sont surtout utilisées comme outils pharmacologiques.

b. Les activateurs et potentiateurs directs du CFTR

Le premier activateur direct de CFTR a été décrit en 1994 par Gribkoff et collaborateurs, il s’agit d’un composé benzimidazolone : le NS004 (Gribkoff et al., 1994). Le NS004 n’a pas d’effet sur le taux d’AMPc, ni sur les phosphodiesterases ou les phosphates. Il a été rapporté que le NS004 stimule l’activité du CFTR sauvage dans des cellules épithéliales (Devor et al., 1996) et des cellules recombinantes (Derand et al., 2003), avec une plus forte affinité pour le CFTR phosphorylé.

Une étude structure-activité a permis de mettre en évidence des dérivés benzimidazolones capables de stimuler la sécrétion chlorure en chambre de Ussing via l’activation de canaux potassique h1K1 et du CFTR : 1-EBIO (1-ethyl-2-benzimidazolinone), DCEBIO (5, 6- dichloro-1-ethyl-1, 3-dihydro-2H-benzimidazol-2-one) et UCCF-853 (1-(3-chlorophenyl)-5- trifluorométhyl-3-hydrobenzimidazol-2-one). Ces dérivés benzimidazolones représentent des outils intéressants pour la pharmacologie du CFTR.

Depuis 1994, de nombreux activateurs et potentiateurs de CFTR ont été décrits dans la littérature, certains ont été mis en évidence par des approches conventionnelles mais la plupart d’entre eux ont été découverts grâce au criblage à haut débit de banques de molécules chimiques ou naturelles, le mécanisme d’action de ces molécules n’est pas toujours élucidé (Tableau 3).

Tableau 3 : Tableau non-exhaustif des potentiateurs et activateurs de CFTR.

4.2 Inhibiteurs du CFTR

Il existe deux types d’inhibiteurs agissant par liaison directe sur le CFTR : des inhibiteurs allostériques qui vont entrainer la fermeture du canal et des inhibiteurs qui vont pénétrer dans le canal CFTR lorsque celui-ci est en position ouverte et empêcher le passage des ions chlorure, ils sont appelées « open-channel blocker ». Pour certaines molécules

Familles Molécules Mécanisme d’action Références

Xanthines IBMX, théophiline, aminophylline, DPMX, pentoxifylline, X-33, CPX et DAX Inhibition des phosphodiesterases et action directe sur le domaine NBD1

du CFTR

(Becq et al., 1994; Drumm et al., 1991)

Benzimidazolones _{DCEBIO et UCCF-853} NS004, 1-EBIO, potassiques et mécanisme Activation des canaux

direct sur CFTR inconnu (Gribkoff et al., 1994)

Flavonoïdes

Genistéine, phytoflavones, et

benzoflavones

Action directe sur les sites

G551 et G1349 du CFTR (Illek et al., 1995)

Benzoquinolizinium MPB Action direct sur G622 (Billet et al., 2010)

Phloxine B Phloxine B

Inhibition des canaux potassique et mécanisme direct sur le CFTR sur les

sites G551 et G1349 (Cuthbert et al., 2003) Phénanthroline et benzoquinoline 1, 10 phénantroline, 5, 6 benzoquinoline Inhibition des phosphodiesterases et mécanisme direct sur le

CFTR inconnu

(Cuthbert et al., 2003; Duszyk et al., 2001; Szkotak et al., 2004)

Anesthésiques

généraux Octanol Inconnu (Marcet et al., 2004)

Dihydropyridine

Nifédipine,nicardipine, nimodipine, isradine, nitrendipine, félodipine

et niguldipine

Activation des canaux calciques voltage-dépendant

et mécanisme direct sur le CFTR inconnu

(Pedemonte et al., 2005a)

Dérivés NPPB NPPB-AM Inconnu (Wang et al., 2005)

Isoxazolones et isoxazolines

3-(2-benzyloxyphenyl) isoxazoles, et

isoxazolines

Tableau 4 : Tableau récapitulatif des inhibiteurs de CFTR.

Parmi ces molécules, le Gly-H101, le GPinh-5a et le CFTRinh-172 sont les composés

les plus sélectifs du CFTR.

Molécules Mécanisme d’action Références

ADP, AMP et ions

pyrophosphates (Anderson & Welsh, 1992)

Flavonoïdes (Melin et al., 2004)

Toxine peptidique

Inhibiteurs allostériques

(Fuller et al., 2007)

DPC (Cunningham et al., 1992)

Glibenclamide et tolbutamide (Sheppard & Welsh, 1992) DIDS, DNDS et MOPS (Schultz et al., 1999)

Phloxine B (Cuthbert, 2003)

GlyH-101 (Muanprasat et al., 2004)

NPPB (Wang et al., 2005)

Acide niflumique et flufénamique

Bloqueur du canal ouvert

(Verkman & Galietta, 2009) Ibuprofène (Devor & Schultz, 1998)

Fluoxétine (Maertens et al., 1999)

Furosémide, bumétanide (Reddy & Quinton, 1999)

Suramine (Bachmann et al., 1999)

DIAO (Ito et al., 2001)

CFTRinh-172 (Ma et al., 2002)

INH1 et INH2 (Muanprasat et al., 2007)

GPinh-5a (Routaboul et al., 2007)

Stéviol (Pariwat et al., 2008)

PPQ-102

Inconnu

Pour exemple, en 2002, le criblage de 50000 molécules chimiques réalisé par l’équipe du Pr Verkman a permis l’identification d’une nouvelle famille d’inhibiteurs de CFTR : les composés 2-thioxo-4-thiazolidinone. Le composé le plus efficace, le CFTRinh-172 présente un

IC50 de 300 nM (Ma et al., 2002).

Figure 12 : Structure chimique du CFTRinh-172.

Cette molécule est un inhibiteur très éfficace sélectif du CFTR (Ma et al., 2002). Cependant le CFTRinh-172 n’est pas soluble de l’eau et sa dissolution dans le DMSO (diméthylsulfoxyde)

induit des problèmes de toxicité à fortes concentrations.

En conclusion, la pharmacologie des modulateurs du CFTR est très riche et comporte de nombreuses familles de molécules différentes. Cette diversité reflète la complexité de la protéine CFTR et de ses différentes voies d’activations.