Mastère en Drug Design, Lille, le 4 mars 2011
Anti-thrombotiques Anti-hémorragiques
Professeur Bernard Masereel
Drug Design & Discovery Center
Principales causes de mortalité à travers le monde en 2004 révisées en octobre 2008
Maladies au niveau - vasculaire
- cardiaque Problème de santé publique mondiale
Déséquilibre de la balance hémostatique
Hypercoagulabilité
Thrombose Infarctus
AVC
Hypocoagulabilité
Hémorragie Hémophilie
…
Lésion de l'endothélium vasculaire
Développement de lésions athéromateuses et recrutement des plaquettes
Cause principale : formation d’un thrombus
Cause principale : formation d’un thrombus
ø 11 µm ø 7 µm
150.000 - 400.000/µL 5.000.000/µL
Déséquilibre de la balance hémostatique
Hypercoagulabilité
Thrombose Infractus
AVC
…
Hypocoagulabilité
Hémorragie Hémophilie
…
Anti-thrombotiques Anti-hémorragiques
Médicaments anti-thrombotiques
Anti-thrombotiques :
Anticoagulants
→ action répressive sur la cascade de la coagulation.
Antiagrégants
→ action sur les plaquettes sanguines.
Thrombolytiques
→ dissolution des thrombi.
Anti-thrombotiques
Bloquent la cascade de la coagulation
Dissolution du thrombus
Anticoagulants
Thrombolytiques
- héparine - LMWH
- inhibiteurs de thrombine - inhibiteurs du facteur Xa - protéine C
- antagonistes de la vitamine K
Agissent sur les plaquettes
Antiagrégants
- aspirine
- thiénopyridines - dipyridamole
- antagonistes GIIb/IIIa
Les anticoagulants et la cascade
de la coagulation
Modèle classique de la cascade de la coagulation
Initiation
Cellule portant le facteur tissulaire
TF FVIIa TF
FVII FVII
TFFVIIa
TFFVIIa
FX
FXa
FIX FIXa
FVa
ProTHR
THR
Modèle cellulaire de la cascade de la coagulation
Amplification
Plaquette
FVa FV
FVIII
FVIIIa vWF
vWF
Initiation
Cellule portant le facteur tissulaire
TF FVIIa TF
FVII FVII
TFFVIIa
TFFVIIa
FX
FXa
FIX FIXa
FVa
ProTHR
THR
Modèle cellulaire de la cascade de la coagulation
Amplification
Plaquette
FVa FV
FVIII
FVIIIa vWF
vWF
Initiation
Cellule portant le facteur tissulaire
TF FVIIa TF
FVII FVII
TFFVIIa
TFFVIIa
FX
FXa
FIX FIXa
FVa
ProTHR
THR
Modèle cellulaire de la cascade de la coagulation
FIXa
Propagation
THR
Plaquette activée
FVIIIa FXIa
THR
ProTHR FXa
FX FVa
FXa
FIX
Régulation de la cascade de la coagulation
Héparine
Héparines de faible poids moléculaire Inhibiteurs de thrombine
Anti-FXa Anti-FVIIa
Anticoagulants
Découverte de l’héparine
1916 : - McLean observe l’effet anticoagulant d’extraits de foie de chien.
- Le sang de chat ne coagule pas avec la préparation.
1 UI = quantité minimale pour maintenir fluide, pendant 24 h à 0°C, 1 mL de sang de chat, soit environ 2 µg d’héparine pure
Essais cliniques : fièvres, hémorragies, thrombopénies,…
1935 : Jorpes (Stockholm) purifie l’héparine
W.H. Howell
Héparine
Structure :
glycosaminoglycan 750-1000 kDa structure protéiqueassociée à des poly-aminosaccharides sulfatés (10-15 x 200-300 aminosucres)
Localisation :
granules des mastocytes au niveau hépatique, pulmonaire et gastriquePréparation :
extraction à partir de la muqueuse intestinale deporc ou de poumons de bovidés ; hydrolyse enzymatique puis en milieu basique, MW ~ 15 kDa
O
NHCOCH3 OH
CH2OSO3-
O
O
O
OH OH
COO-
O
NHSO3- OSO3-
CH2OSO3-
O
O
OSO3- OH
COO- O
O
O
NHSO3- OH
CH2OSO3-
O
N-acetyl Glucuronic N-sulfated Iduronic N-sulfated
Héparine
FXa FIXa
FVIIa
AT-III AT-III
Héparine 1 : 1
O
NHCOCH3 OH
CH2OSO3-
O
O
O
OH OH
COO-
O
NHSO3- OSO3-
CH2OSO3-
O
O
OSO3- OH
COO- O
O
O
NHSO3- OH
CH2OSO3-
O
THR
AT-III / Héparine / thrombine
AT-III
Héparine
Héparine
Prothrombine Thrombine
FXIII FXIIIa Fibrinogène
Monomère de fibrine
FX FXa FX
FV FVa
FXII FXIIa
FXI FXIa
FIX FIXa
FVIIa/TF FVII
FVIIIa
PK HMWK
Ca2+
PL Ca2+
FVIII
PL Ca2+
TF
PL
Ca2+
AT-III
Héparine
1 : 1
Héparine non fractionnée (UFH)
- Fixation par un pentasaccharide. Dosage exprimé en UI.
- Injection sous-cutanée (sel calcique) ou intraveineuse (sel sodique).
U.H .
O
NHCOCH3 OH
CH2OSO3-
O
O
O
OH OH
COO-
O
NHSO3- OSO3-
CH2OSO3-
O
O
OSO3- OH
COO- O
O
O
NHSO3- OH
CH2OSO3-
O
N-acetyl glucosamine
6-O-sulfate
Glucuronic acid
N-sulfated glucosamine 3,6-O-sulfate
Iduronic acid 2-O-sulfate
N-sulfated glucosamine
6-O-sulfate
Héparine non fractionnée
Indications :
- traitement et prévention secondaire de l’embolie pulmonaire - traitement et prévention secondaire de la thrombose veineuse profonde (DVT)
- prévention de la thrombose veineuse profonde lors d’une
intervention chirurgicale à risque
Héparine
Effets indésirables :
-
hémorragies → anti-dote : protamine (10 mg/1000 UI) - HIT (1-5%) - modérée : < 100 - 150.106 PLT/mL- sévère : < 20.106 PLT/mL - hyperkaliémie
- hypersensibilité (réactions allergiques)
- ostéoporose en cas de traitement prolongé (> 3 mois)
Contre-indications :
- risque hémorragique
- antécédents de thrombopénie de type II (HIT)
Suivi du patient :
Suivi du PT (Prothrombin time)
Suivi de l’aPTT (activated Partial Thromboplastin Time) Suivi du taux de plaquettes
Suivi de la kaliémie (en cas d’insuffisance rénale)
PT & aPTT :
Inconvénients de l’héparine
N’agissent qu’en présence de AT-III Risque de HIT
Fixation aux protéines plasmatiques
→ nombreuses interactions pharmacocinétiques Faible sélectivité
Suivi des paramètres de coagulation
Héparines de faible poids moléculaire
(LMWH)
UFH LMWH
(15 kDa) (4,3 - 6,5 kDa)
Avantages des LMWH
Plus longue demi-vie Meilleure biodisponibilité
Administration s.c.
Spécificité FX
aaccrue
Moindre fixation aux protéines plasmatiques
Moins de HIT
Spécificité FXa des LMWH
Quelques LMWH…
DCI Trade name MW (kDa)
FXa/THR ratio
dalteparine Fragmin 6,0 2,8
enoxaparine Clexane 4,5 3,8
nadroparine Fraxiparine 4,3 4,3
tinzaparine Innohep 6,5 1,6
heparine 15 1,0
Les inhibiteurs
de thrombine
La thrombine
La thrombine …
… agit comme une protéase à sérine
→ activation du fibrinogène
…est un ligand des récepteur PAR
1-4→ proaggrégant plaquettaire
Modèle classique de la cascade de la coagulation
Mécanisme d’action de la thrombine
Action protéolytique :
→ Active la transformation du fibrinogène en fibrine Agoniste des récepteurs PAR :
→ Favorise l’adhésion plaquettaire à l’endothélium
→ Active les plaquettes
La thrombine
1 Arg
284 Thr 579
285
FXa
Prothrombine (FII)
Thrombine (FIIa)
Arg 320
Ile 321
285 320 321 579
Chaîne légère
Chaîne lourde FXa
36 AA 259 AA
Site actif
La thrombine : site actif
Domaine catalytique : Protéase à sérine : Ser195
Triade catalytique : Ser195 – His57 – Asp102 Spécificité trypsique : Asp189
NH
HN
NH
HN
NH O
O
O
O
O
P3
P2
P1
P'1
P'2
P'3
Liaison scissile
S'1
S'2
S'3
S1 S2
S3
N-terminal C-terminal
La thrombine : site actif
Domaine catalytique : Protéase à sérine : Ser195
Triade catalytique : Ser195 – His57 – Asp102 Spécificité trypsique : Asp189
N C 1 O R2 R
H H
2
2
N C
CH O
O
N
H C CH2
C N H O
H H N
Asp- 102
His-57 Ser-195
Gly- 193
O O
N N H2C
H
CH2 C N O
H H N C
O R1
Asp- C
His-57 Ser-195
Gly- 193
CH2 O
O
N N H2C
H
CH2 C N H O
H H N
C O
R1 R2 N
C H
Asp- 102
His-57 Ser-195
Gly- 193
O O
N N H2C
H
CH2 C N H O
H H N
C O R1 R2 N
Asp- C
His-57 Ser-195
Gly- + 193
Mécanisme des protéases à sérine : acylation
2 2
CH O
O
N N H C
H
CH C N H O
H H N
Asp- C
His-57 Ser-195
Gly- 193
CH2 O
O
N N H2C
H
CH2 C N O
H
N H C
O R1
Asp- C
102
His-57 Ser-195
Gly-
H 193
HO
CH2 O
O
N N H2C
H
CH2 C N H O
H H N
C O R1 C H
Asp- 102
His-57 Ser-195
Gly- + 193
O
Asp-
O O
N N H2C
H
CH2 C N H O
H H N
C O
R1
C H
His-57 Ser-195
Gly- 193
O
Mécanisme des protéases à sérine : acylation
Le site actif de la thrombine
Domaine de reconnaissance :
N H
O H O
H
NH
O O NH
O
NH N O
O
Tyr60A
Trp60D
Poche D (S3)
Poche P (S2)
Trp215
Gly219
Poche S (S1)
Asp189
Ser195 His57 Asp102
Mécanisme d’action de la thrombine
Action protéolytique :
→ Active la transformation du fibrinogène en fibrine Agoniste des récepteurs PAR :
→ Favorise l’adhésion plaquettaire à l’endothélium
→ Active les plaquettes
La thrombine
Plaquettes (PAR1, PAR4)
+
Agrégation plaquettaire Cellules endothéliales
(PAR1, PAR2, PAR4) +
Adhésion plaquettaire
La thrombine
Cellules endothéliales (PAR1, PAR2, PAR4)
+
Adhésion plaquettaire Libération IL-6, IL-8, PAF
Inhibiteurs de thrombine : Hirudine et dérivés
En 1884, Haycraft isole de la sangsue médicinale (Hirudo medicinalis), un ver annelidé, un polypeptide anticoagulant de 65 acides aminés : l’hirudine.
C’est un inhibiteur direct et spécifique de la thrombine (Ki = 10-12 M).
46-48
1 VVYTDCTESG QNLCLCEGSN VCGQGNKCIL GSDGEKNQCV TGEGTPKPQS HNDGDFEEIP EEYLQ
Asp-189
Bachmann, 1998 SO3H
Inhibition de la thrombine par l’hirudine
Asp-189
Bachmann, 1998
VVYTDCTESG QNLCLCEGSN VCGQGNKCIL GSDGEKNQCV TGEGTPKPQS HNDGDFEEIP EEYLQ
Désirudine (ou 63-désulfohirudine) (Revasc®)
LTYTDCTESG QNLCLCEGSN VCGQGNKCIL GSDGEKNQCV TGEGTPKPQS HNDGDFEEIP EEYLQ
Lépirudine (Refludan®)
NDGDFEEIP EEYL
Hirugen
avec SO3H sur Y11
Site de
spécificité primaire
Exosite de liaison anionique
Site de liaison apolaire
THROMBINE
63
Inhibiteurs de thrombine :
Hirudine et dérivés
Inhibiteurs de thrombine : Hirudine et dérivés
- Pas d’antidote disponible
- Anticoagulation en cas d’intervention coronaire percutanée.
- Anticoagulation en cas de thrombo-embolie et de thrombopénie induite par l'héparine
- Réservé à l’usage hospitalier
- Alternative à l’héparine en cas de HIT ou d’intolérance
U.H.
N O N
H2
O NH
O
Cl
NH
NH2+ N
H2 N
O N
H2
O NH
O
NH
NH2+ N
H2 H
PPACK D-Phe-Pro-Arg-H
Inhibiteurs covalents
peptidiques de la thrombine
HO-Ser195
His57 Trp215
S3 Trp60
S2
= FPR
Inhibiteurs covalents
peptidiques de la thrombine
N O N
H
O NH
O H
NH
NH2+ N
H2 CH3
N O NH3+
O NH
O
NH
NH2+ N
H2 H
efegatran D-Phe-Pro-Arg-H
HO-Ser195 Trp215
S3 Trp60
S2
N H N
H2 NH2+ B NH
OH OH
O N
N H
O
S-18326
Inhibiteurs covalents
peptidiques de la thrombine
N O N
H
O
NH B
NH
NH2+ N
H2 OH
C
H3 O
OH
Ac-Phe-Pro-Arg-B(OH)2
HO-Ser195
DuP 714 IC50 = 0.55 nM
IC50 = 0.50 nM FIIa/FI = 21.1 Trp215
S3 Trp60
S2
NH
N
N H N
H2 NH2+ NH
S O
O OH O
CH3 C
H3
O
argatroban
Inhibiteurs non-covalents de la thrombine
N O N
H2
O NH
O
NH
NH2+ N
H2 H
D-Phe-Pro-Arg-H
K = 38 nM Novastan®
Inhibiteurs non-covalents de la thrombine
N NH
O N
H
OH O
O
N
H2 NH2+
mélagatran
N NH
O N
H
O O
O
N H CH3
NH OH
ximélagatran
Exanta®
Trp215 S3
Trp60 S2
Asp189 S1 Pro-drogue orale
Retrait le 15 février 2006 : toxicité hépatique !
Ki = 2 nM
Inhibiteurs non-covalents de la thrombine
Trp215 S3
Trp60 S2
Asp189 S1
NH
NH NH2+ N
N N N
O
CH3 O
C2H5O
O O
CH3
NH
H2N NH2+ N
N N N
O
CH3 O
HO
dabigatran etexilate
Métabolisation plasmatique et hépatique
Ki = 4.5 nM
Les inhibiteurs
du facteur Xa
Les inhibiteurs du facteur Xa Heparin-like
&
synthétiques
Le facteur Xa
139 aa 254 aa
1 139 143194 195 448
132 302
Sites de clivage du FVIIa/TF
tripeptide et peptide d'activation excisés
1 139 195 448
132 302
Zymogène (FX)
Facteur Xa
Chaîne légère Chaîne lourde
Thrombine (FIIa)
285 579
293 439
320 321
Les inhibiteurs du facteur Xa
- Les inhibiteurs indirects :
- fondaparinux - idraparinux…
- Les inhibiteurs directs :
- rivaroxaban
- argatroban
Le fondaparinux (Arixtra ® ) : un anti-facteur Xa indirect
O
NHCOCH3 OH
CH2OSO3-
O
O
O
OH OH
COO-
O
NHSO3- OSO3-
CH2OSO3-
O
O
OSO3- OH
COO- O
O
O
NHSO3- OH
CH2OSO3-
O
O
OH
NHSO3- OH
CH2OSO3-
O
H N
OH OH
COO-
O
NHSO3- OSO3-
CH2OSO3-
O
O
OSO3- OH
COO- O
O
O
OCH3 NHSO3- OH
CH2OSO3-
FXa
AT-III AT-III
fondaparinux
X 300
U.H .
Le fondaparinux (Arixtra ® ) : un anti-facteur Xa
U.H .
- Indication : prévention des évènements thrombo- emboliques veineux en chirurgie orthopédique des membres inférieurs.
- Administration sous-cutanée
- Biodisponibilité s.c. : 100%. C
Max: après 2 heures - T
1/2= 17,2 h → administration o.d.
- Non métabolisé
- Ne se lie pas au F
IVplaquettaire → pas de HIT
Le facteur Xa : site actif
Domaine catalytique : Protéase à sérine : Ser195
Triade catalytique : Ser195 – His57 – Asp102 Spécificité trypsique : Asp189
NH
HN
NH
HN
NH O
O
O
O
O
P3
P2
P1
P'1
P'2
P'3
Liaison S'1
S'2
S'3
S1 S2
S3
Le facteur Xa
NH
Trp215
O O-
Anionic pocket
S1 Phe174
Hydrophobic pocket
Lys223
+H3N Lys225
NH3+
Arg222
HN HN
NH2+ Cationic
pocket S2
Tyr99
HO S3
S4
Domaine de reconnaissance
Inhibiteurs covalents de FXa
HN S O2
-O O N H
O H
N O
O
HN
H2N NH2+ N
CH3
H3C Cl
S4
His57
dEGRck
Dansyl-Glu-Gly-Arg chloromethyl ketone
S3
Inhibiteurs non-covalents de FXa
Asp189 S1 Arg -Lys
S4
Dx-9065a
S3
H2N NH2+ -O O
N O H3C
NH
FXa : Ki = 41 nM THR : Ki > 2000 µM
Inhibiteurs non-covalents de FXa
Asp189 S4
BAY 59-7939, rivaroxaban, Xarelto
®S3
S
Cl NH
N O O N
O
O
O
FXa : Ki = 0.4 nM THR : Ki > 4 µM
Tyr228
Gly219 Tyr99
Trp215
S1
Inhibiteurs non-covalents de FXa
rivaroxaban, Xarelto
®FXa : Ki = 0.4 nM THR : Ki > 8 µM
Rivaroxaban, Xarelto
®- Indication : prévention des évènements thrombo- emboliques veineux en chirurgie orthopédique des membres inférieurs.
- Administration orale
- Biodisponibilité orale : 80-100%. C
Max: après 2-4 heures - T
1/2= 7-11 h → administration 10 mg od
- Métabolisé par CYP3A4 et CYP 2J2
- Ne se lie pas au F
IVplaquettaire → pas de HIT
Inhibition du complexe TF/FVIIa
Initiation
Cellule portant le facteur tissulaire
TF FVIIa TF
FVII FVII
TFFVIIa
TFFVIIa
FX
FXa
FIX FIXa
FVa
ProTHR
THR
Inhibition du complexe TF/FVIIa
TF/FVIIa
Heavy chain of FVIIa
Domaine catalytique : Protéase à sérine : Ser195 Triade catalytique :
Ser195 - His57 - Asp102 Spécificité trypsique : Asp189
Heavy chain of FVIIa
Séquence 96-99 : THR : WREL FXa : KETY FIXa : AAIY FVIIa : PGTT
Inhibiteurs naturels du TF et du TF/FVIIa
AP-1 : A monoclonal antibody which prevents the binding of FVII or FVIIa with rabbit TF
XK-1 : The FXa light chain linked to the first Kunitz inhibitor domain of TFPI
FVIIai / FFR-rFVIIai / ASIS : A human recombinant FVIIa in which the active site is covalently blocked by D-Phe-L-Phe-L-Arg-chloromethylketone (DFFRCMK)
hTFAA : A soluble human recombinant TF corresponding to the extracellular domain of TF (sTF = residues 1→219) where two lysine residues were substituted by alanines (K165A:K166A). This complex hTFAA/sTF prevents FX activation
NAPc2 :(Nematod Anticoagulant Protein c2), a 85-amino acid protein (9.5 kDa) originally isolated from the canine hookworm Ancylostoma caninum. The human recombinant form (rNAPc2) binds to the exosite of FXa. Then, the binary complex rNAPc2/FXa binds to the TF/FVIIa complex, and forms an inactive quaternary inhibitory complex (Ki = 10 pM).
Half-life : > 50 hours Subcutaneous bioavailability : 90%
N
HN O
N NH2 H2N
O HN O
OSO3 HO
HO
H
H Dysinosin A is a new marine natural
product isolated from a sponge of the family Dysideidae found near North Queensland in Australia.
FVIIa : Ki = 108 nM THR : Ki = 452 nM
Inhibiteurs naturels
du TF et du TF/FVIIa
Inhibiteur synthétique de TF/FVIIa : PHA-927
N
N Cl
O N
H N
O H
NH2 NH2+ H2N
COO- Asp60
Tyr94
Thr98
Lys60A S2 pocket Gly97
S2 pocket
Ser190 Gly216
S3 pocket
IC
50FVIIa = 0.016 µM
FXa > 100 µM
THR > 100 µM
PHA-927
Bioorg Med Chem Lett, 2003, 13, 2319-2325
N N Cl
O NH
NH O
NH2 NH2+ H2N
COO-
Asp189 S1 pocket Asp60
Tyr94
Thr98
Lys60A S2 pocket Gly97
S2 pocket
Ser190
Gly219 Gly216
S3 pocket
PHA-927 : un anti-TF/FVIIa
- Administration iv
- A 400 µg/kg/min, prévient complètement la thrombose induite électriquement chez le singe (
Macaca fascicularis).
- Pas d’augmentation du temps de saignement.
- Pas d’hémorragie.
- Associé à ASA (1-10 mg/kg, iv), pas de modification
des paramètres de coagulation par comparaison à
l’ASA seul.
Site THR FXa FVIIa
S1 Asp
189Asp
189Asp
189Ala
190Ala
190Ser
190Gly
219Gly
219Gly
219S2 Trp
60Arg
222Asp
60Lys
60ALys
223Lys
225S3 Trp
215Trp
215Tyr
99Trp
215Gly
216S4 Phe
174Trp
215His
57Asp
102Ser
195Les anti-vitamines K
1920 : maladie du bétail dans l’Alberta
apathie, tuméfactions sous-cutanées, muqueuses pâles, saignements au niveau des narines, des urines, des selles, du lait,… → décès
1921 : Schofield, vétérinaire, confirme le caractère hémorragique
Usage du Mélillot dans le foin → hémorragies à J+15 → décès entre J+30 et J+50
Les anti-vitamines K
1939 : Link isole la 4-OH-dicoumarine ou dicoumarol
→ très mauvaise résorption, abandon de l’usage thérapeutique
1945 : Link utilise le dicoumarol comme raticide
O O
OH
dicoumarol
OH
O
1948 : Link synthétise des molécules telles la warfarine
( = Wisconsin Alumni Research Foundation-arine)
1951 : Tentative de suicide → échec → usage thérapeutique 1953 : Premiers essais cliniques
1954 : Commercialisation
Les anti-vitamines K
OH
CH3
OH OH O
Les anti-vitamines K
Préviennent l’activation de :
la thrombine (THR ou FII)
des facteurs VII, IX, X
des protéines C et S
Action des anti-vitamines K
CH CH2 CH2 COO-
NH O
CH CH2 CH COO-
NH O
-OOC
prothrombine (FII) pré-prothrombine
OH
OH R CH3
O
O R CH3
O vitamine K
hydroquinone
vitamine K époxyde
O
R CH3
-glutamate carboxylase
2,3-époxyde réductase réductase
NADP+
NADPH + H+
4-OH coumarines anticoagulants
-
CO2 O2 H2O
Les vitamines K
O
O
O
O
CH2-CH=C-CH2-(CH2-CH2-CH-CH2)3-H CH3
vitamine K3, ménadione
vitamine K1,
phytoménadione, phylloquinone
CH3 CH3
O
O
(CH2-CH=C-CH2)n-H CH3
vitamine K2,
ménaquinone-n CH3 n = 4, 6, 7 ou 9 CH3
Les anti-vitamines K : 1,3-indanediones
1,3-indanedione O
O
CH3 R
vitamine K
O
O R
anisindione O
O
OCH3 phenindione
O
O
Les anti-vitamines K : 4-OH-coumarines
O O
OH
NO2
CH3 O
O O
OH
warfarine (Marevan°)
CH3 O
O O
OH
phenprocoumone (Marcoumar°)
CH3
O O
OH OH
O T 1/2 : 8 h
T 1/2 : 20-60 h T 1/2 : 140-160 h
O O
OH
4-hydroxy-coumarine O
O
CH3 R
vitamine K
R