http://www.farmacia.uniba.it/didattica/lezioni-in-rete/CTF/chimica- farmaceutica-2/index.html
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Antivirali• Virus: classificazione, ciclo di
replicazione;
• Target di farmaci antivirali
• Antinfluenzali;
• Antierpetici;
• Anti-HIV
• Farmaci antiepatite
•Sono microorganismi infettivi responsabili di numerose patologie umane ed animali.
•Si comportano da parassiti intracellulari obbligati sfruttando i processi metabolici
della cellula che hanno invaso.
•Sono costituiti da :
• MATERIALE GENETICO: RNA o DNA a singolo o doppio filamento
• CAPSIDE: rivestimento di natura proteica ; protegge il genoma virale e media la
penetrazione virale intracellulare, interagendo con la superficie delle cellule
bersaglio.
In alcuni virus (orthomyxovirus, herpesvirus, poxvirus) all'esterno del
nucleocapside vi è un rivestimento lipoproteico, detto PERICAPSIDE
• NUCLEOCAPSIDE: materiale genetico + capside
Alcuni virus possono integrare una copia del proprio materiale genetico all‟interno
dei cromosomi della cellula ospite, realizzando così una “latenza virale”, condizione
per cui l‟infezione può nuovamente manifestarsi senza riesposizione al virus.
Virus
CLASSIFICAZIONE dei VIRUSdal 1966 Comitato Internazionale per la Tassonomia dei Virus (ICTV)
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ICTVdb/Ictv/index.htm)
Criteri:
• acido nucleico (DNA o RNA)
• simmetria del capside (icosaedrica, elicoidale, complessa)
• envelope/capside si-no
• architettura del genoma (de o es, +/-)
• modalità replicative
• polimerasi associata al virione
• diametro virione (nm) e n. capsomeri
• dimensioni genoma (kb)
VIRUS a DNA
VIRUS a RNA
Poxiviridae Iridoviridae
Herpetoviridae Adenoviridae Papoviridae Parvoviridae
Paramyxoviridae Orthomyxoviridae Arenaviridae
Coronaviridae Retroviridae
Reoviridae Picornaviridae Rabdoviridae Togaviridae Bunyaviridae
Orbivirus
Arbovirus
100 nm
(…viridae)
Poxvirus (vaiolo)Herpes virus (varicella, herpes zoster, herpes simplex) Adenovirus (congiuntiviti, laringiti, raffreddore)Hepadnavirus (epatite C)Papillomavirus (verruche)
Orthomyxovirus (influenza)Paramyxovirus (morbillo, parotite)Rubella virus (rosolia)Picornavirus (poliomelite, meningite, raffreddore)Arenavirus (meningite linfocitaria, febbre emorragica)Arbovirus (febbre gialla, encefalite da artropodi
Retrovirus (AIDS, leucemia da linfociti T)
• Ordine suffisso -virales• Famiglia suffisso –viridae• Sottofamiglia suffisso –virinae• Genere suffisso –virus
1) AdsorbimentoAttacco del virus ad alcuni recettori che si trovano sulla membranacitoplasmatica della cellula bersaglio.
CICLO DI REPLICAZIONE VIRALE
2) Penetrazione- per endocitosi- per fusione
3) Liberazione dell' acido nucleico viraleDecapsidizzazione (uncoating).
4) Sintesi dei componenti viraliAcidi nucleici, materiale proteico
5) Sintesi ed assemblaggio dei componenti capsidiciFormazione di virioni.
6) Liberazione della progenie viraleEventuale formazione del pericapside e fuoriuscita del virusneoformato dalla cellula.
I farmaci AV dovrebbero inibire i processi replicativi specifici delvirus o bloccare in maniera preferenziale le sintesi degli acidi nucleicio delle proteine dirette dal virus e non quelle dirette dalla cellulaospite.
TERAPIA ANTIVIRALE
1. Hanno uno spettro ristretto e il bersaglio della loro azione è spessouna proteina virale (es. M2) o un enzima (sialidasi, polimerasi otrascrittasi);
2. Generalmente non attivi nei confronti dei virus in fase non replicativao quiescente del ciclo vitale;
3. Spesso tossici e poco selettivi;4. La modificazione prodotta anche su un solo nucleotide, che comporta
la sostituzione di un solo aminoacido in posizione critica nellaproteina bersaglio, è spesso sufficiente per lo sviluppo di resistenzaal farmaco antivirale
.
LIMITI DEI FARMACI ANTIVIRALI
FARMACI ANTI INFLUENZALI
Virus responsabili di patologie del tratto respiratorio (VRTIs)
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ICTVdb/ICTVdB/
Bronchite-polmonite
stagione, età, campionamento e tecnica di rilevazione
Raffreddore comune
•Anche Picornavirus (poliomelite e meningite); ** virus ubiquitario, altamente infettivo, proporzione epidemiche durante l‟inverno; *** infezioni tratto respiratorio (3% bambini); **** infezioni tratto respiratorio superiore (7-18% adulti)
**
***
****
Influenza A virus
• Virioni: sferici, pleomorfi talvolta filamentosi. • 80-120nm Ø; 200-300nm;
glycoprotein hemagglutinin and neuraminidase
*
(incidenza)
Costituenti proteici principali del capside dei virusdell‟ influenza:
• Emoagglutinina (Glicoproteina)• Sialidasi/Neuraminidasi) (Glicoproteina)• Proteina integrale di membrana M2 ( canale ionico; Vir influenza tipo A)• Proteina integrale di membrana NB (canale ionico; Vir. influenza di tipo B)
L’emoagglutinina si lega ai recettori cellulari (si lega ai residui di acidosialico di sialoglicoconiugati) per iniziare la penetrazione del virus.
La sialidasi (neuraminidasi) è un enzima che distrugge i recettori perl‟emoagglutinina, situati sulla superficie cellulare (a livello molecolare scinde iresidui terminali di acido sialico dai glucocomplessi cellulari) ed in tal modoconsente il rilascio del virus dalle cellule infettate dopo la sua moltiplicazioneintracellulare.
Poiché le secrezioni respiratorie sono composte da mucopolisaccaridicontenenti acido sialico, la sialidasi agendo anche a questo livello facilitala diffusione del virus nell’albero respiratorio.
Glicoproteine di
superficie
GD1
GD1 (glicoconiugati)
OHO
OH
OH
HN
OOH
OHO
OH
a-Neu5AcN-acetylneuramicacid ; (Sialic acid)
(16 sottotipi)
Nota anche come neuraminidasi (5 sottotipi)
~500 clustered; 10-14 nm ; 4-6 nm Ø; HA/NA-4,5/1; proprietà antigeniche, classificazione.
GD1
Proteina M2: canale H+ (pH attivato); pr. omotetramerica, transmembranale
CH3
H C NH2
RIMANTADINA
Flumadine, in USA
(non disponibile in Italia)
NH2
AMANTADINA
Mantadan - Roche
MECCANISMO D’AZIONEAmantadina: blocco della proteina M2 del virus dell‟influenza A.Rimantadina: blocco della proteina M2 del virus dell‟influenza A possibileinterferenza con il ciclo replicativo virale (ruolo di una proteina virale espressadal gene virale M2)
USI TERAPEUTICIProfilattici per os (virus influenzale A). Efficacia del 70-90% nel prevenire l'influenza.Entro 48 ore dall‟avvenuto contagio, limitano la sintomatologia influenzale riducendo
significativamente la frequenza e la gravità delle complicanze respiratorie.Non presentano attività contro il virus dell‟influenza B.Hanno anche azione, non correlata, nel migliorare i sintomi del PD
NH2
CH3CH3
Memantina (AD [PD]; antagonista NMDA)
Resistenza a questi farmaci (umani, uccelli, suini) > del 90%
NATURE, Vol 451, 31, 2008
perturbazione del pKa del residuo critico His37
Modello di inibizione M2-Adamantina
Meccanismo di azione della sialidasi del virus dell‟influenza
residui terminali di Neu5Ac legati (a-chetali*)
* Conformazione a semisedia distorta
*
*
alpha
beta
Structure-based TS inhibitor design
OHO
OH
OH
HN
OR
OH
O
HN NH2
NH
NH2
N3
R=
4-deoxy-4-guanidino-Neu5Ac2
Zanamivir,1999 (GSK)(Relenza ®, inal. Rapida escrez.)Ki = 2• 10-10M
Intermedio di sintesiInibitori, in vitro ed in vivo, della
replicazione virale nell‟influenza A e B
4-amino-4-deoxy-Neu5Ac2en
Ki = 4• 10-8M
Ki = 4• 10-6M
1
45
1
OOH
O
R
HN
OOH
R = X-alchile, arile,…X→O, N, S
Primo inibitore della sialidasi attivo per o.s. approvato per la cura dell‟influenza (1999-2000)
Utilizzato anche nella crisi influenzale epidemica causata da H5N1 nel 2005 (cfr inluenza “spagnola” 1918-1919)
(Roche)
The development of peramivir is supported by the US Department of Health and Human Services as part of the US government's effort to prepare against the threat of aninfluenza pandemic.[2]
Peramivir is already available in Japan as RAPIACTA (R) and also available in South Korea as PERAMIFLU. Peramivir is currently the only intravenous option for treating swine flu. The drug is in Phase III studies in US.[3][4] BioCryst Pharmaceuticals submitted a new drug application (NDA) to the U.S. Food and Drug Administration (FDA) for peramivir in December 2013.[5]
Peramivir
8 aa altamente conservati + ulteriori 10 aainvariati, in tutti i ceppi di virus influenzali,in prossimità del sito attivo
NH
Catione Sialico
Acido Sialico
Inibitori stato di transizione: analogie strutturali
R=NHC(NH)NH2
Zanamivir
Principali interazioni polari dell’Oseltamivir, nella sua forma attiva acida GS-4071, con la NA.
Le principali interazioni del GS-4071 con gli amminoacidi del sito di legame della NA H1N1 nativa (Pandemia influenzale del 2009),
sono illustrate nella struttura cristallografica del complesso riportato in Figura . Con l’eccezione di un solo amminoacido, il Glu276,
i 12 amminoacidi del sito attivo e una molecola di acqua strutturale che legano l’inibitore sono strettamente conservate.
Le cavità enzimatiche di legame sono indicate con il codice Cx e delineano le regioni dell’enzima che interagiscono con il sostituente
sul carbonio Cx dell’ anello cicloesenico.
Figura . Interazioni intermolecolari del complesso GS-4071:NA-H1NI (Codice PDB: 2HU4). Gli atomi di carbonio dell’ inibitore e
degli amminoacidi sono indicati rispettivamente in celeste ed in grigio. Gli atomi di ossigeno e di azoto sono indicati, rispettivamente,
in rosso ed in blu. I legami idrogeno sono riportati con linee tratteggiate rosse.
SOTTOFAM.
virus INFEZIONE PRIMARIA INFEZIONE RICORRENTE
LATENZA
a Tropismo
tessutale
ampio
H. simplex 1 e 2 (HSV1, HSV2)
Asintom., les. vescicolari cutanee o
mucose, les. oculari, encefalite,
infezione generalizzata (neonatale)
encefalitecellule dei
gangli nervosi
Virus varicellazoster (VZV)
VaricellaHerpes zoster(fuoco di S. Antonio)
b Tropismo
tessutale
ristretto
Cytomegalovirus(CMV)
Asintomatica, mononucleosi.Infezione congenita
Nessuna nel soggetto senza deficit immunitari
cellule
epiteliali,
endoteliali e
monociti
Herpesvirusumano 6 (HHV6)e 7 (HHV7)
Asintomatica, esantema critico osesta malattia, associazione conconvulsioni febbrili nell‟infanzia,sesta malattia (HHV7)
g Tropismo
limitato alle
cellule
linfoidi
Virus di Epstein-Barr (EBV)
Asintomatica,mononucleosi infettiva
Nessuna nel soggetto senza deficit immunitari
Herpesvirusumano 8 (HHV8)
Associato al sarcoma di Kaposi cellule linfoidi
HERPES VIRUS
Ciclo di replicazione degli Herpesvirus
Il DNA codifica per più di 50 proteine essenziali e attive in molti stadi del ciclo virale
DNA polimerasi
N
NH
O
O
I
O
OH
OH
Idoxuridina (1960)-cheratite erpetica
N N
NHN
O
NH2
O
OH
Aciclovir (fine „70) 9-(2-idrossietossimetil) guaninaHSV-1/2
3 classi di geni virali sono trascritti e traslati in specifiche proteine
Immediate-early proteins:partecipano alle successive fasi di trascrizione e traslazione
Early proteins:sintetizzano nuovo DNA virale usando il DNA circolare quale templato
Late proteins:assemblano i capsidi che incorporano nuovo DNA virale replicato
I nucleocapsidi lasciano il nucleo pre gemmazione attraverso la membrana interna nucleare (envelopment) fino allo spazio perinucleare
Le particelle virali mature raggiungono vescicole esocitiche che fondono con la membrana plasmatica rilasciando nuovi virioni
Transfer nucleotidico (DNA Polimerase)
Deossinucleoside trifosfato (dNTP)
ACICLOVIR
H2
H
OHO
N
O
N
NN
NH2
H
OOP
N
O
N
NN
NH2
H
OOPP
N
O
N
NN
N
H2
H
OOPPP
N
O
N
NN
N
ACICLOVIR monofosfato ACICLOVIR difosfato
DEOSSIGUANOSINA trifosfato
H
O
OH
OPPP
N
NN
N
O
H2N
timidina chinasi virale
enzimi fosforilanticellulari
enzimi fosforilanticellulari
ACICLOVIR trifosfato
Compete con la deossiguanosina trifosfato endogena
L'aciclovir viene convertito nel derivato monofosfato da una chinasi dell'herpes virus; l'affinitàdell'aciclovir per la chinasi virale è circa 200 volte maggiore dell'affinità per l'enzima presente nellecellule di mammifero, per cui l'aciclovir viene attivato selettivamente solo all'interno delle celluleinfettate dall'herpes virus.
Gli enzimi cellulari convertono l'aciclovir monofosfato ad aciclovir trifosfato, in grado di competerecon la deossiguanosina trifosfato. L'aciclovir trifosfato inibisce competitivamente la DNA polimerasivirale (e, in misura minore la DNA polimerasi delle cellule). Inoltre viene incorporato nel DNA virale, doveprovoca l'arresto del processo di allungamento della catena a causa della mancanza del gruppo ossidrilicoin posizione 3'.
ACICLOVIR: Meccanismo d‟azione
Timidina kinasi(herpes virus)
Kinasi UL97(HCMV)
PENCICLOVIR(Vectavir)
Analogo della
deossiguanosina
GANCICLOVIR
(Citovirax)
Analogo della
deossiguanosina
ACICLOVIR(Zovirax)
Analogo della
deossiguanosina
DEOSSIGUANOSINA
N
O
N
NN
N
H
H2
OCOO
NH2
VALACICLOVIR
(Talavir)
Profarmaco
(L-valil estere)
dell'aciclovir
FAMCICLOVIR(Famvir)
Profarmaco
(diacetilestere) del
penciclovir
VALGANCICLOVIR
(Valcyte)
Profarmaco
(L-valil estere) del
ganciclovir
N
O
N
NN
N
H
H2
OCOO
NH 2HO
N
NH N
N
O
NH2
OH
OH
N
NH N
N
O
NH2
O
OH
OH
N
NH N
N
O
NH2
O
O
O
O
N
NH N
N
O
NH2
O
OH
N
NH N
N
O
NH2
OH
OHH
OH
O
O N
N
OH
NH2
OH
OP
O
OH
HO
CIDOFOVIR (Vistide, Pharmacia & Upjohn)
MECCANISMO d‟AZIONE: Non richiede l'attivazione da parte della timidina chinasivirale. Chain terminator
FARMACOCINETICA: Emivita compresa tra 20 e 60 ore.
USI TERAPEUTICI: Somministrato per infusione e.v. una volta a settimana per duesettimane, poi una volta ogni due settimane come mantenimento, può rallentare laprogressione della retinite da CMV.
EFFETTI COLLATERALI: Nefrotossicità, neutropenia, acidosi metabolica, in alcuni casiirite, uveite o ipotonia oculare. Per ridurre il rischio di nefrotossicità la terapia con talefarmaco deve essere associata alla somministrazione di probenecid orale e adun'adeguata preidratazione con soluzione salina isotonica. Oncogeno negli animali.
RESISTENZA: Ceppi di CMV resistenti al ganciclovir presentano raramente unaresistenza crociata al cidofovir.
CITIDINAMONOFOSFATO
OH
O N
N
NH2
OCH2P
O
HO
OH
CIDOFOVIR
INIBITORI NUCLEOTIDICI DELLA DNA POLIMERASI
Analogo della citidina monofosfato
[(2S)-1-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)-3-hydroxypropan-2-yl]oxymethyl-phosphonic acid
EVOLUZIONE DEGLI INIBITORI NUCLEOSIDICI DELLA DNA POLIMERASI
H
O
I
O
O
N
N
OH
HO
H
O
O
O
N
N
OH
HO
CF3
Idoxuridina
Evidenze dimutagenicitàad alte dosi
Trifluridina
Evidenze dimutagenicità adalte dosi
Ganciclovir
Evidenze di mutagenicità ad alte dosi
Aciclovir
Non mutagenico
H 2
H
O HO
N
O
N N
N
H2
H
O
HO
HO
N
O
N
NN
N
• Tutti gli analoghi nucleosidici anti-HCMV sono significativamente tossici;• Quasi tutti quelli clinicamente efficaci agiscono ai medesimi siti attivi
della chinasi virale e della DNA polimerasi con conseguente comune resistenza;
• In pazienti affetti da AIDS il 6% di isolati HSV sono aciclovir-resistenti ed il solo trattamento disponibile in questi casi è dato dal foscarnet.
Penciclovir
HO
HO
N
O
N
NN
N
H
H2
ONa
P CNaO
O
O
ONa
MECCANISMO d’AZIONE: Inibisce la sintesi dell‟acido nucleico virale interagendodirettamente con la DNA polimerasi dell‟ herpes virus o con la transcrittasi inversadell‟HIV.
USI TERAPEUTICI: Per infusione e.v. (con velocità di infusione controllata in un grandevolume di liquidi) efficace nelle infezioni da HSV o VZV aciclovir-resistenti e nella retiniteda CMV (anche da ceppi ganciclovir-resistenti). E‟ più costoso e generalmente meno bentollerato del ganciclovir. L‟uso associato di foscarnet e ganciclovir può portare beneficio adalcuni pazienti in cui la monoterapia risulta inefficace.
EFFETTI COLLATERALI: Tossicità renale, in alcuni casi nausea, vomito, anemia,affaticamento, cefalea, ulcerazioni genitali, disturbi a carico del SNC, ipo- e ipercalcemia,ipo- e iperfosfatemia, ipopotassiemia e ipomagnesiemia. Il foscarnet può accrescere ilrischio di anemia correlata a zidovudina. Causa un danno cromosomico in vitro e in vivo
RESISTENZA: Ceppi di HSV, VZV e CMV resistenti al foscarnet possono emergeredurante la terapia. Sono stati segnalati ceppi di CMV resistenti sia al ganciclovir che alfoscarnet.
FOSCARNETphosphonoformic acid
INIBITORI NON NUCLEOTIDICI DELLA DNA POLIMERASI
Oligonucleotidi (13-20, dNP) con sequenza complementare alle regioni di controllo delfilamento di DNA codificante (senso). L‟oligonucleotide (rosso) si lega alle regioni dicontrollo del DNA, formando un complesso a tripla elica che impedisce all‟RNA polimerasidi legarsi al DNA per dare inizio alla trascrizione.
INIBITORI ESPRESSIONE GENICA OLIGONUCLEOTIDI ANTISENSO
DNA, d(P-tio) (5‟G-C-G-T-T-T-G-C-T-C-T-T-C-T-T-C-T-T-G-C-G5‟), sale eicosasodico (oligonucleotide fosforotioato)
FOMIVIRSEN(Vitravene)
• approvato da FDA come anti-HCMV;• possibile meccanismo di inibizione dell‟espressione genica (antisenso
complementare al mRNA HCMV IE2);• non inibisce l‟espressione della proteina HCMV IE2;• la sequenza del target IE2 non è alterata in mutanti resistenti al
fomivirsen;• relativamente potente ma farmacocinetica sfavorevole;• terapeuticamente utile in retinite da HCMV;• necessita di pazienti motivati (iniezione intraoculare).
(trascrizione)
B= Base Nucleica
Ponti diesterei in oligonucleotidi Naturali e S-oligo (Tioati)