La troisième génération d’antagonistes des récepteurs de l’histamine H2, tels que la cimétidine, la ranitidine et la famotidine, est largement utilisée pour traiter les ulcères duodénaux et gastriques, le reflux gastro-œsophagien et les troubles hypersécrétoires pathologiques tels que le syndrome de Zollinger-Ellison.
La famotidine incorpore un fragment sulfonamide, un bioisostère du groupe sulfonamide, un groupe de liaison au zinc présent dans les inhibiteurs de l’anhydrase carbonique (AC, EC 4.2.1.1) (IAC). Cependant, les effets de la famotidine sur ces métalloenzymes du zinc ont été peu étudiés. Les AC sont des métalloenzymes omniprésentes qui catalysent l’hydratation réversible du dioxyde de carbone en bicarbonate et en protons.
Chez l’homme, il existe 15 isoformes α différentes, avec une localisation subcellulaire et une distribution tissulaire très différentes.
Il existe plusieurs isoformes cytosoliques (hAC I−III, VII, XIII), quatre isoenzymes liées à la membrane (AC IV, IX, VI, outre trois catalytiques (AC VIII, X et XI).
Ces enzymes ont des fonctions physiologiques/pathologiques essentielles dans l’homéostasie acido-basique, la sécrétion d’électrolytes et le transport d’ions, car elles fournissent du bicarbonate et régulent le pH dans la production d’acide gastrique au sein des cellules pariétales de l’estomac, ainsi que dans la production de bile, suc pancréatique, transport intestinal des ions, protection du tube digestif des conditions de pH extrêmes (trop acides ou trop basiques).
Dans ce contexte particulier, les auteurs ont étudié si la famotidine présentait des effets inhibiteurs de l’AC. Toutes les isoformes catalytiquement actives d’AC d’origine humaine (hAC I−XIV) ont été incluses dans l’étude, ainsi que les deux AC présents dans la bactérie Helicobacter pylori (α-HpAC, β-HpAC), l’agent étiologique responsable des ulcères gastriques. . Ils rendent également compte de la structure de la famotidine déterminée par rayons X en complexe avec hCA I et hCA II, ce qui permet de décrypter des aspects intéressants liés à son mécanisme d’inhibition de l’AC.
Le profil d’inhibition des isoformes cytosoliques était très différent avec la famotidine. L’isoforme la plus sensible à l’inhibition avec ce médicament était hAC VII, avec une constante d’inhibition Ki de 3,0 nM. Cependant, les deux isoformes cytosoliques les plus répandues, hAC I et hAC II, ont montré une inhibition très différente avec ce composé : hAC II était efficacement inhibée (K i 57,9 nM), tandis que hAC I était plus de dix fois moins sensible à l’inhibition par la famotidine, en par rapport à hAC II, avec un Ki de 922,4 nM.
La famotidine était un inhibiteur modéré de l’isoforme hAC XIII (K i 171,5 mM) et a perdu toute son activité contre hAC III, avec un K i > 10 μM. Les deux isoformes mitochondriales (hAC VA et VB) ont été faiblement inhibées par ce sulfamide dans la plage micromolaire (K est de 1,4 et 5,3 μM, respectivement).
Les isoformes liées à la membrane, comme les isoformes cytosoliques susmentionnées, présentaient un schéma d’inhibition hétérogène. hAC XII, une isoforme associée à une tumeur récemment validée comme cible antitumorale, a été efficacement inhibée par la famotidine avec un Ki de 45,3 nM.
La deuxième enzyme surexprimée dans les tumeurs hypoxiques hAC IX était cependant moins inhibée par la famotidine, avec un Ki de 126,3 nM. Les deux dernières isoformes hAC IV et XIV associées à la membrane, en revanche, étaient faiblement inhibées par ce médicament dans la plage nanomolaire élevée (K i 938,8 et 677,2 nM).
Il a été démontré que H. pylori , une bactérie à Gram négatif qui se développe à un pH relativement neutre, est à l’origine de gastrite chronique, d’ulcères gastroduodénaux et, plus récemment, de cancer gastrique. Cette bactérie gastrique code pour deux classes d’AC, l’une α- et l’autre β. Les deux enzymes sont essentielles à leur survie dans l’environnement acide de l’estomac et des études récentes ont montré que les sulfamides bloquent la croissance du germe in vitro et in vivo.
Ainsi, en cas d’interférence avec ces enzymes, la famotidine pourrait être utilisée comme nouvel outil pharmacologique pour traiter H. pylori résistant . Pour cette raison, des études d’inhibition ont été réalisées sur les deux AC bactériens. L’enzyme de classe α a été efficacement inhibée par ce composé, avec une constante d’inhibition de 20,7 nM, comparable à l’acétazolamide (AAZ) utilisé en clinique.
Cependant, hpβCA était moins efficacement inhibée par la famotidine (K i de 49,8 nM), mais également pour cette enzyme, l’activité était comparable à celle de l’AAZ. La famotidine était plus active contre les enzymes de H. pylori que les deux isoformes cytosoliques humaines dominantes (hAC I et hAC II), tandis que l’AAZ était un inhibiteur efficace pour les deux.
Compte tenu de la localisation abondante des hAC I et II cytosoliques dans le tube digestif, ainsi que de leurs fonctions essentielles dans la régulation du pH, des structures cristallines aux rayons X à haute résolution des adduits de famotidine avec ces enzymes ont été obtenues, afin de connaître en détail la liaison. modes du médicament.
L’inspection des cartes initiales de densité électronique Fo−Fc des deux zones actives a montré une densité électronique bien définie, entièrement compatible avec la présence de famotidine, et a révélé de manière surprenante deux conformations possibles du médicament pour les deux adduits.
La famotidine coordonne l’ion zinc catalytique des deux isoformes AC via un atome d’azote du groupe sulfonamide, déplaçant la molécule d’eau liée à l’ion zinc/hydroxyde, ce qui produit une géométrie de coordination des ions métalliques téraédriques, comme le font d’autres composés sulfonamides.
Le complexe hAC I/famotidine a montré deux orientations différentes de l’inhibiteur. Le premier, présenté en vert, montrait différentes chaînes d’hydrogène qui stabilisaient l’adduit enzyme-inhibiteur, comme celles affectant la queue guanidine et Asn69 ou l’atome d’azote proche de la fraction sulfamide et Thr199 et His200. Cependant, les interactions hydrophobes étaient quasiment inexistantes dans ce complexe.
Une seule interaction de ce type a été trouvée entre Leu198 et la chaîne méthylène de la famotidine. Étonnamment, l’orientation opposée de la deuxième structure (en violet) n’a montré aucune interaction avec les chaînes latérales de la protéine.
Une situation totalement différente a été observée lors de l’analyse de la zone active hCA II. Deux orientations possibles de la famotidine ont à nouveau été observées, toutes deux situées dans la région hydrophobe délimitée par une petite poche alignée par les chaînes latérales de Phe131, Leu198 et Pro201. Le cycle thiazole d’une orientation de la famotidine a formé de fortes interactions hydrophobes avec ces résidus et un pont hydrique avec Pro201 via l’atome d’azote de l’azométhine.
Cette partie de la molécule était orientée différemment selon deux conformations : dans l’une, l’atome d’azote participe à plusieurs chaînes d’hydrogène avec Thr199 et Thr200. Dans la seconde, une orientation opposée de l’azote a été observée, sans interactions avec la protéine. Enfin, l’oxygène sulfamide participe à une chaîne d’oxygène ramifiée avec Thr200. La densité électronique était absente pour la queue guanidine de la conformation et n’était pas présentée dans le modèle complexe.
La superposition structurelle entre les complexes hAC I et hAC II montre que, bien que les fragments sulfamides de la famotidine soient tout à fait superposables, les deux queues aliphatiques présentent des orientations différentes et, par conséquent, des interactions diverses avec les chaînes latérales d’acides aminés des deux zones actives. Phe131 dans hCA II s’est avéré essentiel pour placer la famotidine du côté lipophile de la cavité du site actif, ce qui est fortement lié au pouvoir inhibiteur de ce médicament contre hCA II.
Cependant, la présence de Leu131 dans hCA I a conduit à une interaction de force de van der Waals lâche, qui n’a pas forcé la famotidine vers le côté lipophile de la zone active, conduisant ainsi à deux orientations opposées de la structure et à quelques interactions hydrophobes. avec la zone active. Ces caractéristiques reflètent la perte de pouvoir inhibiteur contre cette isoforme par rapport à hCA II.
En résumé , le schéma d’inhibition de la famotidine contre tous les AC humains actifs a été analysé. Le médicament présente une efficacité particulière pour les isoformes cytosoliques hAC II et hAC VII. En outre, les enzymes bactériennes de deux classes de H. pylori (hp α AC et hp β AC) ont également été fortement inhibées par ce médicament, soulevant ainsi la possibilité que les effets antiulcéreux efficaces de la famotidine ne soient pas uniquement dus à son action antagoniste. du récepteur H2, mais aussi parce qu’en inhibant l’AC bactérienne, la survie du germe au sein de la niche gastrique est compromise, comme cela a été démontré précédemment pour l’acétazolamide. Ce composé a été utilisé comme agent anti-ulcéreux avec un certain succès, mais ses effets secondaires dus à l’inhibition de l’AC dans d’autres tissus ont exclu la propagation de son utilisation clinique. La famotidine est un IAC beaucoup plus sélectif des isoformes que l’acétazolamide et inhibe également efficacement l’AC bactérienne. Ainsi, les auteurs de cet article le proposent comme nouvel exemple pour la création d’agents anti-infectieux dotés d’un mécanisme d’action multifactoriel. |
