Inhibitor reverzní transkriptázy - Reverse-transcriptase inhibitor - Wikipedia

Inhibitory reverzní transkriptázy (RTI) jsou třídou antiretrovirové léky používá se k léčbě HIV infekce nebo AIDS, a v některých případech žloutenka typu B. RTI inhibovat činnost reverzní transkriptáza virový DNA polymeráza to je nutné pro replikaci HIV a další retroviry.

Mechanismus

Když HIV infikuje buňku, reverzní transkriptáza kopíruje virový jednovláknový RNA genomu do dvouvláknového viru DNA. Virová DNA je poté integrována do chromozomální DNA hostitele, což pak umožňuje buněčným procesům hostitele, jako je transkripce a translace, reprodukovat virus. RTI blokují enzymatickou funkci reverzní transkriptázy a zabraňují dokončení syntézy dvouvláknové virové DNA, čímž zabraňují množení HIV.

Podobný proces nastává iu jiných typů virů. Například virus hepatitidy B nese svůj genetický materiál ve formě DNA a k replikaci využívá DNA-polymerázu závislou na RNA. Některé ze stejných sloučenin používaných jako RTI mohou také blokovat replikaci HBV; pokud se používají tímto způsobem, označují se jako inhibitory polymerázy.

Typy

RTI přicházejí ve třech formách:

  • Nukleosid analogové inhibitory reverzní transkriptázy (NARTI nebo NRTI)
  • Nukleotid analogové inhibitory reverzní transkriptázy (NtARTI nebo NtRTI)
  • Nenukleosidové inhibitory reverzní transkriptázy (NNRTI)
  • Nukleosidový inhibitor translokace reverzní transkriptázy (NRTTI).[1]

The antivirový účinek NRTI a NtRTI je v podstatě stejné; jsou to analogy přirozeně se vyskytujících deoxynukleotidy potřebné k syntéze virové DNA a soutěží s přírodními deoxynukleotidy o začlenění do rostoucího řetězce virové DNA. Na rozdíl od substrátů přírodních deoxynukleotidů však NRTI a NtRTI postrádají 3'-hydroxylovou skupinu na deoxyribózové části. Výsledkem je, že po začlenění NRTI nebo NtRTI nemůže další přicházející deoxynukleotid tvořit dalších 5′ – 3 ′ fosfodiester vazba potřebná k prodloužení řetězce DNA. Když je tedy začleněn NRTI nebo NtRTI, syntéza virové DNA je zastavena, což je proces známý jako ukončení řetězce. Všechny NRTI a NtRTI jsou klasifikovány jako kompetitivní inhibitory substrátu Bohužel NRTI / NtRTI soutěží jako substráty nejen pro viry, ale také pro hostitele Syntéza DNA, jednat jako řetězové terminátory pro oba. První vysvětluje NRTI / NtRTI antivirový účinek, zatímco druhý vysvětluje jejich toxicita léku / vedlejší účinky.

Naproti tomu NNRTI mají zcela odlišný způsob působení. NNRTI blokují reverzní transkriptázu vazbou přímo na enzym. NNRTI nejsou inkorporovány do virové DNA jako NRTI, ale místo toho inhibují pohyb proteinových domén reverzní transkriptázy, které jsou potřebné k provedení procesu syntézy DNA. NNRTI jsou proto klasifikovány jako nekompetitivní inhibitory reverzní transkriptázy.

Nukleosidové analogové inhibitory reverzní transkriptázy (NARTI nebo NRTI)

Nukleosidové analogové inhibitory reverzní transkriptázy (NARTI nebo NRTI) tvoří první třídu vyvinutých antiretrovirových léků. Aby bylo možné začlenit do virové DNA, musí se NRTI v buňce aktivovat přidáním tří fosfát skupiny k jejich deoxyribózové části za vzniku NRTI trifosfátů. Tento fosforylace krok se provádí celulárně kináza enzymy. NRTI mohou vyvolat mitochondriální poškození, které vede k řadě nežádoucích účinků, včetně symptomatické laktátové acidózy.[2]

  • Zidovudin, nazývaný také AZT, ZDV a azidotymidin, má obchodní název Retrovir. Zidovudin byl prvním antiretrovirovým léčivem schváleným FDA pro léčbu HIV.
  • Didanosin, nazývaný také ddI, s obchodními názvy Videx a Videx EC, byl druhým antiretrovirovým lékem schváleným FDA. Je to analog adenosinu.
  • Zalcitabin, nazývaný také ddC a dideoxycytidin, má obchodní název Hivid. Tento lék byl výrobcem ukončen.
  • Stavudin, také nazývaný d4T, má obchodní názvy Zerit a Zerit XR.
  • Lamivudin, také nazývaný 3TC, má obchodní název Zeffix a Epivir. Je schválen pro léčbu HIV i hepatitidy B.
  • Abakavir, nazývaný také ABC, má obchodní název Ziagen, je analogem guanosinu.
  • Emtricitabin, také nazývaná FTC, má obchodní název Emtriva (dříve Coviracil). Strukturálně podobný lamivudinu je schválen pro léčbu HIV a prochází klinickými zkouškami na hepatitidu B.
  • Entecavir, také nazývaný ETV, je analog guanosinu používaný pro hepatitidu B pod obchodním názvem Baraclude. Není schválen pro léčbu HIV.
  • Truvada, vyrobený z emtricitabinu a tenofovir-disoproxil-fumarátu, se používá k léčbě a prevenci HIV. Je schválen pro prevenci HIV v USA a vyráběn společností Gilead.

Nukleotidové analogové inhibitory reverzní transkriptázy (NtARTI nebo NtRTI)

Jak je popsáno výše, hostitelské buňky fosforylát nukleosid analogie k nukleotid analogy. Ty slouží jako jedovaté stavební kameny (řetězové terminátory ) pro virovou i hostitelskou DNA, což způsobuje požadované antivirový účinek a toxicita léku / vedlejší účinky. Brát fosfonátnukleotid analogové inhibitory reverzní transkriptázy (NtARTI nebo NtRTI) přímo odstraňuje počáteční fosforylace kroku, ale hostitelské enzymy musí stále fosforylovat fosfonátový nukleotidový analog ke stavu fosfonát-difosfát pro antivirovou aktivitu. Tyto molekuly byly nejprve syntetizovány Antonin Holy na Česká akademie věd a komercializováno společností Gilead.

  • Tenofovir, známý také jako TDF, je takzvaný „proléčivo“ s aktivní sloučeninou deaktivovanou molekulárním postranním řetězcem, který se rozpouští v lidském těle a umožňuje nízké dávce tenofoviru dosáhnout místa požadované aktivity. Jedním příkladem formy proléčiva je tenofovir-disoproxil-fumarát s obchodním názvem Viread (Gilead Sciences Inc USA). V USA je schválen pro léčbu HIV i hepatitidy B.
  • Adefovir, také známý jako ADV nebo bis-POM PMPA, má obchodní názvy Preveon a Hepsera. Není schválen FDA pro léčbu HIV kvůli problémům s toxicitou, ale pro léčbu hepatitidy B je schválena nižší dávka.

I když jsou často uvedeny v chronologickém pořadí, NRTI / NtRTI jsou nukleosidové / nukleotidové analogy cytidinu, guanosinu, thymidinu a adenosinu:

Nenukleosidové inhibitory reverzní transkriptázy (NNRTI)

Nenukleosidové inhibitory reverzní transkriptázy (NNRTI) jsou třetí třídou vyvinutých antiretrovirových léčiv. Ve všech případech zůstávají patenty v platnosti až do roku 2007. Tato skupina drog byla poprvé popsána na Rega Institute for Medical Research (Belgie ).

Nukleosidový inhibitor translokace reverzní transkriptázy (NRTTI)

Toto je nová třída antivirotik, MK-8591 nebo Islatravir být prvním agentem této skupiny. Islatravir byl vyvinut společností Merck & Co.. Je orálně dostupný, dlouhodobě působící antivirotikum, testovaný jako ART proti HIV-1.

Inhibitory Portmanteau

Vědci navrhli molekuly, které duálně inhibují jak reverzní transkriptázu (RT), tak integrázu (IN). Tyto léky jsou druhem „inhibitory portmanteau ".

Mechanismy rezistence na inhibitory reverzní transkriptázy

Zatímco NRTI i NNRTI jsou účinné při ukončení syntézy DNA a replikace HIV, HIV může a nakonec vyvine mechanismy, které propůjčují virům rezistenci na léky. HIV-1 RT nemá aktivitu korektury. To v kombinaci se selektivním tlakem léčiva vede k mutacím v reverzní transkriptáze, díky nimž je virus méně citlivý na NRTI a NNRTI. Při vazbě a inkorporaci nukleotidů jsou důležité zbytky zbytků 110, 185 a 186 v doméně polymerázy reverzní transkriptázy. . Postranní řetězce zbytků K65, R72 a ​​Q151 interagují s dalším přicházejícím nukleotidem. Důležitá je také L74, která interaguje s templátovým řetězcem a umístí jej pro párování bází s nukleotidem. Mutace těchto klíčových aminokyselin vede ke sníženému začlenění analogů.

Odpor NRTI

Existují dva hlavní mechanismy rezistence NRTI. Prvním je snížená inkorporace nukleotidového analogu do DNA přes normální nukleotid. To je výsledkem mutací v N-terminální doméně polymerázy reverzní transkriptázy, které snižují afinitu nebo schopnost enzymu vázat se na léčivo. Ukázkovým příkladem tohoto mechanismu je mutace M184V, která uděluje rezistenci na lamivudin (3TC) a emtricitabin (FTC).[3][4] Další dobře charakterizovanou sadou mutací je komplex Q151M nacházející se u HIV rezistentního vůči více léčivům, který snižuje účinnost reverzní transkriptázy při inkorporaci NRTI, ale neovlivňuje přirozenou inkorporaci nukleotidů. Komplex zahrnuje mutaci Q151M spolu s A62V, V75I, F77L a F116Y.[5][6] Samotný virus s Q151M je středně rezistentní na zidovudin (AZT), didanosin (ddI), zalcitabin (ddC), stavudin (d4T) a mírně rezistentní na abakavir (ABC).[7][8] Virus s Q151M v komplexu s dalšími čtyřmi mutacemi se stává vysoce rezistentním vůči výše uvedeným lékům a je navíc rezistentní vůči lamivudinu (3TC) a emtricitabinu (FTC).[8][9]

Druhým mechanismem je excize nebo hydrolytické odstranění zabudovaného léčiva nebo pyrofosforolýza. Toto je opak polymerázové reakce, při které pyrofosfát / PPI uvolněný během inkorporace nukleotidů reaguje s inkorporovaným léčivem (monofosfátem), což vede k uvolnění trifosfátového léčiva. Toto „odblokuje“ řetězec DNA, což umožňuje jeho prodloužení a pokračování replikace.[10] Mutace pro zvýšení excize, typicky M41L, D67N, K70R, L210W, T215Y / F a K219E / Q, jsou vybrány pro thymidinové analogy AZT a D4T; a proto se nazývají mutace analogu thymidinu (TAM).[10][11][12] Další mutace včetně inzercí a delecí na pozadí výše uvedených mutací také propůjčují rezistenci prostřednictvím vylepšené excize.[8]

Odpor NNRTI

NNRTI se neváží na aktivní místo polymerázy, ale v méně konzervované kapse poblíž aktivního místa v subdoméně p66. Jejich vazba vede k konformační změně reverzní transkriptázy, která narušuje umístění zbytků, které vážou DNA, a inhibuje polymeraci.[13] Mutace v reakci na NNRTI snižují vazbu léčiva na tuto kapsu. Léčba režimem zahrnujícím efavirenz (EFV) a nevirapin (NVP) má obvykle za následek mutace L100I, Y181C / I, K103N, V106A / M, V108I, Y188C / H / L a G190A / S.[14]Existují tři hlavní mechanismy rezistence NNRTI. V prvních mutacích NRTI naruší specifické kontakty mezi inhibitorem a kapsou vázající NNRTI. Příkladem toho jsou K103N a K101E, které sedí u vchodu do kapsy,[15][16] blokování vstupu / vazby drogy. Druhým mechanismem je narušení důležitých interakcí uvnitř kapsy. Například Y181C a Y188L vedou ke ztrátě důležitých aromatických kruhů zapojených do vazby NNRTI.[17][18] Třetí typ mutací vede ke změnám v celkové konformaci nebo ve velikosti kapsy vázající NNRTI. Příkladem je G190E, který vytváří sterický objem v kapse a ponechává malý nebo žádný prostor pro pevné navázání NNRTI.[19][20]

Viz také

Reference

  1. ^ Islatravir
  2. ^ Claessens, Yann-Erick; Chiche, Jean-Daniel; Mira, Jean-Paul; Cariou, Alain (2003). "Bench-to-bedside review: Těžká laktátová acidóza u pacientů s HIV léčených nukleosidovými analogovými inhibitory reverzní transkriptázy". Intenzivní péče. PMID  12793872.
  3. ^ Hachiya, A; Kodama, EN; Schuckmann, MM; Kirby, KA; Michailidis, E; Sakagami, Y; Dobře, S; Singh, K; Sarafianos, SG (2011). Ambrose, Zandrea (ed.). „K70Q dodává rezistenci na vysokou hladinu tenofoviru k„ reverzní transkriptáze HIV “komplexu Q151M prostřednictvím vylepšeného mechanismu diskriminace“. PLOS ONE. 6 (1): e16242. Bibcode:2011PLoSO ... 616242H. doi:10.1371 / journal.pone.0016242. PMC  3020970. PMID  21249155.
  4. ^ Sarafianos, SG; Das, K; Clark Jr, AD; Ding, J; Boyer, PL; Hughes, SH; Arnold, E (1999). „Rezistence na lamivudin (3TC) v reverzní transkriptáze HIV-1 zahrnuje sterické zábrany s beta-rozvětvenými aminokyselinami“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 96 (18): 10027–32. Bibcode:1999PNAS ... 9610027S. doi:10.1073 / pnas.96.18.10027. PMC  17836. PMID  10468556.
  5. ^ Shafer, RW; Kozal, MJ; Winters, MA; Iversen, AK; Katzenstein, DA; Ragni, MV; Meyer Wa, 3. místo; Gupta, P; et al. (1994). „Kombinovaná léčba se zidovudinem a didanosinem vybírá kmeny viru lidské imunodeficience typu 1 rezistentního na léčiva s jedinečnými vzory mutací pol genu“. The Journal of Infectious Diseases. 169 (4): 722–9. doi:10.1093 / infdis / 169.4.722. PMID  8133086.
  6. ^ Iversen, AK; Shafer, RW; Wehrly, K; Winters, MA; Mullins, JI; Chesebro, B; Merigan, TC (1996). "Kmeny viru lidské imunodeficience typu 1 rezistentní na více léčivých přípravků, které jsou výsledkem kombinované antiretrovirové terapie". Journal of Virology. 70 (2): 1086–90. doi:10.1128 / JVI.70.2.1086-1090.1996. PMC  189915. PMID  8551567.
  7. ^ Maeda, Y; Venzon, DJ; Mitsuya, H (1998). „Změněná citlivost na léky, zdatnost a vývoj viru lidské imunodeficience typu 1 s mutacemi pol genu propůjčujícími rezistenci na multi-dideoxynukleosid. The Journal of Infectious Diseases. 177 (5): 1207–13. doi:10.1086/515282. PMID  9593005.
  8. ^ A b C Matsumi, S; Kosalaraksa, P; Tsang, H; Kavlick, MF; Harada, S; Mitsuya, H (2003). „Cesty pro vznik variant HIV-1 rezistentních na multi-dideoxynukleosid“. AIDS. 17 (8): 1127–37. doi:10.1097/00002030-200305230-00003. PMID  12819513.
  9. ^ Gao, HQ; Boyer, PL; Sarafianos, SG; Arnold, E; Hughes, SH (2000). „Role sterické zábrany v 3TC rezistenci reverzní transkriptázy viru lidské imunodeficience typu 1“. Journal of Molecular Biology. 300 (2): 403–18. doi:10.1006 / jmbi.2000.3823. PMID  10873473.
  10. ^ A b Meyer, PR; Matsuura, SE; Mian, AM; AG; Scott, WA (1999). "Mechanismus AZT rezistence: zvýšení odblokování primeru závislého na nukleotidech mutantní HIV-1 reverzní transkriptázou". Molekulární buňka. 4 (1): 35–43. doi:10.1016 / S1097-2765 (00) 80185-9. PMID  10445025.
  11. ^ Boyer, PL; Sarafianos, SG; Arnold, E; Hughes, SH (2001). „Selektivní excize AZTMP reverzní transkriptázou viru lidské imunodeficience rezistentní na léky. Journal of Virology. 75 (10): 4832–42. doi:10.1128 / JVI.75.10.4832-4842.2001. PMC  114238. PMID  11312355.
  12. ^ Arion, D; Kaushik, N; McCormick, S; Borkow, G; Parniak, MA (1998). „Fenotypový mechanismus rezistence HIV-1 na 3'-azido-3'-deoxythymidin (AZT): zvýšená polymerační procesivita a zvýšená citlivost mutantní virové reverzní transkriptázy na pyrofosfát“. Biochemie. 37 (45): 15908–17. doi:10.1021 / bi981200e. PMID  9843396.
  13. ^ De Clercq, E (1998). „Úloha nenukleosidových inhibitorů reverzní transkriptázy (NNRTI) v terapii infekce HIV-1“. Antivirový výzkum. 38 (3): 153–79. doi:10.1016 / S0166-3542 (98) 00025-4. PMID  9754886.
  14. ^ Johnson, VA; Brun-Vezinet, F; Clotet, B; Gunthard, HF; Kuritzkes, DR; Pillay, D; Schapiro, JM; Richman, DD (2009). „Aktualizace mutací rezistence na léky u HIV-1: prosinec 2009“. Témata v HIV medicíně. 17 (5): 138–45. PMID  20068260.
  15. ^ Das, Kalyan; Sarafianos, SG; Clark Jr, AD; Boyer, PL; Hughes, SH; Arnold, E (2007). „Krystalové struktury klinicky relevantní dvojité mutantní reverzní transkriptázy HIV-1 Lys103Asn / Tyr181Cys v komplexech s ATP a nenukleosidovým inhibitorem HBY 097“. J Mol Biol. 365 (1): 77–89. doi:10.1016 / j.jmb.2006.08.097. PMID  17056061.
  16. ^ Hsiou, Y; Ding, J; Das, K; Clark Jr, AD; Boyer, PL; Lewi, P; Janssen, PA; Kleim, JP; et al. (2001). „Mutace Lys103Asn HIV-1 RT: nový mechanismus rezistence na léky“. Journal of Molecular Biology. 309 (2): 437–45. doi:10.1006 / jmbi.2001.4648. PMID  11371163.
  17. ^ Ren, J; Nichols, C; Bird, L; Chamberlain, P; Weaver, K; Šortky; Stuart, DI; Stammers, DK (2001). „Strukturální mechanismy lékové rezistence pro mutace v kodonech 181 a 188 v reverzní transkriptáze HIV-1 a zlepšená odolnost nenukleosidových inhibitorů druhé generace“. Journal of Molecular Biology. 312 (4): 795–805. doi:10.1006 / jmbi.2001.4988. PMID  11575933.
  18. ^ Das, K; Ding, J; Hsiou, Y; Clark Jr, AD; Moereels, H; Koymans, L; Andries, K; Pauwels, R; et al. (1996). „Krystalové struktury 8-Cl a 9-Cl TIBO komplexované s divokým typem HIV-1 RT a 8-Cl TIBO komplexované s mutantem rezistentním na léky Tyr181Cys HIV-1 RT.“. Journal of Molecular Biology. 264 (5): 1085–100. doi:10.1006 / jmbi.1996.0698. PMID  9000632.
  19. ^ Hsiou, Y; Das, K; Ding, J; Clark Jr, AD; Kleim, JP; Rösner, M; Winkler, já; Riess, G; et al. (1998). „Struktury mutantu Tyr188Leu a reverzní transkriptázy HIV-1 divokého typu v komplexu s nenukleosidovým inhibitorem HBY 097: flexibilita inhibitoru je užitečným konstrukčním prvkem pro snížení rezistence na léčivo“. Journal of Molecular Biology. 284 (2): 313–23. doi:10.1006 / jmbi.1998.2171. PMID  9813120.
  20. ^ Ren, J; Esnouf, R; Garman, E; Somers, D; Ross, C; Kirby, já; Keeling, J; Darby, G; et al. (1995). „Struktury HIV-1 RT s vysokým rozlišením ze čtyř komplexů inhibitorů RT“. Přírodní strukturní biologie. 2 (4): 293–302. doi:10.1038 / nsb0495-293. PMID  7540934.

externí odkazy