ANTIVIROTICI
ANTIVIROTICI
Virusi i virusna oboljenja
� Unutarstanični mikroorganizmi
� Iskorištavaju domaćina za preživljavanje i razmnožavanje
� Inficiraju� Bakterije
Biljke� Biljke
� Životinje
� Čovjeka
� Prenošenje virusa� Zrak
� Životinje i insekti
� Fizički kontakt
� Voda i hrana
Povijest virusnih bolesti
� Velike boginje
� Epidemije gripe
� Španjolska gripa
� Afrika – epidemija ebole� Afrika – epidemija ebole
� AIDS
� Kokošja gripa, svinjska gripa
Građa virusa
� Nukleokapsida� Jezgra
� Nukleinska kiselina � DNA
� Dvolančana ili kružna� RNA� RNA
� Jednolančana� Proteinska ovojnica (kapsida)� Enzimi
� RNA-polimeraza, reverzna transkriptaza, integraza.....� Proteinski matriks i lipidna ovojnica
� Virusi jednostavne građe� Nukleokapsida
� Virusi složene građe� Nukleokapsida + proteinski matriks + lipidna ovojnica
Životni ciklus virusa
� Adsorpcija� Specifično vezanje virusnih proteina/glikoproteina s receptorima na
površini stanice u koju virus želi ući
� Penetracija� Direktni prolazak nukleokapside kroz membranu napadnute stanice� Fuzija virusne lipidne ovojnice sa staničnom membranom i otpuštanje � Fuzija virusne lipidne ovojnice sa staničnom membranom i otpuštanje
nukleokapside u stanicu� Endocitoza i otpuštanje nukleokapside u lizosomima
� Razgradnja kapside� Replikacija, transkripcija, translacija� Tvorba i sastavljanje virusne kapside� Izlazak virusa iz stanice
Metisazon
� Prvi učinkoviti antivirotik
� Liječenje velikih boginja u 60-tim godinama
� Napušten s eradikacijom bolesti (cjepivo!)
� Ponovno se istražuje – bioterorizam!� Ponovno se istražuje – bioterorizam!
N
O
CH3
N NH
NH2S
METISAZON
Antivirotici
� Kod bolesti za koju ne postoji učinkovito cjepivo
� Kada je već došlo do infekcije
� Problem kod liječenja virusnih infekcija:
� Virus je u stanici skriven od imunološkog odgovora � Virus je u stanici skriven od imunološkog odgovora organizma i lijekova
� Puno manje potencijalnih meta lijekova u odnosu na razvoj lijekova za bakterijske infekcije
� Razvoj genomike olakšava razvoj antivirotika
� Moguće je karakterizirati genom svakog virusa
� Identificirati proteine virusa – mete lijekova
� Genetičko inženjerstvo � Genetičko inženjerstvo
� Umetanje virusnih gena u bakterijsku stanicu
� Proizvodnja velikih količina potrebnog virusnog proteina
Virusni proteini − dobre mete an$viro$ka
� Virusni proteini važni za životni ciklus virusa� Inhibicija/uništenje proteina ima značajan učinak na
infekciju
� Imaju malo sličnosti s ljudskim proteinimaDobra selektivnost i minimalne nuspojave� Dobra selektivnost i minimalne nuspojave
� Zajednički su različitim virusima� Moguće je razviti lijek širokog antivirusnog djelovanja
� Važni su za rane stadije životnog ciklusa virusa� Njihova inhibicija smanjuje šanse nastanka simptoma i
širenja virusa
Podjela antivirotika
� Lijekovi koji djeluju na DNA viruse� Herpes simpleks 1 i 2
� Citomegalovirus
� Varicella-zoster virus
Lijekovi koji djeluju na RNA viruse� Lijekovi koji djeluju na RNA viruse� HIV
� Virus gripe
� Virus hepatitisa C
� Antivirotici širokog spektra djelovanja� Različiti DNA i RNA virusi
Inhibitori virusne DNA-polimeraze
Inhibitori polimerizacije tubulina
LIJEKOVI KOJI DJELUJU NA DNA VIRUSE
Inhibitori polimerizacije tubulina
Antisense terapija
Inhibitori fuzije
Inhibitori virusne DNA-polimeraze
� Enzim koji katalizira povezivanje deoksinukleotida u DNA lanac
� Aciklovir� Prolijekovi valaciklovir i desciklovir
� GanciklovirProlijek valganciklovir� Prolijek valganciklovir
� Penciklovir� Prolijek famciklovir
� Cidofovir� Jodoksuridin� Trifluridin� Vidarabin� Foskarnet
� Ista purinska baza kao dGTP
� Nedostaje kompletni šećer
Aciklovir
N
OO
HN
N N
N
H2N
OPPP
DEOKSIGVANOZIN-TRIFOSFAT
ACIKLOVIR
HN
N N
N
H2N
OHO
O
OH
Sinteza aciklovira
Cl
O
HOOH
+(C2H5)3N O
O
OHHCHO
HCl
benzoil-klorid 1,2-etandiol
O
O
O Cl
A
N
N NH
N
O
H2N
1. ((CH3)3Si)2NH
2. A/(C2H5)3N
N
N N
N
O
H2N
OO
O
NH3
MeOH
N
N N
N
O
H2N
OHO
GVANIN ACIKLOVIR
Aktivacija prolijeka
� Aciklovir = prolijek!
HN
N N
N
O
H N
staničnatimidin-kinaza HN
N
N
O
staničnatimidilat-kinaza
HN
N N
N
O
H N
XN NH2N
OHO
aciklovir (prolijek)
virusnatimidin-kinaza
N NH2N
OO
P
timidilat-kinaza N NH2N
OO
PP
HN
N N
N
O
H2N
OO
PPP
staničnatimidilat-kinaza
ACIKLOVIR-TRIFOSFAT
Selektivna aktivacija u inficiranim stanicama
Selektivno djelovanje aciklovira
� Slabi supstrat za staničnu timidin-kinazu
� Dobar supstrat za virusnu timidin-kinazu
� 50 puta selektivniji prema virusnoj DNA-polimerazi � 50 puta selektivniji prema virusnoj DNA-polimerazi u odnosu na staničnu DNA-polimerazu
� Manje toksičan u odnosu na starije lijekove
Mehanizam djelovanja
� Inhibitor DNA-polimeraze
� Zbog strukturne sličnosti s dGTP-om
� DNA-polimeraza katalizira vezanje aciklovir-trifosfata u rastući DNA lanacrastući DNA lanac
� Šećer aciklovira je nekompletan
� Nema OH skupine na položaju 3’
� DNA lanac se ne može produljiti
� TERMINATOR LANCA
Upotreba aciklovira
� Herpes simpleks 1 i 2
� Nije učinkovit protiv svih tipova virusa
�Mutacije virusa
�β-podporodica ima timidin-kinazu koja ne može �β-podporodica ima timidin-kinazu koja ne može fosforilirati lijek
� Varicella-zoster virus
� Sistemska i topička primjena
Aciklovir i prolijekovi
� Nedostaci aciklovira
� Slaba topljivost u vodi
� Slaba oralna bioraspoloživost
O
ACIKLOVIR
HN
N N
N
O
H2N
OHO
HN
N N
N
O
H2N
OO
N
N N
N
H2N
OHO
VALACIKLOVIR
DESCIKLOVIR
H3C
OCH3
NH2
Valaciklovir
� Ester L-valina i aciklovira → prolijek
� Bolja apsorpcija od aciklovira iz probavnog trakta
� Koristi transportne proteine za dipeptide u stijenkicrijevacrijeva
� Nakon apsorpcije hidroliza u aciklovir
� Infekcija varicella-zoster virusom HN
N N
N
O
H2N
OOH3C
OCH3
NH2
Desciklovir
� Bolja topljivost u vodi zbog nedostatka karbonila u položaju 6 purinskog prstena
� Djelovanjem ksantin-oksidaze prelazi u aciklovir
� Toksičniji od aciklovira, ograničena upotreba� Toksičniji od aciklovira, ograničena upotreba
N
N N
N
H2N
OHO
Ganciklovir
� Analog aciklovira s dodatnom
hidroksimetilenskom skupinom
� Aktivan protiv α- i β-podporodice herpes virusa
� Toksičniji od aciklovira
HN
N N
N
O
H2N
ORO
HO Valganciklovir R=ValGanciklovir R=H
� Toksičniji od aciklovira� Ganciklovir-trifosfat je supstrat za staničnu DNA-polimerazu
� Inkorporira se u staničnu DNA
� Infekcije citomegalovirusom (CMV)� CMV nema timidin-kinazu – aciklovir se ne može koristiti!
� Stanične kinaze fosforiliraju ganciklovir
� Valganciklovir� Uveden zbog slabe oralne bioraspoloživosti ganciklovira
Penciklovir i famciklovir
� Famciklovir – manje polaran zbog esterifikacije OH skupina, bolja p.o. apsorpcija
NN
NN
esterazealdehid
oksidazaHN
N
O
virusnatimidin-kinaza
N NH2N
H3CCOO
H3CCOO
N NH2N
HO
HO
esteraze oksidaza
N NH2N
HO
HO
timidin-kinaza
HN
N N
N
O
H2N
O
HO
P
HN
N N
N
O
H2N
O
HO
PPP
staničnatimidilat-kinaza
FAMCIKLOVIRPENCIKLOVIR
jetra
Upotreba
� Penciklovir
� Jednak spektar djelovanja kao aciklovir
� Snažnije, brže i dulje djelovanje od aciklovira
� Intravenska i topička primjena � Intravenska i topička primjena
� Famciklovir
� Lipofilniji lijek
�Bolja oralna bioraspoloživost
Cidofovir
� Neki virusi nemaju timidin-kinazu� Ne može doći do prve fosforilacije u monofosfat
� Fosfonometilenska skupina = bioizoster fosfatne skupine� Nije podložna enzimskoj hidrolizi
� Nije potrebna timidin-kinaza za aktivacijuNije potrebna timidin-kinaza za aktivaciju� Stanične kinaze kataliziraju iduće dvije fosforilacije
N
N
NH2
O
OPHO
OHO
HO
fosfonometilenska skupina
N
N
NH2
O
O
OH
OP
HO
OHO
fosfatnaskupina
dCMPCIDOFOVIR
Izoster i bioizoster
� Izosteri
� Atomi/skupine atoma koji imaju istu valenciju i slična kemijska ili fizička svojstva
� Primjeri:
CH , NH , OH� CH3, NH2, OH
� CH2, NH, O
� Bioizosteri
� Skupine koje se moge koristiti umjesto nekih drugih skupina
� Biološka aktivnost molekule je nepromijenjena
Upotreba cidofovira
� Širok spektar djelovanja
� Selektivnost prema virusnoj DNA-polimerazi
� Retinitis (CMV)
� Nedostaci cidofovira
� Jako hidrofilna molekula
�Slaba oralna bioraspoloživost
� Toksičan za bubrege
�Primjena uz probenecid
Jodoksuridin
� Dobar supstrat za virusnu i za staničnu timidin-kinazu� Manja selektivnost = toksičniji
� Analog uracila/deoksitimidina/deoksiuridina
� Mehanizam djelovanjaJodoksuridin-trifosfat inhibira virusnu DNA-polimerazu i � Jodoksuridin-trifosfat inhibira virusnu DNA-polimerazu i timidilat-sintazu
� Primjena – herpes keratitis HN
N
O
O
I
O
OH
HO
Trifluridin
� Dobar supstrat za virusnu i za staničnu timidin-kinazu
� Manja selektivnost = toksičniji
� Analog timina/deoksitimidina
� Lijek izbora za liječenje herpes keratitisa O� Lijek izbora za liječenje herpes keratitisa
� Djelotvorniji od jodoksuridina HN
N
O
O
CF3
O
OH
HO
Vidarabin
� Razvijen iz prirodnog produkta morske spužve
� Šećer: arabinoza
� Analog adenina
� Sve više se zamjenjuje aciklovirom
NH2
� Sve više se zamjenjuje aciklovirom
O
OH
HO
HO
N
NN
N
Brivudin
� Analog timina (deoksitimidina)
� Infekcija varicella-zoster virusa
� Jače djelovanje od aciklovira i penciklovira
O
HN
N
O
O
O
OH
HO
Br
Foskarnet
� Inhibitor virusne DNA-polimeraze
� Nije prolijek
� Nije selektivan; toksičan
� Jako polaran – teško prolazi stanične membrane� Jako polaran – teško prolazi stanične membrane
� Terapija infekcija HSV i VZV rezistentnih na aciklovir
� Terapija retinitisa (CMV)
P
O
HO COOH
OH
Inhibitori polimerizacije tubulina
� Podofilotoksin
� Genitalne bradavice uzrokovane papilomavirusima
� Topička primjena: gel, otopina, kremaOH
O
O
O
O
OH
OCH3
OCH3
H3CO
Antisense terapija
� Korištenje oligonukleotida radi blokiranja mRNA
� Inhibicija sinteze proteina
� mRNA molekula s poznatom primarnom sekvencom
� Sinteza oligonukleotida s komplementarnim nukleinskim� Sinteza oligonukleotida s komplementarnim nukleinskimbazama za jedan mali dio mRNA
� Antisense nukleotid
� Prepoznaje komplementarni dio mRNA
� Sparivanje baza i nastajanje dupleksa
� Onemogućena je translacija i sinteza proteina
Princip djelovanja antisense nukleotida
DNA
antisenseoligonukleotid
PROTEIN
mRNA
transkripcija translacijaoligonukleotid
dupleks
X
Fomivirsen
� Jedini antisense oligonukleotid u terapiji
� 21 nukleotid s fosforotioatnom okosnicom
� Jedna OH skupina fosfata zamijenjena SH skupinom
� Povećana metabolička stabilnost� Povećana metabolička stabilnost
� Spriječena translacija i sinteza virusnih proteina
� Upotreba
� Intraokularna injekcija
� Retinitis (CMV) kod oboljelih od AIDS-a
Dokozanol
� Zasićeni masni alkohol
� CH3(CH2)21OH
� Inhibira fuziju stanice domaćina i virusa
� Herpes simpleks virus, topička primjena� Herpes simpleks virus, topička primjena
Lijekovi koji djeluju na virus HIV-a
Lijekovi koji djeluju na virus gripe
LIJEKOVI KOJI DJELUJU NA RNA VIRUSE
Lijekovi koji djeluju na virus gripe
Lijekovi koji djeluju na virus hepatitisa C
AIDS
� Stečeni sindrom imunodeficijencije
� Virus HIV-a napada CD4 T-limfocite zbog čega je imunološki sustav organizma oslabljen� Oportunističke infekcije
Karcinomi� Karcinomi
� Encefalopatija
� HIV-1: SAD, Europa, Azija
� HIV-2: Afrika
Virus HIV-a
Replikacija virusa HIV-a (I)
� Vezanje gp120 na transmembranski protein CD4 na T-limfocitima� Konformacijske promjene gp120
� Vezanje na CCR5- i CXCR4-receptore na T-limfocitu� Odstranjivanje gp120� Vezanje virusa na T-limfocit preko gp41 � Vezanje virusa na T-limfocit preko gp41 � Fuzija
� Nukleokapsida virusa ulazi u stanicu� Razgradnja kapside djelovanjem proteaze� Otpuštanje RNA i enzima u T-limfocit
� Reverzna transkriptaza koristi virusnu RNA za sintezu proviralne DNA
� Integraza katalizira umetanje proviralne DNA u staničnu DNA
Replikacija virusa HIV-a (II)
� Transkripcija → virusna RNA
� Ugradnja u nukleokapsidu virusa
� Translacija → 3 nefunkcionalna proteina
� Glikoproteini gp120 i gp41� Glikoproteini gp120 i gp41
� Proteaza
� RT, integraza i virusni strukturni proteini
� Formiranje nukleokapside s virusnim enzimima
� Izlazak virusa iz stanice
Lijekovi koji djeluju na virus HIV-a
� Inhibitori virusne reverzne transkriptaze (RT)
� Nukleozidni inhibitori reverzne transkriptaze (NRTI)
� Nenukleozidni inhibitori reverzne transkriptaze (NNRTI)
� Inhibitori proteaze� Inhibitori proteaze
� Inhibitori integraze
� Inhibitori fuzije
� Antagonisti CCR5-receptora
Anti-HIV terapija
� Najveći problem kod terapije je brza mutacija virusa
� Rezistencija na lijekove
� Lijekovi ne mogu izliječiti infekciju, ali drže ju pod kontrolom i značajno produljuju život
� Terapija: kombinacija više lijekova
� HAART = highly active antiretroviral therapy
� Inhibitor proteaze + inhibitor RT
� Inhibitor proteaze + inhibitor proteaze
� 2 NRTI + inhibitor proteaze
� NRTI + 2 inhibitora proteaze
� NNRTI + 2 NRTI
Idealan anti-HIV lijek
� Visoki afinitet prema meti u vrlo niskim koncentracijama
� Sprječava replikaciju i širenje virusa
� Mali afinitet za slične mete u stanici
� Siguran, dobre tolerancije
Aktivan prema širokom spektru izoliranih varijanti virusa� Aktivan prema širokom spektru izoliranih varijanti virusa
� Sinergističko djelovanje s drugim anti-HIV lijekovima
� Kompatibilan s lijekovima koji se koriste za liječenje drugih infekcija
� Prisutan u terapijskim koncentracijama i u stanici i u cirkulaciji
� Može prijeći krvno-moždanu barijeru
� Oralna primjena, što manje dnevnih doza
� Jeftin, zbog dugotrajne primjene
Nukleozidni inhibitori RT (NRTI)
� Zidovudin
� Didanozin
� Lamivudin
� Emtricitabin
� Dobra oralna bioraspoloživost
� Emtricitabin
� Abakavir
� Stavudin
� Zalcitabin
� Tenofovir dizoproksil
bioraspoloživost
� p.o. primjena
� Djeluju na HIV-1 i HIV-2
� Dosta toksični
Reverzna transkriptaza HIV-a
� DNA-polimeraza
� Inhibitori ne smiju imati učinak na staničnu
DNA-polimerazu
� NRTI su prolijekovi� NRTI su prolijekovi
� Aktivacija: 3 uzastopne fosforilacije
� Stanični enzimi
� Virus HIV-a nema kinazu za aktivaciju lijekova
Zidovudin (azidotimidin, AZT)
� Prvi lijek odobren za terapiju AIDS-a
� Analog dT
� 3’ šećera → azidna skupina
HN
N
O
O
CH3
HO� 3’ šećera → azidna skupina
� Mehanizam djelovanja
� Aktivacija fosforilacijom u AZT-trifosfat
� Inhibicija RT
� Supstrat za RT – inkorporacija u rastući DNA lanac uzrokuje terminaciju lanca
� Ozbiljne nuspojave: anemija
O
N3
HO
Sinteza zidovudina
HN
N
O
O
CH3
O
TrO
HN
N
O
O
CH3
O
TrO
HN
N
O
O
CH3
O
HO
TrCl CH3SO2Cl LiN3
HN
N
O
O
CH3
O
N3
HO
OMsOHOH
ClTrCl =
Ms = CH3SO2
HN
N
O
O
CH3
O
N3
TrOHCl
ZIDOVUDIN
Didanozin
� Aktivacija:
� Konverzija hipoksantin → adenin
� 3 fosforilacije
� Toksičnost: gušterača
O
HON
NHN
N
O
O
ON
NN
N
NH2
PPP
DIDANOZIN 2',3'-DIDEOKSIADENOZIN-TRIFOSFAT
HIPOKSANTIN ADENIN
Lamivudin i emtricitabin
� Analozi deoksicitidina
� Atom ugljika na 3’ zamijenjen atomom sumpora
� Selektivnije djelovanje na RT
� Manje toksični od zidovudina� Manje toksični od zidovudina
� Lamivudin – AIDS, hepatitis B
N
N
NH2
O
R
S
O
HO
EMTRICITABIN (R = F)
LAMIVUDIN (R = H)
Stavudin
� Analog timina
� Brojne nuspojave
� Nije više lijek izbora u zapadnim zemljama
HN
N
O
O
CH3
O
HO
Zalcitabin
� 2’,3’-dideoksicitidin
� Djeluje i na virus hepatitisa B
� Dugoročno toksičan, rijetko se koristi
N
N
NH2
O
O
HO
Tenofovir dizoproksil
� Prolijek nukleotida (monofosfata)
� Fosfatna skupina zaštićena s 2 estera
� In vivo hidroliza
� Ostaje u inficiranim stanicama dulje od ostalih NRTI� Ostaje u inficiranim stanicama dulje od ostalih NRTI
� Doziranje: 1x dnevno
� Toksičnost: bubreziN
N N
N
CH3
OPO
O
NH2
O
O
O
O
O
O
O
H3C
CH3
H3C
CH3
Abakavir
� Jedini analog dG
� Terapija AIDS-a kod djece u kombinaciji s inhibitorom proteaze
O
HON
NN
N
NH
H2N
Nenukleozidni inhibitori RT
� 1. generacija
� Nevirapin
� Delavirdin
� Efavirenz� Efavirenz
� 2. generacija
� Etravirin
� Rilpivirin
Mehanizam djelovanja
� Nisu prolijekovi
� Hidrofobne molekule
� Vezu se na hidrofobno alosteričko vezno mjesto
� Nekompetitivni, reverzibilni inhibitori� Nekompetitivni, reverzibilni inhibitori
� Alosteričko vezno mjesto je uz mjesto vezanja supstrata
� Vezanje NNRTI rezultira zaključavanjem susjednog mjesta vezanja supstrata u inaktivnu konformaciju
� Brza rezistencija zbog mutacije u veznom mjestu za NNRTI
� Kombinacija s NRTI
� Vežu se na isti enzim, ali na različita mjesta� Vežu se na isti enzim, ali na različita mjesta
� Usporedba s NRTI
� Veća selektivnost za RT nego za staničnu DNA-polimerazu
� Manje toksični, manje nuspojava nego NRTI
� Djeluju samo na RT HIV-1
Nevirapin, efavirenz i delavirdin
NN NO
HN
Cl
O
CF3EFAVIRENZ
NHCH3
O
NEVIRAPIN
HN
NH
SH3C
OO
O
N
N
N
HN
CH3
CH3
DELAVIRDIN
EFAVIRENZ
2. generacija NNRTI
� Potreba za lijekovima koji su aktivni i prema rezistentnim sojevima virusa
� Derivati diaminopirimidina
� Fleksibilne molekule → postojanje u više konformacija
Mogu promijeniti način vezanja u slučaju mutacije RT� Mogu promijeniti način vezanja u slučaju mutacije RT
� Jače i dulje djelovanje, manje nuspojavaNC
NH
N
N
O
H3C CH3
CN
NH2
Br
ETRAVIRIN
CH3
HN
N
NHN
CN
CH3
NC
RILPIVIRIN
Inhibitori HIV-proteaze (PI)
� HIV-proteaza� Razgradnja nukleokapside nakon penetracije u stanicu� Hidroliza nefunkcionalnog peptida nastalog translacijom
� RT, integraza i strukturni proteini
� SakvinavirNisu prolijekovi
� Sakvinavir� Ritonavir� Lopinavir� Indinavir� Nelfinavir� Amprenavir
� Fosamprenavir� Darunavir� Atazanavir� Tipranavir
� Nisu prolijekovi� Ne moraju se aktivirati
� Monoterapija: rezistencija� Kombinacija s NRTI
� Pojačavanje antivirusnog djelovanja
� Sporiji razvoj rezistencije
Enzim HIV-proteaza
� Aspartil-proteaza� Katalizira hidrolizu peptidne veze
� 2 L-Asp u aktivnom mjestu ključne za aktivnost enzima
� Simetrični dimer od 2 identična proteinska lancaSupstrat se veže na 8 mjesta na enzimu� Supstrat se veže na 8 mjesta na enzimu� S1-S4 na jednoj podjedinici
� S1’ -S4’ na drugoj podjedinici
� Razlika u odnosu na proteaze sisavaca� Proteaze sisavaca nisu simetrične
� Drugačija građa aktivnog mjesta
� HIV-proteaza hidrolizira peptidnu vezu između Pro i aromatskih AK� Osnova većine lijekova je dipeptid između Pro i Phe
Problem kod dizajniranja PI
� PI su dizajnirani na temelju peptida� Peptidni lijekovi
� Loša p.o. apsorpcija� Osjetljivost na metaboličke reakcije � Brzo izlučivanje
Ograničeno prodiranje u CNS� Ograničeno prodiranje u CNS� Vezanje za proteine plazme
� Razlozi: � Velika Mr
� Slaba topljivost u vodi� Peptidne veze osjetljive na hidrolizu
� Dobar lijek mora imati smanjen peptidni karakter� Jako inhibitorno djelovanje i poboljšane farmakokinetičke parametre
Dizajniranje inhibitora HIV-proteaze (I)
� Reakcija hidrolize amidne veze
N
O
N
HO OHH2O
NH
NH
OH
O
H2N+
PRIJELAZNO STANJE
Dizajniranje inhibitora HIV-proteaze (II)
� Supstrat u prijelaznom stanju se jače veže za enzim od samog supstrata ili produkta
� Inhibitor prijelaznog stanja se također jače veže za enzim od supstrata/produkta
� Prijelazno stanje supstrata je nestabilno
� Hidroliza uz nastajanje produkata
� Inhibitori prijelaznog stanja su stabilni
� Nema hidrolize
� Inhibiraju enzim
Dizajniranje inhibitora HIV-proteaze (III)
� Izosteri prijelaznog stanja
� Sadrže tetraedarski centar prijelaznog stanja
� Stabilni na hidrolizu
� Najpogodniji je hidroksietilamin� Najpogodniji je hidroksietilamin
� Stereokemija: R konfiguracija
N
OH
*
Dizajniranje inhibitora HIV-proteaze (IV)
� Dizajniranje lijeka na temelju prirodnog supstrata enzima (peptida)� Prirodni supstrat
� Veže se na sva vezna mjesta na enzimu (S1-S4, S1’-S4’)
� Lijek� Lijek� Ako zauzima sva mjesta molekula je prevelika, ima veliku
Mr i slabu oralnu bioraspoloživost
� Današnji lijekovi zauzimaju S1 i S1’ mjesta� Različito vezanje za S2/S3 ili S2’/S3’ vezna mjesta na
enzimu
Prva generacija PI - sakvinavir
� Prvi PI na tržištu – 1995.
� 100x selektivniji prema HIV-proteazi nego prema humanim proteazama
� Vezanje na većinu veznih mjesta na enzimu
Velika M i snažni peptidni karakter� Velika Mr i snažni peptidni karakter� Slaba oralna bioraspoloživost – 4%
� Vezanje za proteine plazme – 98%
� Uzimanje velikih doza lijeka
� Rezistencija – 45% u tijeku 1 godine� Usporeno ako se kombinira s NRTI/NNRTI
Sakvinavir i mjesta vezanja na HIV-proteazu
N OH
O
N
CH3
H3C CH3
S3
S2'
S1
HN
NH
N
OCONH2
OH
H NH
vezanje za Asp u aktivnom mjestu enzima
IZOSTER PRIJELAZNOG STANJA
S2S1'
Ritonavir i lopinavir
� Razvijeni na temelju spoznaja o simetričnoj građi HIV-proteaze
� Lijekovi – simetrični inhibitori
� Veća selektivnost za virusnu proteazu nego za humane � Veća selektivnost za virusnu proteazu nego za humane proteaze
� Peptidaze ih manje prepoznaju kao supstrate
� Povećana oralna bioraspoloživost
“Simetrična” struktura ritonavira i lopinavira
NHN
NH
HN O
S
N
H3C
H3C
CH3
O
O OH
O
S
N
RITONAVIR
OCH3H3C
O
NNH
HN
CH3H3C
O OH
O
O
H3C
CH3O
HN
LOPINAVIR
Ritonavir
� Selektivan prema HIV-proteazi
� Bolja bioraspoloživost od drugih PI
� Unatoč velike Mr, peptidnog karaktera i vezanja za proteine plazmeplazme
� Veća stabilnost na metaboličke reakcije
� Supstrat i inhibitor CYP3A4 enzima
� Inhibira svoj metabolizam i metabolizam drugih lijekova
� Interakcije lijekova
� Štiti od metaboličke razgradnje druge PI!!!
� Produljeno djelovanje i viša koncentracija u plazmi
� Kombinacije u terapiji AIDS-a
Lopinavir
� Aktivan protiv sojeva virusa resistentnih na ritonavir
� Upotreba
� Fiksna kombinacija s ritonavirom u 1 kapsuli� Fiksna kombinacija s ritonavirom u 1 kapsuli
� Ritonavir služi kao inhibitor CYP3A4 enzima preko kojeg se lopinavir razgrađuje
Noviji lijekovi….
� Povećana topljivost u vodi
� Smanjen peptidni karakter lijeka i Mr
� Dizajniranje inovativnih skupina koje mogu zauzimati S2 i S2’ vezna mjesta
� Povećana oralna bioraspoloživost� Povećana oralna bioraspoloživost
� Najnoviji PI doziraju se 1x dnevno (atazanavir) i djeluju na rezistentne sojeve HIV-virusa (darunavir, tipranavir)
� Indinavir, nelfinavir, amprenavir, fosamprenavir
� Atazanavir, darunavir, tipranavir
Ostali PI……
NN
NNH
OH
OHN
H3C CH3
CH3
O
HONH
N
OCH3
HO
S
OH
OHN CH3
CH3
CH3
INDINAVIR NELFINAVIR
O
O
HN
O
N
RO
CH3
SO2
NH2
AMPRENAVIR (R=H)FOSAMPRENAVIR (R=PO3
2-)
CH3
Ostali PI……
H3COHN
NH
N
HN
NH
OCH3
OCH3H3C
CH3
O
OH O
H3C CH3
CH3
O O
O NH
O
N
OH
CH3
S
O
O
O
H3C
CH3
NATAZANAVIR
O
CH3
O
OHH3C
SO2HNF3C
N
TIPRANAVIR
H2N
ODARUNAVIR
Inhibitori fuzije
� Inhibicija spajanja virusa i T-stanice
� Fuzija
� gp41 se veže na stanicu domaćina – 3 α-uzvojnice� gp41 se veže na stanicu domaćina – 3 α-uzvojnice
� Promjena konformacije gp41 – nastaje heksamer α-uzvojnica
� Približavanje membrana i fuzija
Mehanizam djelovanja enfuvirtida
� Enfuvirtid
� Polipeptid od 36 AK
� Tvori α-uzvojnicu te se veže na skupinu od 3 α-uzvojnice gp41
� Spriječeno je nastajanje heksamera
Fuzija
Nema fuzije
Inhibitori integraze
� Enzim koji katalizira umetanje proviralne DNA u staničnu DNA
� Raltegravir� Raltegravir
� Dolutegravir
� Elvitegravir
Raltegravir
� Diketo-enolni sustav
� Keliranje 2 Mg2+ u aktivnom mjestu enzima
Mg2+
N
N
HN
NN
OH3C
O CH3H3C
O
O
O
HN
H3C
F
H
Mg2+
Mg2+
RALTEGRAVIR
Dolutegravir i elvitegravir
O
N
NHN
FFO
OHOCH3
O
ODOLUTEGRAVIR
N
OH
O
H3C
CH3
OH
H3CO
F
Cl
O
ELVITEGRAVIR
Mg2+
Antagonisti CCR5 receptora
� Receptori na površini T-stanice
� Maravirok
� Blokira protein-protein interakcije između gp120 i CCR5 receptora CH3CCR5 receptora
HN
O
FF
N
NN
N
CH3
3
H3C
Pleriksafor
� Antagonist CXCR4 receptora
� Imunostimulator
� Terapija karcinoma
N HN
HNNH
NNH
NH HN
Gripa (influenza)
� Respiratorna bolest uzrokovana RNA virusom
� Prenosi se kapljično, zrakom
� Epitelne stanice gornjeg respiratornog trakta
� Posebno ugrožene starije osobe i pacijenti sa � Posebno ugrožene starije osobe i pacijenti sa slabim imunološkim sustavom
� Španjolska gripa, azijska gripa, hongkonška gripa, ruska gripa, kokošja gripa…
Virus gripe
� Virus influenze
� Građa
� Nukleokapsida – jednolančana RNA i RNA-polimeraza
� Proteinski matriks
� Lipidni dvosloj – porijeklom iz stanice domaćina
� 2 virusna glikoproteina
� Neuraminidaza (sijalidaza, NA) i hemaglutinin (HA)
� Ključni za prodiranje u stanicu domaćina
Replikacija virusa gripe
� Zaštitna sluz epitelnih stanica gornjeg respiratornog trakta bogata glikoproteinima i glikolipidima (GP, GL)� Terminalni šećer – sijalinska kiselina (N-acetilneuraminska kiselina)
� NA virusa hidrolizira vezu između GP/GL i sijalinske kiseline � Razgrađuje sluz� Razgrađuje sluz
� Adsorpcija virusa
� Interakcija između HA i GP na epitelnoj stanici
� Fuzija virusa i stanice
� Razgradnja nukleokapside u endosomima
� Otpuštanje RNA i RNA-polimeraze
� Sinteza virusne RNA i virusnih proteina
� Nastanak novih nukleokapsida virusa
� Izlazak virusa iz stanice pomaže NA
Lijekovi koji djeluju na virus gripe
� Blokatori M2-ionskih kanala
� Adamantani
� Amantadin
� Rimantadin
� Inhibitori neuraminidaze
� Zanamivir
� Laninamivir
� Oseltamivir
� Peramivir
Adamantani
� Mehanizam djelovanja
� Niske koncentracije
� Blokiranje M2-ionskih kanala za H+
� Visoke koncentracijeVisoke koncentracije
� Direktno povisuju pH endosoma
� Spriječeno otpuštanje nukleokapside u citoplazmu
� Problem: rezistancija
� Vežu se na specifično mjesto M2-ionskih kanala
� Rezistentni sojevi → mutacije mijenjaju građu kanala
Amantadin i rimantadin
� Virus influenze tipa A
� Amantadin toksičan
� Terapija Parkinsonove bolesti
� Rimantadin manje toksičanRimantadin manje toksičan
� Od 2009 nisu više preporučeni lijekovi za terapiju gripe zbog velike rezistencije virusa
NH2H3C NH2
AMANTADIN RIMANTADIN
Neuraminidaza
� Uloga neuraminidaze
� Pomaže ulazak i izlazak virusa iz stanice domaćina
� Tetramerni GP
2 glavna tipa NA (virus influenze A i influenze B)� 2 glavna tipa NA (virus influenze A i influenze B)
� 18 AK koje čine aktivno mjesto je konstantno
� Inhibitor bi mogao inhibirati sve sojeve virusa
� Aktivno mjesto NA je drugačije od aktivnog mjesta humanih enzima
� Inhibitori bi mogli biti selektivni antivirotici
Zanamivir i laninamivir
� Inhibitor neuraminidaze virusa influenze A i B
� Inhibitor prijelaznog stanja
� Sijalinska kiselina u prijelaznom stanju ima C=C vezu u tetrahidropiranu → dihidropiran
Umjesto OH na C4 → gvanidin� Umjesto OH na C4 → gvanidin
� Jače vezanje na enzim
O
HOOH
NH
H3C
O
OH
OH
COOH
OHSIJALINSKA
KISELINA
O COOH
HOOH
NH
H3C
O
OR
HN
NH2
NHZANAMIVIR (R=H)
LANINAMIVIR(R=CH 3)
Oseltamivir
� Inhibitor neuraminidaze virusa influenze A i B
� Prolijek – hidroliza etilnog estera u GIT-u
� Inhibitor prijelaznog stanja
NH2
NH
O
H3C
OSELTAMIVIR
O
CH3CH3
O
O
CH3
O
HOOH
NH
H3C
O
OH
OH
COOH
OHSIJALINSKA
KISELINA
Peramivir
� Najnoviji inhibitor neuraminidaze
� Djeluje i na rezistentne sojeve virusa
CH3 CH3
OH
O
OH
NH
O
H3C
HN
NH2HN
Lijekovi koji djeluju na virus hepatitisa C
� RNA virus, otkriven 1989.
� Oštećenje jetre, karcinom jetre
� Lijekovi� Pegilirani α-interferon� Pegilirani α-interferon
� Ribavirin� Uspjeh terapije: oko 40%
� Inhibitori NS3-4A proteaze virusa� Boceprevir
� Telaprevir
� Inhibitori NS5B RNA-ovisne RNA-polimeraze� Sofosbuvir
Inhibitori NS3-4A proteaze
� Funkcija enzima� Tijekom replikacije virusa u stanici domaćina se
sintetizira polipeptid od 3000 AK
� Proteaza ga cijepa u funkcionalne virusne proteine
� Serinska proteaza� Hidroliza peptidne veze između Cys i Ser/Ala
� Inhibitori stupaju u interakciju s aktivnim mjestom enzima, a nisu podložni hidrolizi
Dizajniranje inhibitora
� Amidna veza supstrata zamijenjena je keto-amidnom vezom u inhibitorima
� Karbonilna skupina ketona stupa u interakciju sa Ser u aktivnom mjestu enzima
� Nu adicija bez cijepanja veze → kovalentna veza
NH
HS
OHO
Cys
Ser
OH
HS
O
Cys
HO
SerH2N
+
HN
O
O RRveza izmedju 2 karbonila
nije podložna hidrolizi
HN
OH
O RRO
ENZ-Ser-OH
ENZ-Ser
Boceprevir i telaprevir
HN
HN
H C
N
O
CH3H3C
O
HN O
ONH2
OCH3
H3C
H3C
H3CCH3
CH3
O
BOCEPREVIR
HN
NH
N
N
N
O
O
O
HN
O
CH3
O
O
HN
TELAPREVIR
H3C CH3
CH3
Inhibitori NS5B RNA-ovisne RNA-polimeraze
� Sofosbuvir
� Fosforamidatni nukleotidni prolijek
� Derivat uracila
� U stanici nizom enzimskih reakcija u aktivni trifosfat
HN
N
O
O
O
O
HO F
CH3
P
OHN
O
CH3
O
OH3C
H3C
HN
N
O
O
O
O
HO F
CH3
P
O
OOH
P
O
OP
HO
O
OH OH
SOFOSBUVIR AKTIVNI LIJEK
Mehanizam djelovanja i upotreba
� Mehanizam djelovanja
� Supstrat NS5B RNA-ovisne RNA-polimeraze
� Ugradnja u rastući RNA lanac → terminacija lanca
� Inhibicija replikacije virusa� Inhibicija replikacije virusa
� Selektivno djeluje na enzim virusa
� Ne djeluje na humanu DNA-polimerazu i RNA-polimerazu
� Upotreba
� Kombinacija s ribavirinom i/ili pegiliranim interferonom
� Uspjeh u 90% slučajeva
ANTIVIROTICI ŠIROKOG SPEKTRA
Lijekovi
� Ribavirin
� Interferoni
� Interferon-α� Interferon-β� Interferon-β� Ineterferon-γ� Pegilirani interferoni
� Inozin pranobeks
Ribavirin
� Nukleozid
� Mehanizam djelovanja� Indukcija mutacija u virusnom genomu
� Inhibicija inozin-5’-monofosfat dehidrogenaze
� Ribavirin-trifosfat
N
N
O
NH2
� Ribavirin-trifosfat
� Inhibicija gvanil-transferaze
� Inhibicija RNA-ovisne RNA-polimeraze
� Rezistencija rijetka
� Upotreba� Djeluje na DNA i RNA viruse
� Virus hepatitisa C i respiratorni sincicijski virus
� Kombinacije s drugim lijekovima
N
O
HO
OHOH
N
Interferoni
� Prirodni proteini i glikoproteini
� Proizvode ih stanice domaćina kao odgovor na infekciju
� Inhibiraju sintezu proteina virusa i replikaciju virusa
� Danas se dobivaju rekombinantnom DNA tehnologijom
� Djelovanje� Antivirusno djelovanje
� Terapija gripe, hepatitisa, herpesa, prehlade
� Imunostimulatorno djelovanje� Karcinomi, multipla skleroza
� Ozbiljne nuspojave� Mučnina, depresija, mijelosupresija, kardiotoksičnost,
nefrotoksičnost, hepatotoksičnost, epileptični napadaji….
� α-interferon (alferon, IFN-alfa)� Proizvode ga limfociti
� Antivirusno djelovanje: hepatitis B; hepatitis C (+ ribavirin)
� Antikarcinogeno djelovanje: leukemija vlasastih stanica, Kaposijevsarkom, kronična mijeloična leukemija
� β-interferon� Proizvode ga fibroblasti
� Multipla skleroza
� γ-interferon� Proizvode ga T-stanice
� Pegilirani interferoni� Vezanje na PEG produljuje djelovanje, rjeđe doziranje (1x tjedno)
Inozin pranobeks
� Inozin = nukleozid (hipoksantin + riboza)
� + dimetilaminoizopropanol + 4-acetamidobenzojeva kiselina
� Imunostimulator
� Upotreba
Infekcije virusom herpesa
NHN
O
� Infekcije virusom herpesa
� Genitalne bradavice
� Encefalitis (komplikacija ospica) O
OH
HONN
OH
INOZIN
H3CN
CH3
OH CH3
COOH
NH
H3C
O
DIMETILAMINOIZOPROPANOL
4-ACETAMIDOBENZOJEVA KISELINA
Palivizumab
� Prepoznaje specifični antigen na virusu
� Označava ga za uništenje djelovanjem imunološkog sustava
� Palivizumab� Palivizumab
� Humanizirano monoklonsko protutijelo
� Respiratorni sincicijski virus
Registrirani lijekovi u RH
� Lijekovi koji djeluju na DNA viruse
� Aciklovir − Herplex, Virolex, Zovirax
� Ganciklovir − Cymevene
� Valganciklovir − Valcyte, Valganciklovir� Valganciklovir − Valcyte, Valganciklovir
� Brivudin − Brivuzost
� Dokozanol – Erazaban
Registrirani lijekovi u RHLijekovi za terapiju AIDS-a
� Darunavir − Prezista
� Indinavir − Crixium
� Lopinavir + ritonavir − Kaletra
� Ritonavir − Norvir
� Tipranavir − Aptivus
� Abakavir − Ziagen
� Lamivudin − Epivir, Zeffix
� Abakavir + lamivudin − Kivexa
� Lamivudin + zidovudin − Combivir, Lamonian, Lamivudin/zidovudin
� Stavudin − Zerit� Nevirapin − Neviran, Viramune
� Efavirenz − Efavirenz, Stocrin
� Etravirin − Intelence
� Rilpivirin − Edurant
� Maravirok − Celsentri
� Stavudin − Zerit
� Didanozin − Videx
� Telbivudin − Sebivo
� Tenofovir − Viread
� Tenofovir + emtricitabin − Truvada
� Tenofovir + emtricitabin + rilpivirin − Eviplera
� Raltegravir − Isentress
� Dolutegravir − Tivicay
Registrirani lijekovi u RHOstali antivirotici
� Oseltamivir − Tamiflu
� Zanamivir − Relenza
� Boceprevir − Victrelis
� Telaprevir − Incivo� Telaprevir − Incivo
� Inozin − Isoprinosine
� Pavlizumab − Synagis
� Ribavirin − Copegus, Rebetol