Les récepteurs aux opioïdes

Les opioïdes produisent leur effet analgésique suite à l’activation des récepteurs aux opioïdes. Ces derniers appartiennent à la famille des récepteurs couplés aux protéines G

(Sebag et Pantel, 2012), les RCPG représentent environ 5 % du génome humain (Bockaert et Pin, 1999). Ils possèdent sept hélices alpha transmembranaires (TM) organisés dans la membrane plasmique. Tandis que l’extrémité N-terminal est située à l’extérieur de la cellule, la partie C-terminale du récepteur se retrouve dans la cellule. De plus, des sites de glycosylation se situent sur les parties extracellulaires, parties ou l’on retrouve au moins un pont disulfure. Les RCPG ont trois boucles extracellulaires (ECL1, ECL2 et ECL3) et intracellulaires (ICL1, ICL2 et ICL3) en plus de domaines transmembranaires intracellulaires (TM-IC) et extracellulaires (TM-EC) constituant les hélices (figure 13). Un agoniste va généralement lier les récepteurs aux opioïdes dans le domaine transmembranaire et/ou dans le domaine extracellulaire selon le type d’agoniste. La liaison avec les RCPG se fait principalement au niveau des domaines transmembranaires, mais aussi au niveau des boucles extracellulaires (Summers, 2012) etandis que les domaines intracellulaires sont responsables de la transmission du signal (Hollmann et al., 2005).

Figure 13. Représentation schématique de la structure des récepteurs couplés aux protéines G (Katritch et al. 2012).

Les protéines G sont des protéines hétérotrimériques composées de trois sous-unités différentes: α, β et γ. Elles ont été découvertes par Alfred G. Gilman et Martin Rodbell vers la fin des années 70, ce qui leur a valu le prix Nobel de physiologie et médecine en 1994 (Milligan et Kostenis, 2009). Ils ont identifié la protéine Gs (s pour stimulatrice), protéine responsable de la stimulation de l’adénylyl cyclase, enzyme membranaire catalysant la formation de l’AMPc. Une seconde protéine G a été découverte encore une fois par Gilman et ses collègues suite à la purification d'un cerveau bovin, soit la protéine inhibitrice Gi (Bokoch et al., 1985). Cette protéine, comme la protéine Gs, agit sur la population de l'AMPc. Son recrutement a pour effet d'inhiber la formation d'AMPc en inhibant l'adénylyl cyclase. Lors de la purification de la protéine Gi u cerveau bovin, une autre protéine Gα de nature inconnue a été découverte par hasard. Elle a été identifiée comme étant la protéine Go (o pour other, son rôle n’était pas défini à l'épôque) avec une masse approximative de 39 kDa (Pines et al., 1985). La protéine Go régule plusieurs effecteurs cellulaires, y compris les canaux ioniques, les enzymes et même les petites GTPases pour moduler la fonction cellulaire. Comme la protéine Gi, la protéine Go peut inhiber l'activité de l'adénylyl cyclase en plus d'inhibier certains canaux ioniques de type calcium (Ca2+_{) et} potassium (K+_{)(Jiang et Bajpayee, 2009).}

Pour en revenir aux récepteurs aux opioïdes, il en existe trois types: le récepteur mu (MOP), le kappa (KOP) et le delta (DOP). Un quatrième récepteur a été découvert en 1994, soit le récepteur de la nociceptine (NOP), les trois premiers ayant été décrits en 1973 (Pathan et Williams., 2012). Ces récepteurs sont largement distribués dans le système nerveux central. On retrouve notamment le récepteur mu dans le thalamus, le striatum, le locus cœruleus et dans le noyau du tractus solitaire. Le récepteur delta se retrouve dans le cortex, le striatum et dans le noyau réticulaire latéral. Le récepteur kappa est pour sa part retrouvé dans l’hypothalamus, le noyau accumbens, l’aire ventro tegmentale, le noyau du tractus solitaire et dans la substance noire.

Ces récepteurs jouent un rôle important dans le SNC quant à la régulation et la perception de la douleur. Ils ont aussi pour rôle de moduler les émotions et le contrôle du stress. D'un point de vue structurel, les récepteurs aux opioïdes présentent une forte

homologie tridimensionnelle au niveau des domaines transmembranaires (figure 14: Granier et al., 2012). Cette homologie est beaucoup moins prononcée sur les boucles extracellulaires 2 (ECL2) et 3 (ECL3). L'alignement de leurs séquences montre aussi une conservation des résidus dans les domaines transmembranaires des trois différents récepteurs (figure 15).

Figure 15. Alignement de séquence des récepteurs delta (P41143), mu (P35372) et kappa (P41145) effectué dans Clustal Omega et analysé avec Jalview.

Au vu d'une telle homologie entre les récepteurs opioïdergiques, la synthèse et conceptions de composés sélectifs est un défi de taille. Cela nous amène au concept «message-adresse», l'un des principal outil utilisé dans le laboratoire du professeur Yves Dory. Ce principe a été introduit pour la première fois en 1977 par Robert Schwyzer (Schwyzer., 1977) dans le but d'analyser et de comprendre la relation structure activité entre un ligand et son récepteur cible. La structure de la plupart des peptides opioïdergiques est composée de deux parties: le message et l’adresse (figure 24) (Janecka et al., 2004).

Figure 16 . Séquences message et adresse de la leu-enképhaline.

La séquence du message joue un rôle dans l’activité pharmacologique du peptide tandis que l’adresse est responsable de la sélectivité du peptide pour un récepteur (figure 16). Dans le cas de la leu-enképhaline par exemple, la séquence message est Tyr-Gly-Gly- Phe, les deux glycines jouant un rôle d’espaceur. Le résidu leucine, soit l'adresse, est responsable de l’adresse du pentapeptide. D'un point de vu tridimensionnelle, la pochette de liaison des récepteurs opioïdergiques forme une coupe dans laquelle nous avons deux parties (figure 17); une région inférieure au niveau intracellulaire hautement conservée (message) et une région extracellulaire moins bien conservée (adresse) (Fukuda et al., 1995).

Figure 17. Comparaison du concept message-adresse pour le récepteurs δ et μ (Granier et al., 2012)

De plus, nous retrouvons chez la plupart des ligands peptidiques un groupement tyrosine en N-terminal similaire au noyau tyramine et interagissant de la même façon dans la région message de la pochette de liaison (figue 18). La sélectivité pour les différents récepteurs est surtout définie par la partie C-terminale.

Figure 18. Noyau tyramine (en rouge) nécessaire a l'activité (message) des différent composés illustrés et partie responsable de la sélectivité (adresse) encerclée.