TERAPIA ANTIVIRALE
La chemioterapia antivirale si basa sul
fatto che definiti stadi del ciclo replicativo
virale o enzimi virali specifici e le loro attività
possono essere selettivamente inibiti senza
compromettere seriamente la normale
funzionalità cellulare
Considerazioni……
SELETTIVITA’ RELATIVA:
L’affinità del farmaco per la struttura o
funzione virale è superiore a quella per le
strutture o funzioni cellulari per le quali
sussiste una certa reattività
VARIANTI VIRALI FARMACO-RESISTENTI:
la terapia prolungata con un certo farmaco antivirale può
causare la selezione di ceppi virali resistenti all’attività
antivirale del farmaco.
TOSSICITA’ CELLULARE E SVILUPPO DI FARMACO-RRESISTENZA
COSTITUISCONO CARATTERISTICHE INTRINSECHE DELLA
TERAPIA ANTIVIRALE
Strategie per lo sviluppo di antivirali
Inibitori della fusione
Enfuvirtide oT-20
Peptide sintetico di 36 aa capace di
legarsi alla proteina fusogena gp41 di
HIV impedendone l’azione
(Probably block interaction of gp41 with cell
membrane proteins during fusion)
Peptidi simili al T20 si sono rivelati attivi
nei confronti di alcuni Paramixoviridae
(v. morbillo, v. parainfluenzale,
v. respiratorio sinciziale)
Inibitori della spoliazione
(o scapsidazione)
AMANTADINA
RIMANTADINA
Interferiscono con
il processo di
scapsidazione (uncoating) e forse
con la trascrizione
dell’RNA virale
Utilizzati per il trattamento dell’infezione da virus influenzale A
Amantadine:
amina triciclica
(utilizzata in occasione della pandemia influenzale del 19669
Ad opportune concentrazioni inibisce specificamente la replicazione del
virus ‘flu A (200mg/day)
A dosi più elevate, non utilizzabili in vivo, è in grado di inibire anche virus influenzale B,
rosolia, arenavirus e paramixovirus.
FARMACOCINETICA: dopo somministrazione orale raggiunge livelli
plasmatici idonei alla sua azione dopo 2-5 ore.
•Prophylaxis: Reduce flu by 70-90%
Good alternative to vaccine for:
• Elderly
• Immunocompromized
• Allergic
• Where causative strain not the vaccine strain
Amantadine
L’amantadina che si ritrova ad alte concentrazioni nei
lisosomi cellulari, bloccando il canale ionico costituito
dalla proteina virale M2, ostacola la migrazione degli ioni
H+ verso l’interno della particella virale
Inibizione dell’acidificazione dell’ambiente
“intravirionico”,
indispensabile per la liberazione dell’acido nucleico virale
Rimantadine: 1993
Inibisce efficacemente la replicazione del virus influenzale A
Differenti caratteristiche
farmacocinetiche:
• Raggiunge livelli plasmatici elevati
lentamente
• Tempo di dimezzamento doppio
• Concentrazioni elevate nelle secrezioni
respiratorie
Arildone
• Uncoating of picornavirus e.g.
polio, echo, rhino
Sembra inibire
l’esposizione
dell’acido nucleico di
alcuni virus come
polio ed herpes
Similar mechanism:
Pleconaril
3-methyl
isoxazole
group
N
O
O
CH3
WIN 71711
O N
(Disoxaril)
3-methylisoxazole group inserts in capsid VP1 and covers ion channel
Pleconaril binds to a hydrophobic pocket in VP1, the major
protein which comprises the capsid (the outer "shell") of
picornaviruses. In enteroviruses, this prevents the virus from
exposing its RNA, and in rhinoviruses it also prevents the
virus from attaching itself to the host cell.
Inibitori della sintesi
del DNA virale
Farmaci analoghi delle basi nucleosidiche:
• IDU (idodesossiuridina)
• TFT (trifluorotimidina)
• Ara-A (vidarabina)
• Acyclovir
• Ganciclovir
• Penciclovir
Bloccano selettivamente alcune specifiche attività enzimatiche essenziali
per la replicazione virale
Azione contro diversi membri della famiglia Herpesviridae
che replicano il proprio genoma utilizzando una DNA polimerasi virale
sintetizzata nella cellula ospite
Idoxuridine: 1962
Induce un’ alterata
sintesi delle proteine
virali da parte della
cellula infetta e
provoca il blocco della
replicazione virale
• Pyrimidine analog
• Toxic
• Topical - Epithelial herpetic keratitis
Excellent anti-herpes drug
Acyclovir (ACV) =
acycloguanosine =
idroetossimetilguanina=
Zovirax
Ganciclovir = dididrossipropoximetilguanosina
=Cytovene
Rispettivi Profarmaci:
valaciclovir,valganciclovir, famciclovir,
etc)
Purine analog
Activated by viral kinase
(Analoghi aciclici della guanosina)
Meccanismo d’azione degli analoghi
nucleosidici
Vengono fosforilati sia da chinasi virali, quali la timidina chinasi (TK) di HSV e la protein
chinasi (PK) di CMV, sia da enzimi cellulari come la guanosil-monofosfato (dGMP) chinasi
e nucleotide (dNDP) chinasi. Le forme trifosfato agiscono come terminatori di catena
competendo con il nucleoside naturale (dGTP)
Acyclovir (ACV)
•Attivo in vitro nei confronti di HSV-1 e HSV-2, VZV, EBV.
•Blocca la sintesi del DNA virale inibendo la DNA polimerasi virale:
la forma trifosforilata competendo in maniera specifica con la guanidina
trifosfato (dGTP) può essere inserita nella catena nascente di DNA
bloccandone l’allungamento.
Chain terminator
Competendo con il
guanosintrifosfato per
l’incorporazione nel
DNA virale
neoformato, impedisce
che la catena di acido
nucleico possa
ulteriormente
allungarsi
Selective to virus-infected cells
Ganciclovir
• Capace di inibire tutti i membri della
famiglia Herpesviridae
• Differisce dall’aciclovir per la sola
aggiunta di un gruppo idrossimetilico
• Attivo in maniera spiccata nei
confronti della replicazione del CMV
• Terminatore di catena di acidi nucleici
virali
• Viene fosforilato nella forma mono-P da
una protein-chinasi (PK) codificata dal
gene UL97 di CMV
• Maggiore tossicità rispetto all’aciclovir
• Utilizzato solo nei pazienti a rischio per
gravi infezioni da CMV(trapiantati)
• Somministato per vie ev
• Mentre il suo profarmaco, valganciclovir,
che viene convertito in ganciclovir dopo
la somministrazione , viene
somministrato per os
Analoghi nucleotidici
Foscarnet
Analogo inorganico del pirofosfato
in grado di inibire in vitro la replicazione dei membri della
famiglia Herpesviridae e Hepadnaviridae agendo
selettivamente sulle DNA polimerasi virali
Non richiede fosforilazione da parte di chinasi
Si lega al sito della DNA polimerasi virale che catlizza la
scissione del pirofosfato dal nucleoside trifosfato
incorporato nella catena di DNA.
Analogo del pirofosfato
Impedendo il rilascio di pirofosfato
anche il foscarnet porta ad una terminazione
prematura della catena di DNA virale
nascente
Analoghi nucleotidici
CIDOFOVIR
Analogo della citidina-monofosfato
in grado di inibire la replicazione di diversi virus
(Adenovirus, Herpesviridae e Papovavirus)
ma prevalentemente utilizzato per l’infezione da CMV
VIDARABINA
Analogo dell’adenosina
che viene fosforilata da enzimi della cellula ospite (kinasi cellulari) dando
luogo ad un derivato trifosforilato che agisce inibendo la DNA polimerasi
virale , determinando un prematuro arresto delle catene nascenti di DNA
virale.
Spettro di attività limitato ai virus erpetici (HSV 1 e 2, VZV). Efficace nel
trattamento delle infezioni disseminate da herpes simplex, zoster e
dell’encefalite erpetica
Farmaco concepito originariamente come antineoplastico
E’mutageno e teratogeno
VIDARABINA
Adenine arabinoside (Ara-A)
Problems : Severe side effects
• Resistant mutants (altered polymerase)
Competitive
inhibitor of virus
DNA polymerase
which is much
more sensitive
than host
polymerase
• Chromosome breaks (mutagenic)
• Tumorigenic in rats
• Teratogenic in rabbits
Use: topical applications in ocular herpes
simplex
lamivudina
Lamivudina
lamivudina trifosfato
enzimi cellulari
DNA pol virale
chain terminator
La lamivudina interagisce selettivamente con la trascrittasi inversa
sia dell’HIV che dell’HBV, bloccando la sintesi del DNA virale;
l’effetto inibitorio è dovuto alla sua incorporazione nel DNA nascente
di cui termina prematuramente l’estensione della catena.
RIBAVIRINA
Composto sintetico analogo della guanosina
(adenovirus, poxvirus, retrovirus, mixovirus, arenavirus,
hepacvirus, bunyavirus)
RIBAVIRINA
• Meccanismo virustatico differente a seconda del virus
• Esercita la sua azione su diversi bersagli cellulari e virali.
• La forma mono-P del farmaco inibisce un enzima chiave
nella biosintesi del GTP (inosina-monofosfato
deidrogenasi), determinando un’alterazione della
composizione del “pool” nucleotidico.
• La forma tri-P oltre a inibire l’attività delle polimerasi
virali, è in grado di inibire il “capping” degli mRNA virali
inibendo l’enzima reponsabile di questo processo
(guanililtrasferasi)
• Ha capacità mutageniche, trasformanti e teratogene
Inibitori della trascrittasi inversa
(RT)
Primo di una classe di composti denominati dideossinucleosidi:
Analoghi nucleosidici in grado di inibire selettivamente
l’attività di questo enzima
•Analogo della timidina in cui il
gruppo ossidrile 3’ è sostituito da
un gruppo azidico.
•Attivo
principalmente
nei
linfociti T, meno efficace
nell’inibire la replicazione del
virus nei monociti-macrofagi.
AZIDOTIMIDINA
AZT
Meccanismo d’azione tipico degli analoghi nucleosidici.
Dopo la fosforilazione ad opera di enzimi cellulari (timidina chinasi TK,
timidilato chinasi dTMP, nucleotide chinasi dNDP), viene riconosciuta
come un nucleotide normale (Thd-TP timidina trifosfato) dalla RT del
virus e viene inserita al posto della timidina nella catena di DNA.
AZT
• L’AZT mostra un’affinità
di
circa
100
volte
superiore per la RT virale
rispetto
alla
DNA
polimerasi cellulare.
La
selettività
parziale
giustifica
una
certa
tossicità del farmaco.
Dideossinucleosidi correlati all’AZT
approvati per l’uso clinico del trattamento dell’infezione da HIV e HBV
Inibitori allosterici interagiscono con una tasca idrofobica dell’enzima (RT)
Derivati delle benzodiazepine
Inibitori delle proteasi
Un altro bersaglio della terapia antivirale è rappresentato dai processi
post-traduttivi che portano alla sintesi delle singole proteine virali
essenziali per il proseguimento della replicazione e per la maturazione.
Sono tutti inibitori peptidomimetici
Mimando il substrato inibiscono l’azione dell’enzima (proteasi HIV, HCV)
mediante un meccanismo di tipo competitivo
Meccanismo d’azione degli inibitori delle proteasi
La proteasi virale è responsabile della scissione proteolitica del precursore poliproteico.
Gli inibitori di questo enzima impediscono la formazione delle proteine mature.
La proteasi dell’HIV, un enzima dimerico appartenente alla famiglia delle proteasi aspartiche, media la scissione del
precursore gag e gag-pol.
La proteasi dell’HCV è una serina proteasi che richiede l’interazione con un cofattore virale, la proteina NS4A,
anch’essa possibile bersaglio della terapia antivirale
Inibitori delle proteasi
INIBITORI DEL RILASCIO
• Inibitori
della
neuroaminidasi*,
impediscono il rilascio della nuova progenie
del virus influenzale:
• ZANAMIVIR (RELENZA)
• OSELTAMIVIR (TAMIFLU)
*enzima che scinde le molecole di acido sialico che legano l’emoagglutinina virale
al momento del rilascio del virus per gemmazione
Nuovi bersagli della terapia antivirale
Hanno come bersaglio enzimi cellulari
Composti inibitori dell’azione della S-adenosilomocisteina (SHL) idrolasi che prevengono l’idrolisi
della SAH. L’accumulo di questo composto porta a una inibizione del processo di demetilazione della
S-adenosilmetiniona necessario alla maturazione degli mRNA virali.
Nuovi bersagli della terapia
antivirale
Inibitori della inosina-monofosfato (IMP) deidrogenasi,
enzima chiave della biosintesi del GTP.
Potrebbero influenzare la replicazione sia dei virus a DNA
che ad RNA, riducendo il pool di GTP, agendo
preferenzialmente sulle cellule infette dove c’è un
aumentato bisogno di questa sintesi.
Inibitori competitivi (ribavirina) e non competitivi
(acido micofenolico) dell’enzima
Altri antivirali in corso di studio …
Ribozymes
RNA molecules that have catalytic properties among which
are the specific cleavage of nucleic acids
Heptazyme
Ribozyme that cleaves
hepatitis C RNA at highly conserved regions
Recognizes and cuts all known types of the hepatitis C virus,
thereby stopping viral replication
Resistenza ai farmaci antivirali
Ridotta sensibilità ad un farmaco dimostrata in un sistema di coltura in
laboratorio, espressa come alterata concentrazione inibente
(IC50 o IC90)
Mutazioni specifiche nel genoma virale
Modificazioni nella proteina bersaglio del farmaco
Alterata interazione tra farmaco e struttura/funzione
virale
Lo sviluppo di mutanti virali resistenti ad un determinato
farmaco, annulla la sua efficacia terapeutica
Farmaco – resistenza
le cause
1.
2.
3.
Errori delle polimerasi virali (++ RT)
Elevata attività replicativa
Pressione selettiva del farmaco
Talvolta:
Variante resistente
minore attività replicativa
mutazioni accessorie compensative
HSV-Aciclovir
• Varianti TK –
• Più frequenti; attenuate
• Varianti TK’
• Alterata specificità TK;
rare
• DNA pol*
• Bassa affinità per
l’analogo nucleosidico;
molto rare
Metodi
• Classico (test fenotipici): coltura del ceppo
e saggio di riduzione delle placche in
presenza del farmaco
• Metodi molecolari (test genotipici):
restriction fragment lenght polymorphism
(RFLP); point mutation assay;
sequenziamento;... gene chip technology
Incidenza del fenomeno
•
•
•
•
Virus erpetici
rara nei pazienti immunocompetenti;
5-10%nei pazienti con AIDS e nei trapiantati
Resistenze multiple?
Ceppi trasmissibili?
Incidenza del fenomeno
• HBV-lamivudina 10-20 % pazienti con
epatite cronica in trattamento per un anno
• Virus influenzali-amantidina –frequente
• Virus influenzali- zanamivir -rara
Strategie di intervento
• Terapia antivirale combinata
• ???