Cinétique et équilibre de liaison des ligands

La liaison n'est pas instantanée : un ligand s'associe et se dissocie de son récepteur à des vitesses finies, et l'équilibre entre ces deux processus détermine à la fois l'affinité à l'équilibre et le déroulement temporel de l'interaction. La cinétique ne s'intéresse pas seulement à la quantité de ligand lié à l'état d'équilibre, mais aussi à la vitesse à laquelle cet état est atteint et à la durée de vie du complexe.

Definition

La cinétique de liaison des ligands décrit l'association et la dissociation dépendantes du temps d'un ligand avec son site de liaison, régies par la constante de vitesse d'association (kon) et la constante de vitesse de dissociation (koff), dont le rapport définit la constante de dissociation à l'équilibre (Kd = koff/kon) qui caractérise la liaison à l'état stationnaire.

Scope

Ce sujet aborde les constantes de vitesse d'association et de dissociation des ligands, leur relation avec la constante de dissociation à l'équilibre, le concept de temps de résidence, et la manière dont la liaison est mesurée et analysée dans les essais de radioligands et les essais apparentés, y compris la conversion entre l'inhibition observée et la constante d'affinité sous-jacente. Il s'agit d'un matériel de référence en pharmacodynamique et ne fournit aucune directive de dosage.

Core questions

• À quelle vitesse un ligand se lie-t-il à son récepteur et s'en dissocie-t-il ?
• Comment les constantes de vitesse d'association et de dissociation déterminent-elles l'affinité à l'équilibre ?
• Qu'est-ce que le temps de résidence, et pourquoi la durée de la liaison est-elle importante ?
• Comment les paramètres de liaison sont-ils extraits des expériences de saturation et de compétition par radioligands ?

Key concepts

• Constante de vitesse d'association (kon)
• Constante de vitesse de dissociation (koff)
• Constante de dissociation à l'équilibre (Kd = koff/kon)
• Temps de résidence
• Liaison de saturation et analyse de Scatchard
• Liaison compétitive (IC50, Ki)
• Liaison spécifique versus non spécifique

Key theories

Cinétique de liaison par action de masse

Le cadre qui traite l'association ligand-récepteur comme une réaction bimoléculaire régie par kon et koff, prédisant le déroulement temporel de la liaison et l'occupation à l'équilibre par la loi d'action de masse.

Relation de Cheng-Prusoff

La relation qui convertit la concentration d'un compétiteur produisant une inhibition demi-maximale (IC50) dans un essai de liaison en la constante d'affinité réelle (Ki) du compétiteur, en corrigeant pour la concentration du radioligand et son affinité.

Mechanisms

Le ligand et le récepteur se combinent à une vitesse déterminée par la constante de vitesse d'association kon et les concentrations de ligand libre et de récepteur libre, tandis que le complexe se dissocie à une vitesse déterminée par la constante de vitesse de dissociation koff ; à l'équilibre, les deux processus opposés s'équilibrent, et leur rapport définit la constante de dissociation à l'équilibre, Kd = koff/kon. La même affinité à l'équilibre peut résulter de paires de vitesses très différentes, ainsi, deux ligands avec un Kd identique peuvent différer considérablement dans la vitesse à laquelle ils se lient et, en particulier, dans la lenteur avec laquelle ils se dissocient — ce qui est capturé par le temps de résidence, la durée de vie moyenne du complexe. En laboratoire, ces quantités sont obtenues à partir d'expériences cinétiques en fonction du temps et d'essais de saturation à l'équilibre, tandis que les essais de compétition mesurent la concentration d'un ligand non marqué qui déplace la moitié d'un radioligand ; la relation de Cheng-Prusoff convertit ensuite cette concentration de demi-inhibition en constante d'affinité du ligand en corrigeant pour le radioligand utilisé. Motulsky et Mahan ont dérivé la cinétique attendue lorsque des ligands marqués et non marqués sont en compétition, permettant d'estimer les constantes de vitesse à partir de telles expériences.

Clinical relevance

La cinétique de liaison informe sur la manière dont la vitesse et la persistance de l'engagement de la cible sont caractérisées, et le concept de temps de résidence est une façon de comprendre pourquoi certaines interactions perdurent au-delà de la présence du médicament libre. Ce sont des principes de référence pour l'interprétation des données de liaison et ne fournissent pas d'instructions de dosage ou de traitement.

Evidence & guidelines

L'analyse cinétique et d'équilibre de la liaison est fondée sur la pharmacologie de laboratoire et une méthodologie standardisée plutôt que sur des directives cliniques ; les conventions quantitatives sont établies dans les références standard et la nomenclature de l'Union Internationale de Pharmacologie Fondamentale et Clinique (IUPHAR).

History

L'analyse quantitative de la liaison a mûri avec l'introduction des méthodes de radioligands dans les années 1970, qui ont permis de mesurer directement le nombre de récepteurs et leurs affinités. La relation de Cheng et Prusoff de 1973 a rendu les essais de compétition interprétables en termes d'affinité réelle, et le traitement de Motulsky et Mahan de 1984 a fourni la théorie cinétique pour les expériences de liaison compétitive. Les travaux mécanistiques de Colquhoun ont relié ces constantes mesurées aux processus sous-jacents de liaison et de régulation (gating) des récepteurs uniques.

Key figures

• David Colquhoun
• Harvey J. Motulsky
• Yung-Chi Cheng
• William H. Prusoff

Seminal works

• cheng-prusoff-1973
• motulsky-mahan-1984

Frequently asked questions

Deux médicaments peuvent-ils avoir la même affinité mais des cinétiques différentes ?

Oui. L'affinité est le rapport de la constante de vitesse de dissociation à la constante de vitesse d'association, de sorte que deux médicaments peuvent partager la même affinité à l'équilibre tout en se liant et se dissociant à des vitesses très différentes, ce qui leur confère des temps de résidence différents.

Que fait l'équation de Cheng-Prusoff ?

Elle convertit la concentration d'un compétiteur qui inhibe de moitié la liaison du radioligand (IC50) en la constante d'affinité réelle (Ki) du compétiteur, en corrigeant pour la concentration et l'affinité du radioligand utilisé dans l'essai.