Chemotherapeutika gegen Influenza

Transcription

Antivirale Chemotherapie
Anforderungen an antivirale Substanzen:
•
hohe Spezifität gegen das Virus bzw. infizierte
Zellen;
•
geringe Toxizität für uninfizierte Zellen im Wirt;
Molekulare Virologie
2009 by Ruth Brack-Werner
Chemotherapeutischer Index
Minimale zytotoxische Konzentration
> 100
Minimale antivirale Konzentration
Die ideale antivirale Substanz :
•
wasserlöslich;
•
gute Bioverfügbarkeit;
•
erreicht eine Konzentration im Blut, die 10-15 mal über dem
IC50 Wert liegt;
•
wird von infizierten Zellen aufgenommen;
•
hat wenig bis keine Nebenwirkungen;
•
kann über den Magen-Darm-Trakt aufgenommen werden;
•
wirkt bei einer Tablette täglich.
Limitierung der antiviralen Chemotherapie
Substanzen hemmen die Replikation von Viren
(Produktion von infektiösen Viruspartikeln).
Sie sind nicht wirksam zur Beseitigung chronischer
bzw. latenter Infektionen.
Das Spiel mit dem Feuer
Die Gefahr der Selektion von resistenten Viren
Resistente Viren
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig. 19.32
Entwicklung eines antiviralen Medikaments
Teuer: 100 bis 500 Millionen US$;
Langwierig: 5 -10 Jahre;
Identifizierung von antiviralen Substanzen
Identifizierung von antiviralen Substanzen:
Klinische Studien
Phase I:
Sicherheit
Phase II:
Wirksamkeit
http://www.netsci.org/Science/Speci
al/Images/Bierer/figure2.gif
Vergleich der Wirksamkeit und
Nebenwirkungen mit
Probandenzahl
Phase
Phase III:
zugelassenen Medikamenten;
Phase IV:
I
II
III
IV
Re-Evaluation von
Nebenwirkungen.
Nutzung spezifischer viraler Enzyme zur
Bekämpfung des Virus (I)
Virus
Enzym
Wirkungsweise
SubstanzBeispiel
HIV
Reverse
Trankriptase
Nukleosid-Analoga:
Kettenabbruch bei der
DNA Synthese
Azidothymidin
HIV
Reverse
Trankriptase
Nicht-Nukleosidischer
Hemmstoff : Blockierung
der katalytischen Aktivität
des Enzyms;
Nevirapine
Herpes
simplex
Virus
DNA Polymerase
Benötigt virale
Thymidin kinase
Nukleosid Analogon
Acyclovir
Cytomeg
alovirus
(CMV)
DNA Polymerase
Benötigt UL98
Kinase
Nukleosid Analogon
Gancyclovir
CMV
DNA Polymerase
Nicht-Nukleosidischer
Hemmstoff; Blockiert
PyrophosphatBindungsstelle d. Enzyms
Foscarnet
Nutzung/Hemmung spezifischer viraler
Proteine zur Bekämpfung des Virus (II)
Virus
Virales
Protein
Wirkungsweise
SubstanzBeispiel
HIV
Protease
Nicht-spaltbares SubstratAnalog; Peptidomimetic;
Hemmt Virusreifung
Saquinavir
Influenza
A, B
Neuraminidase
Hemmt Neuraminidase
indem es an das aktive
Zentrum bindet; hemmt
Virusfreisetzung
Oseltamivir
(Tamiflu)
HCV, HSV,
Masern
virus,
Mumps
virus,
Lassa
Virus
RNA-abhängige
RNA
Polymerase
Einbau in RNA führt zur
Mutation des Genoms:
RNA Mutagen
Ribavirin
Influenza A M2
Virus
Amantadin
Hemmt die Funktion der
M2 Protonenpumpe;
Verhindert das “Uncoating”
des Virus
Chemotherapeutika gegen HIV
Der Replikationszyklus von HIV
25 FDA-approved anti-HIV drugs
Fusion inhibitor (1)
CCR5 antagonist (1)
Inhibitors of
reverse
transcription (8; 4)
HIV expression (0)
Integration
inhibitor (1)
Assembly of virus
particles (0)
Protease
inhibitors (10)
De Clercq. E., IJAA 33 (2009) 307-320
Inhibitoren der reversen Transkriptase
Bindung von Inhibitoren durch die Reverse Transkriptase
NRTI: Nukleosidische
ReverseTranskriptase
Inhibitoren;
NtRTI: Nukleotidische RTI
NNRTI:Nicht nukleosidische
RTIs
De Clercq. E., IJAA 33 (2009) 307-320.
Wirkungsmechanismus der NRTIs und NtRTIs
Kompetition mit natürlichen dNTP Substrate;
Abbruch der DNA Synthese.
NRTIs und NtRTIs müssen erst in der Zelle phosphoryliert
werden (Prodrug)
Azidothymidin (NRTI)
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka
AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig. 19.21B
Tenofovir
(NtRTI)
De Clercq E., IJAA 33 (2009),
307-320
Wirkungsweise: Kompetition mit
natürlichen dNTPS
dNTP
NukleosidAnaloga_
dTTP
AZT, d4T
dCTP
DDC, 3TC
dATP
ddI
dGTP
ABC
Wirkungsweise: Kompetition mit
natürlichen dNTPS
Wirkungsweise: Kettenabbruch bei der DNA
Synthese
Zur Erinnerung:
DNA Synthese setzt eine freie OH Gruppe am 3’ Ende der DNA Kette
voraus
DNA Kette
P
P
Nukleophiler Angriff
P
P
..
P
P
P
Nukleotid
Neue Phosphodiesterbrücke
Einbau von Nukleosid-Analoga blockieren die weitere DNA
Synthese (Kettenabbruch): Beispiel AZT
Aus”Molekulare Virologie”, Modrow, Falk, Truyen,
2.Auflage, 2003, Spektrum Akademischer Verlag,
Kap. 19l, Fig.9.2.A
OH
OH
OH
OH
Mutierte AS Positionen in der Reversen Transkriptase, die
mit Resistenzen gegen Nukleosid Analoga einher gehen
Kreuz-Resistenzen
Non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTI)
Pomerantz et al., 2003. Nat. Med. 9, 867-873.
Non-Nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitor (NNRTI):
Nevirapine
CH3
N
O
H
N
N
N
Non-Nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitor (NNRTI):
Nevirapine
Non-Nucleoside RT inhibitors
(NNRTIs)
Action. Not nucleoside analogs; bind directly to RT and
inhibit it.
Nevirapine. Binds to a pocket near the RT active site, and
inactivates the enzyme. Relatively cheap; may be useful for
prevention of maternal-to-infant transmission in developing
nations.
Delavirdine, Efavirenz. Other NNTRIs. Efavirenz was the
first anti-HIV drug with once-daily dosing.
Mutierte AS Positionen in der Reversen Transkriptase, die mit
Resistenzen gegen Nicht-nukleosidischen RT Inhibitoren
einher gehen
Kreuz-Resistenzen
Inhibitoren der HIV Protease
Protease wird benötigt zur Reifung der Viruspartikel
Protease spaltet Gag-Vorläuferproteine
HIV protease
translation
env
gag
pol
pol
Polyproteins
structural proteins
Autoactivation
pol
protease
integrase
Release of active
HIV protease
gag
pol
Reverse
transcriptase
+ RNase H
HIV Protease Erkennungssequenzen:
Natürliche Substrate
AUTOCLEAVAGE:
Ser-Phe- Asn-Phe-Pro -Gln-Ile
Thr-Leu- Asn-Phe-Pro -Ile-Ser
CLEAVAGE OF GAG:
Ser- Gln-Asn-Tyr-Pro -Ile-Val
Ala-Arg-Val-Leu -Ala-Glu-Ala
Ala-Thr-Ile-Met -Met-Gln-Arg
Pro-Gly- Asn-Phe-Leu-Gln-Ser
Arg-Gln-Ala-Asn -Phe-Leu-Gly
CLEAVAGE OF POL:
Arg-Lys-Ile-Leu -Phe-Leu-Asp
Arg-Gln-Ala-Asn -Phe-Leu-Gly

P4 P3 P2 P1 P1' P2' P3'
Hemmung der HIV Protease durch ein Nichtspaltbares künstliches Peptid-Substrat
(Peptidomimetic)
(Gag)
Saquinavir
10 zugelassene Inhibitoren der
HIV-Protease; Davon sind alle
ausser einen (tipranavir)
Peptidomimetica.
Struktur von HIV-1 Protease-Dimer mit gebundenem
Inhibitor (Saquinavir)
http://pharm1.pharmazie.uni-greifswald.de/bednarski_web/web/data/personen/Lectures/Virustatika/Protease_saquinavir.jpg
Mutierte AS Positionen in resistenten Proteasen
90 84 82
Nelfinavir
Saquinavir
Indinavir
Ritonavir
Amprenavir
Lopinavir
Atazanavir
Entry Inhibitoren
Maraviroc
Enfuvirtide
Maraviroc: nur gegen CCR5-Co-Rezeptor!
Enfuvirtide (T20)
36 AA Polypeptid; muss 2 x täglich parenteral (Spritzen)
De Clercq E., IJAA 33 (2009),
307-320
verabreicht werden.
Unexposed
fusion peptide
Gp120 binding to CD4 causes
change in TM conformation,
enabling fusion peptide to
contact and insert into cell
membrane
TM resolves into a hairpin
structure that pulls the cell into
close proximity for fusion and
viral entry
gp120
gp41
T-20 peptide: HIV entry (fusion)
inhibitor
Kilby et al., 98. Nat. Med. 4, 1302-1307.
Integrase Inhibitor: Raltegravir
Integrase Aktivitäten
Virale DNA
Raltegravir
Zelluläre DNA
Integrase Inhibitor: Raltegravir
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Mono”therapie”
Nur bei schwangeren Frauen.
Behandlung mit Zidovudine um das Risiko der Infektion des Kindes zu
vermindern.
Beginn: 14.-34 Schwangerschaftwoche
Behandlung mit mindestens 10 x höhere Dosis (Infusion) während der
Geburt.
Behandlung des Kindes bis 6 Wochen nach Geburt.
Highly active antiretroviral therapy (HAART)
Kombination von mehreren (i.d. Regel 3) antiviralen
Medikamente;
Können aus verschiedenen Inhibitorklassen sein (z.B. 2 NRTI und 1
Protease Inhibitor).
Oft besteht die intitiale Therapie aus mehrere Medikamenten der
selben Inhibitorgruppe, um sich die weiteren Inhibitorgruppen für
spätere Anwendungen “aufzusparen”.
Therapie-Erfolg:
Mindestens 1.0 log10 Abnahme der Viruslast im Plasma 2-8 Wochen nach
Therapiebeginn.
Virus nicht nachweisbar (<50 Kopien/ml) 4-6 Monate nach
Therapiebeginn.
Indikation für die Initiation von HAART
Klin. Kategorie
CD4+ Zellzahl
Zellen / mm3
Plasma HIV
Kopien/ml
Empfehlung
Symptomat.
Beliebig
beliebig
behandeln
Asymptom.
< 200
beliebig
behandeln:
Asymptomat.
200 - 350
beliebig
abwägen;
Asymptomat.
> 350
> 55 000
hängt vom
Kliniker ab.
Asymptomat.
> 350
< 55 000
später
behandeln.
Problems with HAART
Drug toxicity and inconvenience.
Expense.
Viral Drug Resistance.
Residual Virus Replication. HIV continues to replicate
because drugs do not penetrate all tissues/compartments.
Long-Lived Reservoirs of Virus Infection. HIV-infected
activated T cells live ~1 day and make 99% of the virus in
the body. Other virus-infected cells, however, can survive
for long periods during HAART: (1) macrophages (half-life
= ~14 days); (2) memory T cells (half-life = ~6 months)
Die häufigsten Nebenwirkungen von anti-HIV
Medikamenten
NRTI
periphere Neuropathien
NNRTI
Hautausschlag, Übelkeit, erhöhte Leberwerte
Proteaseinhibitoren:
Durchfall, Übelkeit, Nierensteine,Fettstoffwechselstörungen
Chemotherapeutika gegen Herpesviren
Chemotherapeutika gegen Herpesviren: Acyclovir
Wirksamkeit:
HSV-1, -2 > VZV > CMV
Wirkungsmechanismen:
- Bevorzugt von viraler Thymidinkinase (TK) zum
Monophosphat phosphorlyiert;
-als Triphosphat Kompetitor für dGTP:
Kettenabbruch bei Synthese der viralen DNA
Resistenzgene: TK; virale DNA polymerase
(seltener)
Anwendung: Genital-Herpes, Herpes labialis,
Herpes keratitis, Herpes encepahilits
Nebenwirkungen: gering
Acyclovir wird zuerst von der viralen ThymidinKinase phosphoryliert (Monophosphat) und dann
von zellulären Kinasen (Di- bzw. Triphosphat)
Chemotherapeutika gegen Herpesviren: Gancyclovir
Wirksamkeit:
CMV, Herpesviren
- Bevorzugt von viraler Thymidinkinase (CMVUL98; HSV-TK) zum Monophosphat phosphorlyiert;
- als Triphosphat Kompetitor für dGTP;
kein obligater Kettenabbruch.
Resistenzgene: UL98, TK; virale DNA
polymerase (seltener)
Anwendung: CMV Infektion bei
Immungeschwächten Personen; Herpes Zoster
Nebenwirkungen: Verminderte Leukozytenzahl;
Potentielles Teratogen, Karzinogen, Mutagen
Chemotherapeutika gegen Influenzaviren
Vermehrungszyklus Influenza
Relenza, Oseltamivir (=Tamiflu)
Amantadine
Chemotherapeutika gegen Influenza: Amantadine
Wirksamkeit:
Influenza A Virus (nicht Influenza B!)
Blockiert den durch M2 gebildeten H+ Kanal und
verhindert dadurch die Freigabe der viralen RNA aus
dem Partikel in Endosomen
Resistenzgene: M2
Anwendung: Influenza A Infektion, Parkinson’s
Krankheit
Nebenwirkungen: Zentral-nervöse Storungen:
Halluzinationen; Disorientierung; Schlaflosigkeit
Chemotherapeutika gegen Influenza:
Chemotherapeutika gegen Influenza: Tamiflu®
Wirksamkeit:
gegen Influenza A und Influenza B Virus;
Wirkungsmechanismus:
Inhibiert die virale Neuraminidase
Resistenz: Mutationen im Neuraminidase-Gen;
Resistenzen aufgetreten in zwei H5N1 infizierten
Personen in Vietnam;
Anwendung: Innerhalb von 48 Stunden nach
Auftreten der ersten Symptome; orale Einnahme
(Relenza® muss inhaliert werden).
Nebenwirkungen: Übelkeit, Erbrechen
Breitspektrum Chemotherapeutikum Ribavirin
Wirksam gegen DNA und RNA Viren.
Wirkungsmechanismen: nicht geklärt;
- Stärkung der Wirtsimmunität;
- Virus-Mutagen (Einbau in RNA)
Resistenzgene: nicht bekannt;
Anwendung: Infektionen mit RSV (Säuglinge)und
HCV. Bei HCV nicht wirksam als Monotherapie:
Kombination mit Interferon alpha
Nebenwirkungen:
Reduktion von Blutzellzahlen (Thromobzyten,
Leukozyten, Erythrozyten); Hautausschlag,
Depressionen, Schlaflosigkeit, Nervosität