Chapitre 5 — Pharmacodynamie · Topic 1 : Interactions ligand-récepteur · Leçon 1.3
Un problème pratique se pose au pharmacologue : la plupart des candidats-médicaments ne disposent pas d’une forme radiomarquée. Comment mesurer alors leur affinité pour un récepteur ? Réponse : on utilise une courbe de compétition. On garde un ligand marqué de référence (L*), on ajoute des concentrations croissantes du ligand froid à tester (C) — et on regarde à quelle concentration ce ligand froid déloge la moitié du L* de son récepteur. Cette concentration s’appelle la CI50 et permet, via une petite formule, de remonter à la constante d’inhibition Ki, équivalent du Kd pour un ligand non marqué. Cette leçon développe la méthode, ses limites, et fait le pont avec les études fonctionnelles du Topic 2.
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- expliquer le principe d’une courbe de compétition ligand marqué / ligand froid ;
- définir la CI50 et la constante d’inhibition Ki ;
- appliquer la formule Ki = CI50 / (1 + [L*]/Kd) et les cas particuliers ;
- comparer des affinités et juger la sélectivité à partir d’un tableau de Ki ;
- faire la transition entre études de liaison (in vitro) et études fonctionnelles (in vivo).
🧭 Plan de la leçon
- Pourquoi les courbes de compétition ? Ligand marqué et ligand froid
- Définition de la CI50 et lecture graphique
- De la CI50 au Ki : formule et cas particuliers
- Comparer affinités et sélectivité à partir d’un tableau de Ki
- De la liaison à l’effet : préparation aux études fonctionnelles
1. Pourquoi les courbes de compétition ? Ligand marqué et ligand froid
La naloxone, antidote d’un surdosage aux opiacés, illustre parfaitement le principe de compétition à l’échelle clinique : elle déplace la morphine (ou l’héroïne, le fentanyl) du récepteur µ. In vitro, on pourrait mesurer son affinité pour ce récepteur en utilisant un ligand µ marqué (par exemple la 3H-DAMGO) et des concentrations croissantes de naloxone froide. La concentration de naloxone qui déloge 50 % du DAMGO est directement sa CI50.
Rappel de la leçon 1.2 : pour tracer une courbe de liaison directe, il faut disposer du ligand marqué radioactivement. Or, la plupart des nouveaux médicaments n’ont pas de forme marquée disponible (synthèse coûteuse, délais réglementaires, radioprotection).
La solution est la courbe de compétition : on utilise indirectement un ligand marqué L* de référence, et l’on mesure la capacité du ligand froid (non marqué, noté C) à le déplacer du site actif. Il y a alors une compétition entre les deux ligands pour occuper le même site :
- on fixe la concentration du ligand marqué L* (souvent [L*] = Kd) ;
- on ajoute des concentrations croissantes de ligand froid C ;
- on mesure la fraction de L* toujours liée (RL*/Rtot) — plus C est concentré, plus il chasse L*.
Le résultat est une courbe décroissante et sigmoïdale, qu’on lit à mi-hauteur.
2. Définition de la CI50 et lecture graphique
La CI50 (concentration inhibitrice 50) est la concentration de ligand non marqué (C) nécessaire pour déplacer 50 % de la liaison entre le ligand marqué et le récepteur.
La CI50 se lit directement sur la courbe : c’est l’abscisse (concentration de C) qui correspond à une ordonnée de 50 % de RL* restant lié. Un déplacement dépend :
- du Kd de L* (forme marquée, connu à l’avance) ;
- de la concentration [L*] choisie dans l’expérience ;
- du Kd de C (forme non marquée) — que l’on appelle alors Ki, la constante d’inhibition.
3. De la CI50 au Ki : formule et cas particuliers
Ki = CI50 / (1 + [L*]/Kd)
Avec Ki = constante d’inhibition (ou constante de dissociation du ligand froid C) ; Kd = constante de dissociation de L* ; [L*] = concentration expérimentale de ligand marqué.
Deux cas particuliers courants du cours :
| Cas expérimental | Relation utile |
|---|---|
| [L*] très petit devant Kd (quasi absence de L*) | Ki ≈ CI50 |
| [L*] = Kd (choix classique) | Ki = CI50 / 2 |
| [L*] = 9·Kd | Ki = CI50 / 10 |
La CI50 dépend donc de la concentration de L* choisie : c’est une variable expérimentale. Le Ki, en revanche, est une constante intrinsèque du ligand froid pour le récepteur étudié — équivalent conceptuel du Kd. Toutes les règles vues précédemment sur le Kd (occupation, affinité = 1/Ki, sélectivité) s’appliquent au Ki à l’identique.
⚠️ Ne pas confondre : la CI50 est expérimentale et dépend de [L*] utilisée ; le Ki est intrinsèque et ne dépend pas de la concentration de ligand marqué. Toujours convertir CI50 → Ki avant de comparer deux ligands non marqués issus d’expériences différentes.
On peut aussi comparer plusieurs ligands froids sur le même récepteur en superposant leurs courbes de déplacement :
Ici, le ligand A déloge L* à la plus faible concentration (CI50 plus petite) — il a donc la plus forte affinité pour le récepteur. Le ligand C a la plus faible affinité (il faut des concentrations très élevées pour amorcer le déplacement).
4. Comparer affinités et sélectivité à partir d’un tableau de Ki
À partir des courbes de compétition, on peut construire des tableaux qui rassemblent, pour un même ligand, les Ki mesurés sur plusieurs récepteurs. Exemple type de tableau du cours de référence :
| Ligand | Ki pour RM (M) | Ki pour RN (M) | Rapport Ki(N)/Ki(M) | Sélectivité ? |
|---|---|---|---|---|
| A | 5,9·10⁻⁹ | 4,9·10⁻⁹ | ≈ 1 | Non sélectif — même affinité pour M et N |
| B | 7,1·10⁻⁹ | 5,0·10⁻² | ≈ 7·10⁶ | Sélectif de M — 6 unités log d’écart |
| C | 2,3·10⁻⁴ | 3,1·10⁻³ | ≈ 13 | Non sélectif et faible affinité — aucun intérêt thérapeutique |
Pour juger la sélectivité, appliquer la même règle que pour le Kd :
- Ki très petit (10⁻⁹ M ou moins) → forte affinité ;
- rapport Ki entre deux récepteurs > 100 (2 unités log) → sélectivité ;
- rapport < 100 → pas de sélectivité (chevauchement des concentrations utiles).
Cette approche s’applique indifféremment avec des Kd (obtenus par liaison directe) ou des Ki (obtenus par courbes de compétition). C’est un raisonnement récurrent au concours : on te présente un tableau, tu identifies les rapports, tu conclus sur la sélectivité.
5. De la liaison à l’effet : préparation aux études fonctionnelles
Toutes les mesures présentées jusqu’ici (Kd, Ki, CI50) sont issues d’études de liaison spécifique : elles quantifient combien de ligand se lie au récepteur, sans dire si le complexe formé produit ou non un effet biologique. C’est le rôle des études fonctionnelles, développées dans le Topic 2 (leçons 2.1 à 2.4) :
| Étude | Ce qu’elle mesure | Constantes clés |
|---|---|---|
| Liaison spécifique (récepteurs purifiés, membranes) |
Occupation du récepteur (formation du complexe L·R) | Kd, Ki, CI50 |
| Fonctionnelle (cellule isolée, organe isolé, organisme entier) |
Intensité de l’effet biologique produit (contraction, sécrétion, effet clinique) | CE50, Emax, activité intrinsèque α |
La relation dose-effet peut, dans le cas idéal, épouser la courbe de liaison — si l’effet est directement proportionnel à l’occupation. Dans la réalité, elle en diffère souvent : un ligand peut se lier fortement (Kd petit) sans activer efficacement le récepteur (α < 1, agoniste partiel), ou peut se lier sans effet du tout (α = 0, antagoniste). Ces distinctions font tout le sel du Topic 2.
La formule de conversion CI50 → Ki est connue sous le nom d’équation de Cheng-Prusoff, du nom des chercheurs américains Yung-Chi Cheng et William H. Prusoff qui l’ont publiée en 1973. Elle reste, aujourd’hui encore, la formule de référence pour interpréter les résultats de dosage compétitif en pharmacologie moléculaire et en criblage haut débit. Source : NCBI, « Relationship between the inhibition constant (K1) and the concentration of inhibitor which causes 50 per cent inhibition (I50) of an enzymatic reaction », Cheng & Prusoff, Biochem Pharmacol 1973.
🧠 À retenir absolument
- Une courbe de compétition mesure indirectement l’affinité d’un ligand non marqué (C) pour un récepteur, à l’aide d’un ligand marqué (L*) de référence.
- La CI50 est la concentration de C qui déplace 50 % de la liaison entre L* et le récepteur.
- Formule Cheng-Prusoff : Ki = CI50 / (1 + [L*]/Kd).
- Si [L*] = Kd, alors Ki = CI50 / 2 ; si [L*] très petit devant Kd, Ki ≈ CI50.
- Le Ki est l’équivalent conceptuel du Kd : c’est une concentration, une constante intrinsèque du couple ligand-récepteur.
- Pour juger d’une sélectivité entre deux récepteurs : rapport Ki (ou Kd) supérieur à 100 (≥ 2 unités log).
- Les études de liaison renseignent l’occupation ; les études fonctionnelles mesurent l’effet — les deux se complètent (Topic 2).
❓ Questions fréquentes
Quelle est la différence entre CI50 et Ki ?
La CI50 est une grandeur expérimentale qui dépend de la concentration de ligand marqué [L*] choisie. Le Ki est une grandeur intrinsèque du ligand testé pour le récepteur, indépendante de [L*]. Deux CI50 mesurées à des [L*] différentes ne sont pas directement comparables : il faut d’abord les convertir en Ki via Cheng-Prusoff.
Pourquoi choisir [L*] = Kd dans l’expérience ?
Parce que cela simplifie la formule : Ki = CI50/2. C’est aussi la concentration où la courbe est la plus sensible aux variations d’occupation, ce qui rend la lecture graphique plus précise. Enfin, cela évite d’utiliser trop de radioligand, coûteux et générateur de déchets radioactifs.
Le ligand non marqué doit-il être un antagoniste ?
Non. Le ligand non marqué C peut être un agoniste, un antagoniste, un agoniste partiel ou même le ligand endogène. La méthode mesure seulement sa capacité à occuper le site et donc à déplacer L*, indépendamment de son effet biologique. Le Kd/Ki décrit une liaison, pas une fonction.
La compétition ligand froid / ligand marqué se fait-elle toujours sur le même site ?
Dans le modèle simple du cours, oui : les deux ligands se disputent le site actif. Si le ligand froid se fixait sur un site distinct (site allostérique), le modèle ne serait plus valable au sens strict — l’effet d’inhibition observé serait dit « non compétitif ». Cette distinction sera reprise en leçon 2.3 pour les antagonistes.
Un tableau donné en Kd ou en Ki se lit-il de la même manière ?
Oui, exactement. Le cours précise explicitement qu’on peut faire les mêmes raisonnements avec des Kd à la place des Ki. Dans les deux cas : petite valeur = forte affinité ; rapport supérieur à 100 entre deux récepteurs = sélectivité ; rapport voisin de 1 = non sélectif.
🚀 Pour aller plus loin
Pour passer de la liaison à l’effet biologique :
- Leçon 1.1 — Loi d’action de masse et constante de dissociation (Kd) : pour réviser les fondamentaux
- Chapitre 9 — Cibles et mécanismes d’action des médicaments : récepteurs couplés aux protéines G, enzymes, transporteurs
- Chapitre 8 — Variabilité de la réponse aux médicaments : pharmacogénétique et polymorphismes des cibles
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.