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FARMACI ANTIVIRALI. I virus sono parassiti intracellulari che si moltiplicano utilizzando strutture, organelli e enzimi propri della cellula, di conseguenza:
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FARMACI ANTIVIRALI I virus sono parassiti intracellulari che si moltiplicano utilizzando strutture, organelli e enzimi propri della cellula, di conseguenza: • Difficoltà maggiore sviluppare farmaci antivirali in grado di inibire selettivamente la moltiplicazione virale senza danneggiare il metabolismo cellulare • Farmaco ideale interrompe la replicazione virale in un punto specifico ed essenziale del ciclo replicativo virale senza influenzare il normale metabolismo cellulare. • Bersagli migliori funzioni uniche del virus, senza controparte cellulare
Tappe del ciclo di replicazione dei virus bersaglio dei farmaci antivirali I principali farmaci virali si possono classificare in base alle diverse fasi del ciclo replicativi virale su cui agiscono : • Adsorbimento • Penetrazione e scapsidazione • Replicazione del DNA • Trascrizione • Sintesi proteica • Assemblaggio
Tappe del ciclo di replicazione dei virus bersaglio dei farmaci antivirali
Adsorbimento farmaci che “mimano” l’antirecettore o il recettore virale impedendo la loro interazione (es. l’HIV-1 infetta la cellula utilizzando come antirecettore la gp120, presente sul virione, e come recettore il CD4, presente sui linfociti T helper). Questi farmaci si sono rivelati tossici. • Penetrazione farmaci che inibiscono il processo di fusione fra pericapside e membrana cellulare (es. un peptide sintetico T-20 o enfuvirtide) che corrisponde a 36 aa della regione COOH terminale della gp41 (proteina fusogena) di HIV-1 ne impedisce l’attività fusogena. • Scapsidazione amantadina e rimantadina sono farmaci antinfluenzali che, bloccando il canale ionico costituito dalla proteina del tegumento M2, ostacolano la migrazione degli ioni H+ all’interno della particella virale e impediscono l’abbassamento del pH all’interno delle vescicole che contengono il virus e nell’ambiente “intravirionico” impedendo la liberazione del virus e dell’acido nucleico nel citoplasma .
Farmaci che agiscono sulla replicazione degli acidi nucleici (DNA o RNA) • Analoghi dei nucleosidi: modificazioni • Base purinica o pirimidinica • Componente saccaridica • Legame fra le due componenti • Meccanismi d’azione • Inibizione della DNA polimerasi per • competizione con il substrato naturale • Interruzione della catena dopo • incorporazione in 3’. • Previa incorporazione, riduzione del • funzionamento del DNA come stampo • per la replicazione o aumento della sua • sensibilità alla degradazione enzimatica
Meccanismo d’azione dell’acyclovir • Di notevole interesse come farmaco • antivirale è l’aciclovir-ACV (deossi-guanosina aciclica), utilizzato nell’infezione da Herpes simplex e varicella-zoster, per la sua selettività nei confronti delle cellule infettate dal virus. L’ACV viene infatti (1) attivata, mediante una fosforilazione specifica, ad opera di una timidina chinasi virale , (2) ha una elevata affinità per la DNA polimerasi virale, (3) viene incorporata nella catena nascente di DNA virale e (4) interrompe la crescita della catena nascente.
Azidotimidina (AZT) La DNA-polimerasi RNA-dipendente (trascriptasi inversa) dei retrovirus è inibita da diversi analoghi dei nucleosidi dove il gruppo OH in posizione 3’ dello zucchero è sostituito con altri radicali (ad es. la Azidotimidina (AZT) dove il gruppo ossidrile é sostituito con un gruppo azidico). L’azione antivirale dell’AZT si esplica una volta che questa è fosforilata, in successione, da tre chinasi cellulari.
Altri inibitori del DNA e RNA virale • Analoghi nucleotidici (adefovir e tenofovir) Si tratta di derivati fosfonati di nucleotidi aciclici in cui il gruppo fosfonato è un gruppo fosfato-mimetico (non attaccabile dagli enzimi cellulari ad azione fosfatasica) per cui, una volta che la molecola sia entrata nella cellula sono necessarie solo due ulteriori fosforilazioni ad opera di chinasi cellulari perché la molecola assuma una configurazione efficace per interagire con la DNA-polimerasi DNA-dipendente o la transcriptasi inversa virale di cui blocca l’attività. Il tenofovir e l’adefovir sono analoghi dell’adenosina monofosfato e il primo viene utilizzato nell’infezione da HIV, mentre il secondo per l’epatite cronica da HBV. • Inibitori non-nucleosidici (nevirapina e efavirenz) Sono inibitori allosterici che interagiscono con la transcriptasi inversa legandosi ad una tasca idrofobica dell’enzima in una zona diversa dal sito attivo che viene inibito allostericamente. Nevirapina e efavirenz sono altamente selettivi per l’infezione da HIV.
Inibitori della sintesi proteicafarmaci anti-proteasi • In alcune famiglie di virus (es. retrovirus) le proteine virali vengono sintetizzate come poliproteine che sono poi tagliate da delle proteasi virali. Inibendo le proteasi virali non vengono prodotte proteine funzionali non si formano gli involucri virali. • I farmaci inibitori delle proteasi sono dei peptidi che mimano le sequenze riconosciute dalle proteasi di conseguenza si legano al sito attivo dell’enzima bloccandolo. • Esitono degli inibitori delle proteasi di HIV-1 (Es. saquinavir, indinavir) che vengono utilizzati nella terapia dell’AIDS, associati ad analoghi dei nucleosidi.
Inibitori del rilascio • Alcuni virus durante la fase di gemmazione possono rimanere legati alla cellula per l’interazione di proteine del pericapside con proteine della membrana cellulare. E’ questo il caso del virus dell’influenza dove la emoagglutinina virale (HA) rimane legata con le molecole di acido sialico presenti sul recettore cellulare. Il virus riesce a superare questo blocco grazie all’azione della neuraminidasi virale (NA) che scinde le molecole di acido sialico e permette il rilascio dei virioni. La neuraminidasi sembra inoltre facilitare il passaggio del virus attraverso il rivestimento mucoso degli epiteli polmonari idrolizzando i residui di acido sialico presenti nelle glicoproteine del muco. • Gli inibitori della neuraminidasi (zanamivir e oseltamivir) bloccano questi processi impedendo la diffusione del virus. • Entrambi mimano la struttura dell’acido sialico agendo come degli inibitori competitivi. Lo zanamivir viene somministrato per via inalatoria, mentre lo oseltamivir per via orale:
Emoagglutinina (antirecettore) Acido sialico (recettore) (Neuraminidasi)
Azione degli IFN nel corso dell’infezione • Il primo tipo di interferone prodotto è l’IFN- indotto principalmente a livello delle mucose dove iniziano la maggior parte delle infezioni virali. L’IFN- diffonde scarsamente e quindi può bloccare l’infezione al sito d’ingresso del virus. • Se il virus diffonde attraverso il sistema linfatico ed il circolo ematico viene in contatto con leucociti e cellule dendritiche plasmocitoidi in grado di produrre l’IFN-. L’IFN- è molto diffusibile e raggiunge organi distanti contribuendo a contrastare l’estensione dell’infezione, in particolare agendo sugli endoteli delle barriere naturali (ematoencefalica, polmonare, placentare. • Perdurando l’infezione, viene attivata la risposta immune specifica e gli antigeni virali possono interagire con gli specifici linfociti TH CD4 e T CD8 inducendo la produzione di IFN- che possiede la capacità di potenziare l’azione delle cellule effettrici della risposta cellulo-mediata.
Produzione di IFN La produzione dell’interferone di tipo 1 può avvenire attraverso due vie: (1) quella endosomica, dove le cellule dell’immunità innata (macrofagi tissutali, cellule dendritiche immature e cellule dendritiche plasmacitoidi) percepiscono la presenza del virus mediante i TLR (TLR 3, 7 e 9) (2) quella non-endosomica, dove le cellule tissutali infettate possiedono nel citoplasma particolari sensori in grado di riconoscere componenti della replicazione virale. • Nel primo caso, un gruppo di TLR che risiedono negli endosomi cellulari possono riconoscere acidi nucleici virali in seguito all’internalizzazione, per fagocitosi, macropinocitosi o riconoscimento recettoriale di particelle virali o cellule apoptotiche. La trascrizione del gene per l’IFN viene attivata in seguito alla fosforilazione, dimerizzazione e traslocazione al nucleo di una serie di fattori trascrizionali, come: IFR-3 e IFR-7. • Nel secondo caso gli interferoni di tipo I vengono prodotti da cellule tissutali in seguito ad infezione virale. Molecole di RNA a doppia elica prodotte durante la replicazione virale vengono riconosciute da due specifiche RNA elicasi citoplasmatiche, RIG-I e MDA5, che attivano specifiche proteine chinasi. Queste chinasi fosforilano il fattore IFR-3 e ne favoriscono la dimerizzazione e la sua traslocazione al nucleo, dove con altri fattori trascrizionali attiva la trascrizione del gene dell’IFN β.
Gli IFN una volta prodotti vengono secreti e riconosciuti da recettori eterodimerici (IFNAR-1/IFNAR-2) della famiglia ematopoietina/citochina presenti o sulla stessa cellula o su altre cellule. L’interazione IFN/recettore attiva la fosforilazione dei fattori trascrizionali STAT 1 e STAT2 che traslocano al nucleo e attivano la trascrizione di geni e l’espressione di proteine/enzimi. Queste proteine rimangono inattive e vengono attivate solo in seguito ad un infezione virale ed alla interazione con molecole di RNA virale a doppia elica
Meccanismi antivirali degli interferoni alfa e beta Gli IFN una volta prodotti vengono secreti e riconosciuti da recettori eterodimerici (IFNAR-1/IFNAR-2) della famiglia ematopoietina/citochina presenti o sulla stessa cellula o su altre cellule. L’interazione IFN/recettore attiva la fosforilazione dei fattori trascrizionali STAT 1 e STAT2 che traslocano al nucleo e attivano la trascrizione di geni e l’espressione di proteine/enzimi (proteina chinasi-PKR, 2’,5’ oligoAsintetasi, Mx). Queste proteine rimangono inattive e vengono attivate solo in seguito ad un infezione virale ed alla interazione con molecole di RNA virale a doppia elica La PKR riconosce corte molecole di dsRNA, dimerizza e si attiva fosforilando il fattore di inizio della traduzione (elongation factor 2), con conseguente blocco delle sintesi proteiche. La 2’,5’-oligo A sintetasi favorisce la sintesi di oligoadenilati che attivano una RNAsi cellulare con degradazione degli mRNA. Le proteine Mx, appartenenti alle GTPasi, associate in strutture multimeriche bloccano la trascrizione e l’assemblaggio delle particelle virali
Applicazioni terapeutiche degli IFN Infezioni virali rIFN- • Papillomavirus • Infezioni croniche da HBV e HCV Neoplasie rIFN- • Leucemia mieloide cronica • Leucemia a cellule capellute • Linfoma di Hodgkin • Sarcoma di Kaposi • Melanoma Malattie neurodegenerative rIFN- • Sclerosi multipla
