Chapitre 5 — Pharmacodynamie · Topic 1 : Interactions ligand-récepteur · Leçon 1.2
La courbe de liaison, ou binding curve, est le premier graphique qu’on obtient dans une étude de pharmacologie moléculaire. Elle relie la concentration de ligand injectée au pourcentage de récepteurs qui l’ont fixé, à l’équilibre. Cette leçon montre comment une courbe de binding est produite en laboratoire (marquage isotopique, radioligand), comment on la lit dans les deux échelles usuelles (hyperbole linéaire et sigmoïde semi-log), et surtout ce qu’elle nous apprend : le Kd d’un ligand, son affinité, et — en superposant plusieurs courbes — sa sélectivité pour un récepteur par rapport à un autre. On termine par l’exemple emblématique du salbutamol, agoniste β2 sélectif.
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- décrire une étude de binding par marquage isotopique (ligand marqué L*) ;
- lire un Kd sur une hyperbole et sur une sigmoïde semi-log ;
- comparer les affinités de deux ligands sur des courbes superposées ;
- appliquer la règle du rapport 100 entre Kd pour juger la sélectivité ;
- expliquer l’intérêt clinique de la sélectivité à partir de l’exemple salbutamol/β2.
🧭 Plan de la leçon
- Comment on trace une courbe de binding : le marquage isotopique
- Lecture d’une courbe de liaison : Kd, plateau, fenêtre 20-80 %
- Comparer les affinités : superposition de sigmoïdes
- Sélectivité d’un ligand : la règle du rapport 100 entre Kd
- Exemple clinique : le salbutamol, agoniste β2-adrénergique sélectif
1. Comment on trace une courbe de binding : le marquage isotopique
Quand un laboratoire teste un candidat-médicament sur des récepteurs β1 cardiaques vs β2 pulmonaires, il commence par cet exercice : mesurer, sur des fragments de membrane issus de tissus purifiés, combien de molécules radiomarquées de la nouvelle substance se fixent à chaque type de récepteur, à différentes concentrations. C’est cette étape — la caractérisation du Kd — qui décide si la molécule mérite ou non de passer aux essais fonctionnels et, plus tard, aux essais cliniques.
La liaison ligand-récepteur peut être étudiée directement à l’aide d’un ligand marqué radioactivement — traditionnellement au tritium (3H) ou à l’iode 125 (125I). Le principe expérimental est simple :
- on prépare un tissu ou une préparation membranaire dont on connaît le nombre et le type de récepteurs (Rtotal) ;
- on ajoute des concentrations croissantes de ligand marqué L* ;
- on laisse le système atteindre l’équilibre (quelques minutes à quelques heures selon les cinétiques) ;
- on lave l’excès de L* libre ;
- on mesure la radioactivité résiduelle du tissu, proportionnelle au nombre de complexes L*R formés.
Le résultat s’exprime en R*/R*max (radioactivité liée rapportée à la radioactivité maximale obtenue à saturation). Pour l’exemple canonique du cours :
| [L*] (unités arbitraires) | 1 | 2 | 5 | 10 | 20 | 40 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| R*/R*max (%) | 10 | 20 | 30 | 50 | 70 | 80 |
Ce tableau se lit directement : pour [L*] = 10, la moitié des récepteurs sont occupés. C’est donc à cette concentration que l’on lit le Kd. Le ligand marqué permet ainsi une mesure directe, quantitative, à l’échelle moléculaire.
Les techniques modernes de binding utilisent aussi la fluorescence (BRET, FRET) ou le SPR (surface plasmon resonance) : elles évitent l’usage de radioéléments, coûteux à manipuler et à éliminer. Le principe pharmacologique reste identique : mesurer combien de ligand est effectivement lié à concentration croissante. Source : NCBI, « Contemporary methods for radioligand binding », Sykes DA et al., Br J Pharmacol 2019.
2. Lecture d’une courbe de liaison : Kd, plateau, fenêtre 20-80 %
Reprenons la formule de la leçon 1.1 :
% récepteurs occupés = [L]/([L]+Kd)
Tracée en coordonnées linéaires, cette fonction est une hyperbole qui tend vers 1 quand [L] devient très grand devant Kd. Un point-clé du cours : lorsque [L] = 9·Kd, l’occupation atteint 90 % ; au-delà, la courbe « ne bouge plus beaucoup ». Autrement dit, il ne sert pratiquement à rien de dépasser cette valeur — on gagne peu d’occupation et l’on multiplie les risques de toucher d’autres cibles.
En passant en coordonnées semi-logarithmiques (log[L] en abscisse), l’hyperbole se transforme en sigmoïde. Cette forme, universellement utilisée en pharmacologie, présente trois avantages :
- elle rend visible une très large gamme de concentrations (plusieurs décades) ;
- elle possède un point d’inflexion à 50 %, dont l’abscisse pointe directement le Kd ;
- elle présente une zone de linéarité entre 20 et 80 % d’occupation, dite « zone utile » où l’on compare le mieux deux ligands.
3. Comparer les affinités : superposition de sigmoïdes
Superposer plusieurs sigmoïdes semi-log pour un même récepteur, mais avec des ligands différents, permet de lire visuellement les affinités :
La courbe la plus à gauche correspond au Kd le plus petit, donc à l’affinité la plus grande. Ici, Kd1 < Kd2 ⇒ affinité(1) > affinité(2).
Cette lecture visuelle s’applique aussi bien à un même ligand sur deux récepteurs différents (question de sélectivité, section suivante) qu’à deux ligands sur le même récepteur. Elle ne dit rien, à ce stade, sur l’effet biologique produit : on est encore dans le pur registre de la liaison.
4. Sélectivité d’un ligand : la règle du rapport 100 entre Kd
La sélectivité se définit par la préférence d’un ligand pour un récepteur donné par rapport à d’autres. En pharmacologie moléculaire, elle s’estime en comparant les Kd du même ligand pour plusieurs récepteurs :
Un ligand est dit sélectif d’un récepteur si :
- il a une affinité plus élevée pour ce récepteur (Kd plus faible) que pour les autres ;
- il induit un effet donné à une plus faible concentration que celle qui provoque des effets sur les autres récepteurs.
Comment quantifier « plus élevée » ? Le cours donne un critère graphique très précis. Puisque la zone utile des concentrations couvre 2 unités log (rapport L90/L10 ≈ 81, arrondi à 100), il faut que les deux courbes soient séparées d’au moins 2 unités log pour qu’elles ne se chevauchent pas :
Un ligand est sélectif d’un récepteur R1 par rapport à un récepteur R2 si le rapport de leurs Kd est supérieur à 100 (soit au moins 2 unités log de différence). En dessous, les gammes de concentrations utiles se recouvrent : on ne peut pas produire un effet sur R1 sans en produire sur R2.
La figure suivante illustre trois ligands testés sur trois récepteurs R1, R2, R3 dont les Kd sont décalés d’ordres de grandeur variables :
Sur cette courbe, le ligand A n’est pas sélectif de R1 par rapport à R2 (courbes chevauchantes, moins de 2 unités log d’écart) ; en revanche il est sélectif de R1 par rapport à R3 (pas de chevauchement, plus de 2 unités log). En lecture rapide au concours : on repère l’écart entre les points d’inflexion à mi-hauteur des deux courbes.
La même règle peut aussi être appliquée dans un tableau de Ki (constante d’inhibition, section 3 de la leçon suivante) : on compare colonne par colonne les valeurs de Ki d’un même ligand pour deux récepteurs.
5. Exemple clinique : le salbutamol, agoniste β2 sélectif
L’archétype d’un médicament sélectif est le salbutamol (DCI, Ventoline®). C’est un agoniste des récepteurs β2-adrénergiques, avec une affinité pour les β2 environ 30 à 100 fois supérieure à celle qu’il a pour les β1 :
| Récepteur | Localisation dominante | Effet du salbutamol |
|---|---|---|
| β2-adrénergique | Fibres lisses bronchiques ; utérus gravide | Bronchodilatation (asthme) ; relaxation utérine (menace d’accouchement prématuré) — effets recherchés |
| β1-adrénergique | Myocarde (cœur) | Stimulation cardiaque — effet non recherché, limité grâce à la sélectivité |
La différence de Kd permet d’obtenir la bronchodilatation ou la relaxation utérine à une dose qui ne stimule pratiquement pas le myocarde. C’est l’illustration clinique du principe théorique : la sélectivité réduit les effets indésirables.
La sélectivité diminue quand la concentration augmente. À dose thérapeutique, le salbutamol reste très sélectif des β2 ; à dose toxique ou en cas de surdosage, il perd sa sélectivité et se lie aussi aux β1 cardiaques (tachycardie, palpitations). Ce phénomène — « dose-dépendance de la sélectivité » — figure explicitement dans le cours de référence.
Un ligand a la même Kd pour un type donné de récepteur, quelle que soit la localisation tissulaire de ce récepteur (dans les mêmes conditions de milieu). Cette propriété permet :
- d’identifier des récepteurs dans un tissu inconnu, par comparaison de leurs Kd avec ceux d’un ligand de référence ;
- de sélectionner des candidats-médicaments plus sélectifs, en criblant leurs Kd sur plusieurs récepteurs.
🧠 À retenir absolument
- Une courbe de liaison se construit par marquage isotopique (radioligand L*), en incubant des concentrations croissantes puis en mesurant la radioactivité résiduelle.
- Elle a la forme d’une hyperbole (linéaire) ou d’une sigmoïde (semi-log) ; le Kd se lit à mi-hauteur.
- À [L] = 9·Kd, on atteint 90 % d’occupation : au-delà, la courbe ne bouge presque plus.
- La zone utile (concentrations dont l’occupation va de 10 à 90 %) couvre environ 2 unités log.
- Un ligand est sélectif d’un récepteur R1 par rapport à R2 si Kd(R2)/Kd(R1) > 100 (ou > 2 unités log).
- La sélectivité disparaît à haute concentration : c’est pourquoi les surdosages produisent des effets sur des cibles secondaires.
- Exemple canonique : salbutamol, agoniste β2-sélectif, bronchodilatateur et tocolytique, avec un effet cardiaque limité aux doses thérapeutiques.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi utilise-t-on un ligand radiomarqué et pas un ligand ordinaire ?
Parce que la radioactivité est un signal quantifiable, mesurable même à très faibles concentrations, ce qui permet de tracer la courbe complète depuis les valeurs les plus basses jusqu’à la saturation. Les techniques modernes non isotopiques (fluorescence, SPR) obéissent au même principe mais avec un signal optique.
Faut-il connaître par cœur la valeur exacte L90 = 81 × L10 ?
Non. Ce qu’il faut retenir, c’est que la gamme utile de concentrations couvre environ 2 unités log (rapport voisin de 100). C’est ce chiffre rond qui sert de règle pratique pour comparer deux Kd et juger d’une sélectivité.
Que signifie « ne pas dépasser 9 fois le Kd » ?
Pour [L] = 9·Kd, on atteint 90 % d’occupation. Au-delà, la courbe est presque un plateau : on gagne très peu d’occupation supplémentaire, mais on multiplie les risques de toucher d’autres cibles (perte de sélectivité). En pratique clinique, on cherche à travailler dans la zone utile, pas au-delà.
Comment le salbutamol peut-il « choisir » les β2 sans toucher les β1 ?
Il ne les « choisit » pas au sens strict : il se lie préférentiellement aux β2 parce que son Kd pour les β2 est bien plus petit que son Kd pour les β1. Aux doses thérapeutiques, la concentration plasmatique est suffisante pour occuper les β2 mais reste très en dessous du Kd des β1. C’est une sélectivité quantitative, pas absolue.
Un même Kd peut-il changer d’un tissu à l’autre pour un même récepteur ?
Non — c’est justement la puissance du concept. Un ligand donné a la même Kd pour un type de récepteur donné, où qu’il soit localisé (dans les mêmes conditions de pH, température, force ionique). C’est ce qui permet d’identifier un récepteur inconnu par comparaison à un ligand de référence : si le Kd correspond, on est sur la même famille de cible.
🚀 Pour aller plus loin
Pour aller plus loin sur les études de liaison et leurs implications cliniques :
- Leçon 1.3 — Liaison spécifique/non spécifique, courbes de compétition et Ki
- Chapitre 9 — Cibles et mécanismes d’action des médicaments : familles de récepteurs et transduction
- Chapitre 6 — Formes galéniques, voies d’administration et PK : comment la voie et la forme conditionnent la concentration au site d’action
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.