http://www.farmacia.uniba.it/didattica/lezioni-in-rete/CTF/chimica-farmaceutica-2/index.html

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)