Protéines de signalisation, seconds messagers et effecteurs

Les RO appartiennent à la superfamille des GPCR à 7 domaines transmembranaires (DTM) : 7 hélices hydrophobes connectées par trois boucles extracellulaires et trois boucles intracellulaires. Le domaine N-terminal orienté du côté extracellulaire est opposé au domaine C-terminal intra cytoplasmique (25). Comme tous les GPCR, les récepteurs opioïdes transmettent des signaux extracellulaires au sein de la cellule en activant les protéines G hétérotrimériques, chacune composée de trois sous-unités, soit un des 23 isomères de la sous-unité α, un des 7 isomères de la sous-unité β et un des 12 isomères de la sous-unité γ (207). Les sous-unités β et γ forment un dimère qui ne se dissocie pas dans les conditions physiologiques, mais il demeure controversé si l’activation de la sous-unité α

crée ou non une dissociation avec le dimère βγ (207). La sous-unité α est composée d’une hydrolase guanosine triphosphate (GTPase) qui convertit la guanosine triphosphate (GTP) en guanosine diphosphate (GDP) par hydrolyse, déclenchant son activation et le contrôle de la durée du signal en aval. C’est l’étape de la dissociation du GDP, permettant la liaison d’un nouveau GTP non-hydrolysé, qui constitue l’étape limitant de ce système de signalisation. La liaison de l’agoniste modifie la structure hélicoïdale du récepteur, et un réarrangement dans les DTM 3, 6 et 7 a été proposé pour induire la transition entre les conformations inactives et actives du récepteur. Ce mouvement hélicoïdal modifie la structure intracellulaire du récepteur, d'où l'interaction récepteur-protéines G. Les boucles intracellulaires constituent une grande partie de l'interface récepteur-protéines G. Une pléthore d'études sur les GPCR à 7 DTM ont établi le rôle essentiel de la deuxième et troisième boucles intracellulaires plus, au moins dans certains récepteurs, la portion proximale de la partie C-terminale dans le couplage à la protéine G (95). Pour le DOR, une étude de mutagenèse incluant 30 mutations a proposé une activation du récepteur par le ligand comme suit : l’agoniste opioïde se lie à la partie hydrophobe de la boucle extracellulaire 3 et éventuellement dans la région N-terminale, déstabilisant ainsi les interactions de DTM6 et DTM7 près du côté extracellulaire du récepteur. Le ligand pénètre ensuite dans la poche de liaison et perturbe les interactions hydrophobes et hydrophiles au sein des hélices 3, 6 et 7. Il en résulte des mouvements de ces hélices et la propagation ultérieure de ces mouvements dans le récepteur. Ce mouvement aboutit finalement à une rupture des liaisons cytoplasmique ioniques et éventuellement l'exposition des domaines intracellulaires des récepteurs aux protéines G et d'autres protéines effectrices (70). Ces domaines intracellulaires sont presque identiques pour les récepteurs µ, δ et κ, confirmant le fait que les trois récepteurs interagissent majoritairement avec les protéines G inhibitrices de type Go/Gi : Gi1, Gi2, Gi3, Go1, Go2, sensibles à la toxine pertussique, bien que le couplage aux protéines Gs ou Gz, insensibles à la toxine pertussique, a également été rapporté (60, 90, 119). Les MOR n'activent pas Gq, G11, G12, G13 et G14 et il existe un couplage différentiel des différents RO pour la plupart des protéines G. Les MOR, DOR et KOR semblent préférentiellement activer Go et Gi2 bien qu'il y ait des preuves que les MOR montrent une préférence pour Gi3 (90). Les DOR couplent à G16 plus efficacement que le font les MOR et les KOR. Il existe certaines preuves que les RO, en particulier les MOR et ORL1, peuvent aussi coupler à des effecteurs cellulaires de manière indépendante de la protéine G (58). En effet, il a été démontré que dans des cultures de

cellules chromaffines de la médullosurrénale bovine, la modulation de l’activité du canal potassique par le MOR n’a pas été bloquée par un traitement à la PTX (toxine pertussique qui inhibe la protéine Gαi), ni par l'inclusion de nucléotides inhibiteurs ou activateurs des protéines G hétérotrimériques dans l'électrode d'enregistrement. La même observation a été émise quant au récepteur ORL1 (58).

Dans certains neurones, les MOR s’associent au Gs, un stimulant de l’adénylate cyclase et de l’AMPc et un sous-type de protéine G qui est particulièrement intéressant, étant donné que son activation est associée à une analgésie inexistante ou même à la douleur (97). Les sous-unités α et βγ de la protéine G modulent l’activité des effecteurs intracellulaires. Plusieurs événements de signalisation ont été identifiés dans des cellules transfectées et les tissus natifs. En effet, les opioïdes inhibent l’adénylate cyclase via la sous-unité α de la protéine G diminuant la production de l’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) affectant à la fois les événements cytoplasmiques et l'activité transcriptionnelle de la cellule (187, 322). Aussi, les opioïdes inhibent les canaux Ca2+ _{voltage-dépendants ou activent les} canaux potassiques à rectification entrante (301), par l’intermédiaire des sous unités βγ, ce qui diminue la libération des neurotransmetteurs et l'excitabilité neuronale (322) (figure 5). De plus, l’interaction de la sous-unité βγ avec la phospholipase C et A2induit la production ultérieure de phosphatidyl inositol 3 (IP3) et diacylglycérol (DAG), qui stimulent la libération du calcium intracellulaire et activent la PKC. Cette action des opioïdes est soit significativement améliorée ou complètement dépendante de la co-activation des récepteurs qui sont directement couplés à la phospholipase (322). Globalement, les opioïdes inhibent les neurones en diminuant soit les décharges neuronales ou la libération des neurotransmetteurs, en fonction de la localisation des récepteurs post ou pré-synaptique. Les récepteurs opioïdes sont exprimés sur les neurones excitateurs et inhibiteurs, et peuvent donc exercer une inhibition ou désinhibition dans les circuits neuronaux, lesquelles se manifestent par l’analgésie.    

Figure 5. Actions des récepteurs opioïdes sur les canaux calciques et potassiques.

L’activation des récepteurs opiacés entraine la fermeture des canaux calciques réduisant la libération de neurotransmetteurs par les nocicepteurs et active les canaux potassiques causant une réduction de l’excitabilité des neurones post-synaptiques (adapté de Audet et al , 2010) (10).