Inhibitor odwrotnej transkryptazy - Reverse-transcriptase inhibitor

Inhibitory odwrotnej transkryptazy ( RTI ) to klasa leków przeciwretrowirusowych stosowanych w leczeniu zakażenia HIV lub AIDS , aw niektórych przypadkach wirusowego zapalenia wątroby typu B . RTI hamują aktywność odwrotnej transkryptazy , wirusowej polimerazy DNA wymaganej do replikacji HIV i innych retrowirusów .

Mechanizm akcji

Kiedy wirus HIV zakaża komórkę, odwrotna transkryptaza kopiuje wirusowy jednoniciowy genom RNA do dwuniciowego wirusowego DNA . Wirusowe DNA jest następnie integrowane z chromosomalnym DNA gospodarza, co z kolei umożliwia procesom komórkowym gospodarza, takim jak transkrypcja i translacja, reprodukcję wirusa. RTI blokują funkcję enzymatyczną odwrotnej transkryptazy i uniemożliwiają zakończenie syntezy dwuniciowego wirusowego DNA, zapobiegając w ten sposób namnażaniu się wirusa HIV.

Podobny proces zachodzi w przypadku innych typów wirusów. Na przykład wirus zapalenia wątroby typu B przenosi swój materiał genetyczny w postaci DNA i wykorzystuje do replikacji polimerazę DNA zależną od RNA. Niektóre z tych samych związków stosowanych jako RTI mogą również blokować replikację HBV; stosowane w ten sposób są określane jako inhibitory polimerazy.

Rodzaje

RTI występują w trzech formach:

  • Nukleozydowy analog inhibitory odwrotnej transkryptazy (NRTI NARTIs lub)
  • Inhibitory odwrotnej transkryptazy analogów nukleotydowych (NtARTI lub NtRTI)
  • Nienukleozydowe inhibitory odwrotnej transkryptazy (NNRTI)
  • Nukleozydowy inhibitor translokacji odwrotnej transkryptazy (NRTTI).

Działanie przeciwwirusowe NRTI i NtRTI jest zasadniczo takie samo; są analogami naturalnie występujących deoksynukleotydów potrzebnych do syntezy wirusowego DNA i konkurują z naturalnymi deoksynukleotydami o włączenie do rosnącego łańcucha wirusowego DNA. Jednak w przeciwieństwie do naturalnych substratów dezoksynukleotydowych, NRTI i NtRTI nie mają grupy 3'-hydroksylowej na ugrupowaniu dezoksyrybozy. W rezultacie, po włączeniu NRTI lub NtRTI, następny nadchodzący deoksynukleotyd nie może utworzyć następnego wiązania fosfodiestrowego 5′–3′ potrzebnego do przedłużenia łańcucha DNA. Tak więc, gdy NRTI lub NtRTI są włączone, synteza wirusowego DNA zostaje zatrzymana, proces znany jako terminacja łańcucha . Wszystkie NRTI i NtRTI są klasyfikowane jako kompetycyjne inhibitory substratów . Niestety, NRTI/NtRTI konkurują jako substraty nie tylko do syntezy DNA wirusa, ale także gospodarza , działając jako terminatory łańcucha w obu przypadkach. Pierwsza wyjaśnia działanie przeciwwirusowe NRTI/NtRTI , podczas gdy druga wyjaśnia ich toksyczność / efekty uboczne .

Natomiast NNRTI mają zupełnie inny sposób działania. NNRTI blokują odwrotną transkryptazę, wiążąc się bezpośrednio z enzymem. NNRTI nie są wbudowywane do wirusowego DNA, tak jak NRTI, lecz hamują ruch domen białkowych odwrotnej transkryptazy, które są potrzebne do przeprowadzenia procesu syntezy DNA. NNRTI są zatem klasyfikowane jako niekonkurencyjne inhibitory odwrotnej transkryptazy.

Inhibitory odwrotnej transkryptazy analogów nukleozydowych (NARTI lub NRTI)

Inhibitory odwrotnej transkryptazy analogów nukleozydów (NARTI lub NRTI) stanowią pierwszą klasę opracowanych leków przeciwretrowirusowych. Aby mogły zostać włączone do wirusowego DNA, NRTI muszą być aktywowane w komórce przez dodanie trzech grup fosforanowych do ich ugrupowania dezoksyrybozy, z wytworzeniem trifosforanów NRTI. Ten etap fosforylacji jest przeprowadzany przez enzymy kinazy komórkowej . NRTI mogą wywoływać zaburzenia mitochondrialne, które prowadzą do szeregu działań niepożądanych, w tym objawowej kwasicy mleczanowej.

  • Zydowudyna , zwana także AZT, ZDV i azydotymidyną, ma nazwę handlową Retrovir. Zydowudyna była pierwszym lekiem przeciwretrowirusowym zatwierdzonym przez FDA do leczenia HIV.
  • Didanozyna , zwana również ddI, o nazwach handlowych Videx i Videx EC, była drugim lekiem antyretrowirusowym zatwierdzonym przez FDA. Jest analogiem adenozyny.
  • Zalcytabina , zwana także ddC i dideoksycytydyną, ma nazwę handlową Hivid. Ten lek został wycofany przez producenta.
  • Stavudine , zwany także d4T, ma nazwy handlowe Zerit i Zerit XR.
  • Lamiwudyna , zwana także 3TC, ma nazwę handlową Zeffix i Epivir. Jest zatwierdzony do leczenia zarówno HIV, jak i wirusowego zapalenia wątroby typu B.
  • Abacavir , zwany również ABC, ma nazwę handlową Ziagen, jest analogiem guanozyny.
  • Emtrycytabina , zwana również FTC, ma nazwę handlową Emtriva (dawniej Coviracil). Strukturalnie podobna do lamiwudyny, jest zatwierdzona do leczenia HIV i przechodzi badania kliniczne na zapalenie wątroby typu B.
  • Entecavir , zwany również ETV, jest analogiem guanozyny stosowanym w wirusowym zapaleniu wątroby typu B pod nazwą handlową Baraclude. Nie jest zatwierdzony do leczenia HIV.
  • Truvada , wytwarzana z emtrycytabiny i fumaranu dizoproksylu tenofowiru, jest stosowana w leczeniu i profilaktyce HIV. Jest zatwierdzony do zapobiegania HIV w USA i jest produkowany przez firmę Gilead.

Inhibitory odwrotnej transkryptazy analogów nukleotydowych (NtARTIs lub NtRTIs)

Jak opisano powyżej, komórki gospodarza fosforylują analogi nukleozydów do analogów nukleotydów . Te ostatnie służą jako klocki budulcowe trucizny ( terminatory łańcucha ) zarówno dla DNA wirusa, jak i gospodarza, powodując odpowiednio pożądane działanie przeciwwirusowe i toksyczność leku/skutki uboczne . Przyjmowanie inhibitorów odwrotnej transkryptazy analogu nukleotydu fosfonianowego (NtARTI lub NtRTI) bezpośrednio zapobiega początkowemu etapowi fosforylacji , ale enzymy gospodarza muszą nadal fosforylować analog nukleotydu fosfonianowego do stanu difosforanu fosfonianowego, aby uzyskać aktywność przeciwwirusową. Cząsteczki te zostały po raz pierwszy zsyntetyzowane przez Antonina Holy z Czeskiej Akademii Nauk i skomercjalizowane przez firmę Gilead .

  • Tenofowir , znany również jako TDF, jest tak zwanym „prolekiem”, w którym związek czynny jest dezaktywowany przez molekularny łańcuch boczny, który rozpuszcza się w organizmie człowieka, umożliwiając dotarcie małej dawki tenofowiru do miejsca pożądanej aktywności. Jednym z przykładów postaci proleku jest fumaran dizoproksylu tenofowiru o nazwie handlowej Viread (Gilead Sciences Inc USA). Jest zatwierdzony w USA do leczenia zarówno HIV, jak i wirusowego zapalenia wątroby typu B.
  • Adefovir , znany również jako ADV lub bis-POM PMPA, ma nazwy handlowe Preveon i Hepsera . Nie jest zatwierdzony przez FDA do leczenia HIV z powodu problemów z toksycznością, ale niższa dawka jest zatwierdzona do leczenia wirusowego zapalenia wątroby typu B.

Chociaż często wymienia się je w porządku chronologicznym, NRTI/NtRTI to nukleozydowe/nukleotydowe analogi cytydyny, guanozyny, tymidyny i adenozyny:

Nienukleozydowe inhibitory odwrotnej transkryptazy (NNRTI)

Nienukleozydowe inhibitory odwrotnej transkryptazy (NNRTI) to trzecia klasa opracowanych leków przeciwretrowirusowych. We wszystkich przypadkach patenty obowiązują do roku 2007. Ta klasa leków została po raz pierwszy opisana w Instytucie Badań Medycznych Regi ( Belgia ).

Nukleozydowy inhibitor translokacji odwrotnej transkryptazy (NRTTI)

Jest to nowa klasa leków przeciwwirusowych, MK-8591 czyli Islatravir będący pierwszym środkiem z tej grupy. Islatravir został opracowany przez Merck & Co . Jest to dostępny doustnie, długo działający środek przeciwwirusowy, testowany jako ART przeciwko HIV-1.

Inhibitory Portmanteau

Naukowcy zaprojektowali cząsteczki, które podwójnie hamują zarówno odwrotną transkryptazę (RT), jak i integrazę (IN). Leki te są rodzajem „ inhibitorów portmanteau ”.

Mechanizmy oporności na inhibitory odwrotnej transkryptazy

Chociaż zarówno NRTI, jak i NNRTI są skuteczne w kończeniu syntezy DNA i replikacji HIV, HIV może i ostatecznie rozwija mechanizmy, które nadają oporność wirusa na leki. RT HIV-1 nie ma aktywności sprawdzającej. To, w połączeniu z presją selekcyjną leku, prowadzi do mutacji w odwrotnej transkryptazie, które sprawiają, że wirus jest mniej podatny na NRTI i NNRTI. Reszty asparaginianowe 110, 185 i 186 w domenie polimerazy odwrotnej transkryptazy są ważne w wiązaniu i włączaniu nukleotydów. Łańcuchy boczne reszt K65, R72 i Q151 oddziałują z następnym nadchodzącym nukleotydem. Ważny jest również L74, który oddziałuje z nicią matrycy, aby ustawić ją do parowania zasad z nukleotydem. Mutacja tych kluczowych aminokwasów skutkuje zmniejszonym włączaniem analogów.

Odporność na NRTI

Istnieją dwa główne mechanizmy oporności na NRTI. Pierwszym z nich jest zmniejszona inkorporacja analogu nukleotydu do DNA w stosunku do normalnego nukleotydu. Wynika to z mutacji w N- końcowej domenie polimerazy odwrotnej transkryptazy , które zmniejszają powinowactwo enzymu lub zdolność do wiązania się z lekiem . Doskonałym przykładem tego mechanizmu jest mutacja M184V, która nadaje oporność na lamiwudynę (3TC) i emtrycytabinę (FTC). Innym dobrze scharakteryzowanym zestawem mutacji jest kompleks Q151M występujący w wielolekoopornym HIV, który zmniejsza wydajność odwrotnej transkryptazy we włączaniu NRTI, ale nie wpływa na naturalne włączanie nukleotydów. Kompleks zawiera mutację Q151M wraz z A62V, V75I, F77L i F116Y. Wirus z samym Q151M jest średnio oporny na zydowudynę (AZT), didanozynę (ddI), zalcytabinę (ddC), stawudynę (d4T) i nieznacznie oporny na abakawir (ABC). Wirus z Q151M skompleksowanym z pozostałymi czterema mutacjami staje się wysoce oporny na powyższe leki, a dodatkowo jest oporny na lamiwudynę (3TC) i emtrycytabinę (FTC).

Drugi mechanizm to wycięcie lub hydrolityczne usunięcie wprowadzonego leku lub pirofosforoliza . Jest to odwrotność reakcji polimerazy, w której pirofosforan/PPI uwolniony podczas włączania nukleotydów reaguje z wprowadzonym lekiem (monofosforanem), co skutkuje uwolnieniem leku trifosforanowego. To „odblokowuje” łańcuch DNA, umożliwiając jego przedłużenie i dalszą replikację. Mutacje wzmacniające wycięcie, typowo M41L, D67N, K70R, L210W, T215Y/F i K219E/Q, są wybierane przez analogi tymidyny AZT i D4T; i dlatego są nazywane mutacjami analogów tymidyny (TAM). Inne mutacje, w tym insercje i delecje w tle powyższych mutacji, również nadają odporność poprzez wzmocnione wycięcie.

Odporność na NNRTI

NNRTI nie wiążą się z miejscem aktywnym polimerazy, ale w mniej konserwatywnej kieszeni w pobliżu miejsca aktywnego w subdomenie p66. Ich wiązanie powoduje zmianę konformacyjną odwrotnej transkryptazy, która zniekształca położenie reszt wiążących DNA, hamując polimeryzację. Mutacje w odpowiedzi na NNRTI zmniejszają wiązanie leku z tą kieszonką. Leczenie schematem obejmującym efawirenz (EFV) i newirapinę (NVP) zazwyczaj prowadzi do mutacji L100I, Y181C/I, K103N, V106A/M, V108I, Y188C/H/L i G190A/S. Istnieją trzy główne mechanizmy oporności na NNRTI. W pierwszym przypadku mutacje NRTI zakłócają swoiste kontakty między inhibitorem a kieszenią wiążącą NNRTI. Przykładem tego są K103N i K101E, które znajdują się przy wejściu do kieszeni, blokując wejście/wiązanie leku. Drugim mechanizmem jest zakłócenie ważnych interakcji wewnątrz kieszeni. Na przykład Y181C i Y188L powodują utratę ważnych pierścieni aromatycznych zaangażowanych w wiązanie NNRTI. Trzeci typ mutacji powoduje zmiany w ogólnej konformacji lub wielkości kieszeni wiążącej NNRTI. Przykładem jest G190E, który tworzy steryczną objętość w kieszeni, pozostawiając niewiele miejsca na ścisłe wiązanie NNRTI lub nie pozostawiając go wcale.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki