HIV Protease. gag-gen: Proteine des Viruskernes codiert pol-gen: codiert die Enzyme (RT, Polymerase, Integrase )

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1 HIV Protease - Viruscodiertes Enyzm, das eine zentrale Rolle in der Replikation spielt - die Protein-Bausteine werden in Form großer Vorläufer- Proteine synthetisiert, die erst anschließend von der HIV-Protease in die funktionellen Bestandteile hydrolytisch zerschnitten werden ( Gag, Pol, Env ) - Sogar HIV-Protease ist Teil der Fusionsproteins (pr-gagpol), spaltet sich autokatalytisch selbst ab gag-gen: Proteine des Viruskernes codiert pol-gen: codiert die Enzyme (RT, Polymerase, Integrase )

2 HIV Protease erstmals kristallisiert und 3D Struktur aufgeklärt - besteht aus 2 identischen Untereinheiten mit je 99 AS C2 Symmetrie nur die halbe genetische Information notwendig (!) - Inhibitoren der HIV Protease sind seit 1995 erhältlich zunächst Peptide, dann Peptidomimetika weitere Vereinfachung durch Reduzierung der Zahl an Chiralitätszentren in vitro: Synergismus mit Inhibitoren der RT nachweisbar

3 HIV Protease pdb code 3OXC

4 Protease Inhibitoren (I) Saquinavir [Invirase Kps Fortovase 200 mg] - Therapie und postexpositionelle Prophylaxe - erster Protease-Inhibitor am Markt Zusammenarbeit Roche/St Mary's Hospital Medical School, London - in 3er-Kombination mit Zidovudin und Lamivudin - Verbesserung der Wirkung wenn in Kombination mit Ritonavir (inhibiert MDR und Cyp P450 3A4)

5 Saquinavir pdb code 3OXC

6 Protease Inhibitoren (III) Indinavir [Crixivan ] - auch zur postexpositionellen Prophylaxe: (3 x 800 mg/d) - in 3er-Kombination mit Lamivudin und Zidovudin besonders gut wirksam - bei der Einnahme zu beachten: 1h vor oder 2h nach den Mahlzeiten genug Flüssigkeitszufuhr (2l/d) nicht in Kombination mit Rifampicin, Terfenadin, Astemizol, Cisaprid, Alprazolam, Triazolam, Midazolam

7 Protease Inhibitoren (II) Ritonavir [Norvir ] - Teile aus Saquinavir und Indinavir - in HAART Schema, weil Booster (inhibiert Cyp P450 3A4 & 2D6) - Achtung! AM- Interaktionen

8 Protease Inhibitoren (...) Nelfinavir [Virasept ] - als Mesylat - potenter Inhibitor (Ki = 2 nm) HIV-1 und HIV-2 - bessere Bioverfügbarkeit, wenn gleichzeitig mit Mahlzeit eingenommen - in Kombination mit RT Inhibitoren

9 Protease Inhibitoren (...) Amprenavir [Agenerase ] - lange HWZ, gute Bioverfügbarkeit zugelassen - 2 x tgl - Tagesdosis 1,2 g (!)

10 Protease Inhibitoren (...) Lopinavir [Kaletra, Aluvia ] - in Kombination mit Ritonavir Frage: Welche Substrukturen sind in Lopinavir enthalten?

11 Protease Inhibitoren (...) Atazanavir [Reyataz 150, 200 mg] - 1x tgl genügt (erster Proteaseinhibitor so zugelassen) - weniger NW - wenn mit Ritonavir kombiniert, sehr effizient bei Patienten mit Resistenz Frage: Welche Aminosäuren sind in Atazanavir enthalten?

12 Einschub: Aminosäuren

13 Protease Inhibitoren (...) Fosamprenavir [Lexiva US/Telzir EU] - Pro-Drug von Amprenavir - erlaubt längere Wirkdauer (slow-release) - gleich gut wie Lopinavir, aber billiger...

14 Protease Inhibitoren (...) Tipranavir [Aptivus 250 mg Kps.] - in Kombination mit 200 mg Ritonavir - Resistenz gegen Tipranavir benötigt offensichtlich mehrere Mutationen - auch für Kinder zugelassen (2008)

15 Protease Inhibitoren (...) Darunavir [Prezista ] - Unterschied zu Amprenavir: Hexahydrofuro[2,3-b]furan anstelle von Tetrahydrofuran - 2 nd Generation PI - gute Wirkung sowohl gegen Wildtypen als auch gegen Protease-Inhibitoren-resistente Compounds

16 Hepatitis C Protease Inhibitoren (I) Boceprivir [Victrelis ] - bindet an die HCV nonstructural 3 NS3 (HCV) active site zugelassen

17 Boceprivir pdb code 3OXC

18 Hepatitis C Protease Inhibitoren (II) Telaprevir [Incivek ] - hemmt die HCV NS3.4A Serineprotease - wirkt nur gegen Genotyp 1, nicht 2 - in Kombination mit pegyliertem Interferon und Ribavirin - bessere Heilungsraten beobachtet Frage: Wieviele Diastereomere gibt es theoretisch von Telaprevir?

19 Telaprevir pdb code 3SV6

20 Einschub - Hepatitis - Hepatitis A Leberentzündung, heilt spontan aus Übertragung: fäkal-oral, verunreinigtes Trinkwasser, Muscheln - Hepatitis B häufigste Virusinfektion, weltweit >350 Mio infiziert ca 30% der Weltbevölkerung hat Antikörper (überstandene Infektion) Chronische Hepatitis -> Leberzirrhose -> Leberzell-Carcinom Therapie schwierig, daher Impfung empfohlen Übertragungswege: Parenteral, über Körperflüssigkeiten, die in Hautverletzungen eindringen (GV, gebrauchte Inj.-Nadeln, Tätowierungen, Piercing, Rasierapparate, Nagelscheren etc.) Gefahr für medizinisches Personal

21 Einschub - Hepatitis - Hepatitis C Übertragung wie Hepatitis B ca Mio weltweit infiziert keine Immunisierung möglich Therapie: - Ribavirin in Kombination mit Interferon α-2b - Zusatz spezieller Protease-Hemmer Boceprevir oder Telaprevir

22 Influenza grippaler Infekt Erkältung, Schnupfen, Common Cold, grippaler Infekt

23 Influenza (Grippe, Flu ) - ernstzunehmende Virusinfektion, befällt ganzen Körper - jährlich erkranken ca 10% der österr. Bevölkerung - jährlich sterben ca 2500 an den Folgen von Influenza - Erreger: Influenza-Viren Typ A infiziert Menschen, Säugetiere, Vögel - relevant für Epidemien Typ B infiziert Menschen und Seehunde Typ C infiziert Menschen und Schweine (nicht besonders relevant) gehören zu den Orthomyxoviren verändern Oberflächenmoleküle, sodass sie vom Immunsystem nicht mehr erkannt werden jedes Jahr neue Impfung

24 Nomenklatur von Influenza-V

25 Targets gegen Influenza-Viren - Neuraminidase Enzym in der Membran verankert spaltet von Glycoproteinen der Wirtszellmembran die terminalen Sialinsäurereste ab (NANA), damit die ausknospenden Viren die Zelle wieder verlassen können - zur Information: Sialinsäuren N- und O-substituierte Derivate der Neuraminsäure, wichtigster Vertreter ist die N-Acetyl-neuraminsäure (NANA)

26 Neuraminidase-Hemmer NANA - ist ein Baustein von Glyocoproteinen und Gangliosiden - dient zu deren Schutz vor Abbau durch Proteasen Neuraminidase-Hemmer sind strukturell eng verwandt mit der Sialinsäure, wirken als kompetitive Inhibitoren

27 Zanamivir Victorian College of Pharmacy, Monash University (Australien) 1974: Entdeckung, dass 2-Deoxy-2,3-didehydro- N-acetylneuraminic acid (DANA) als schwacher Neuraminidase-Inhibitor wirkt CADD Studien ergeben, dass eine negativ geladene Region in der Bindetasche existiert 4-Amino-DANA 100x stärker als DANA Ersatz der Amino-Funktion durch Guanidin...

28 Rationales Design von Zanamivir

29 Weiteres Rationales Design

30 Tamiflu versus Relenza Oseltamivir versus Zanamivir

31 Tamiflu versus Relenza in 2006, Relenza only gained $13 million in revenue, compared to Tamiflu's $770 million in the first half...

32 Diverse Virustatica (I) Amantadin [Hofcomant PK-Merz -Schoeller Ftbl] - 1-Aminoadamantan - hemmt Penetration von Influenza A 2 Viren in die Zelle, nicht wirksam bei Influenza B - blockiert einen viralen Protonenkanal (M 2 Protein) - nur prophylaktisch richtig sinnvoll - rasche Resistenzentwicklung

33 Amantadine, ein polyvalentes Drug Auch zur Behandlung von M. Parkinson: - wirkt als schwacher Antagonist am NMDA Rezeptor - erhöht Freisetzung von Dopamin - blockiert Re-uptake von Dopamin off-label Prescription: - bei MS Patienten mit chronic fatigue - bei niedriger Dosierung: Behandlung von ADHD (Attention Deficit Hyperactivity Disorder) CAVE: Nicht mehr für Influenza-Therapie empfohlen!

34 Amantadine Synthese

35 Amantadine in 3D

36 Diverse Virustatica (II) Tromantadin [Viru-Merz Serol-Salbe] - 1-(2-Dimethylamino-ethoxyacetylamino)-adamantan - Indikation: Infektionen der Haut mit Herpes simplex Viren Typ 1 und 2

37 Diverse Virustatica (III) Imiquimod [Aldara 5%-Creme] - 4-Amino-1-isobutyl-1Himidazo[4,5-c]chinolin - Wirkmechanismus: Induziert Bildung von Interferon-α und anderer Cytokine - Indikation: Immunmodulator zur Behandlung von Feigwarzen (Condyloma acuminata) Superfizielle Basalzellcarcinome (verursacht durch HPV)

38 Diverse Virustatica (IV) Docosanol [Erazaban 10%-Creme] - Behenylalkohol (C 22 H 46 O) - wasserunlöslich, Verdickungsmittel in Kosmetik - Herstellung: Reduktive Spaltung des Samenöls aus dem Behenbaum (Meerettichbaum, Wunderbaum) - in Tropen & Subtropen - wirkt als Fusionsinhibitor - Indikation: lokale Prophylaxe und Therapie des frühen Stadiums der Fieberblase (Erreger: Herpes simplex labialis)

39 Exotische Viren Dengue Virus Chikungunya Virus

40 Dengue-Virus (+)ssrna Virus, Familie Flaviviridae 4 Subtypen (DEN 1-4) Übertragung - Stechmücken (Aedes) - Reservoir sind Affen und Menschen (Ballungsräume) Vorkommen - in über 100 Ländern in Afrika, Amerika, SO-Asien und Pazifik - Lt. WHO mind. 100 Mio Dengue-Infektionen pro Jahr

41 Verbreitung von Dengue Fieber

42 Dengue Fieber Weder Impfung noch Pharmakotherapie zur Verfügung Symptomatisch: Fiebersenkung - Achtung: keine Salicylate wg. erhöhter Blutungsneigung (hämorrhagisches Fieber)

43 Chikungunya Virus (+)ssrna, mit Hülle Familie Togaviridae (Gattung Alphaviren) Genetische Subtypen - Westafrika, Zentralafrika, Ost- und Südafrika, Indischer Ozean, Asien Übertragung - Insekten Aedes aegypti ( Gelbfiebermücke ) Aedes albopicta ( Asiatische Tigermücke )

44 Chikungunya Virus Verbreitung Verbreitung in mehr als 40 Ländern Asien, Afrika Ausbruch in La Reunion 2005/ % der Bevölkerung ( ) infiziert Todesfälle Ausbrüche in Europa - Südfrankreich: Italien Juli; September Fälle hauptsächlich in 2 Dörfern in der Nähe von Ravenna ein Todesfall

45 Chikungunya Virus Verbreitung

46 Aedes Verbreitung Klimawandel: Tropische Tigermücke rückt nach Norden vor [

47 Chikungunya Fieber - Chikungunya = der gekrümmt Gehende (Makonde-Spr.) - Inkubationszeit von ein paar Tagen - Hohes Fieber - Gelenksschmerzen (!!) vor allem Handgelenke sind betroffen Erkrankte reagieren sehr empfindlich auf Druckschmerz Erkrankte können sich durch die Schmerzen kaum aufrecht halten - Myalgie - Kopfschmerz, Übelkeit, Schwindel Während des Ausbruchs auf Reunion wurde das Fieber auch in Zusammenhang mit Lymphopenie, Hepatitis und Enzephalitis gebracht

48 Chikungunya Fieber Noch keine Pharmakotherapie - Symptomatisch: Paracetamol und NSAR (kein ASS) gegen Gelenksschmerzen Hot topic: EC FP7 Projekt SILVER - Erforschung von potentiellen antiviralen Wirkstoffen gegen das Chikungunya Virus (early discovery) Inhibitors of viral entry: Chloroquine, Arbidol, Chlorpromazin, Inhibitors of viral replicase: Apigenin, Chrysin, Narigenin, Silybin, Trigocherrin A,.. Inhibitors of viral genome replication: Ribavirin, 6-Azauridine, Mycophenolsäure Modulators of host immune response: IFN-alpha-2a, IFN-alpha-2b, Inhibitor of viral glycoprotein maturation. Decanoyl-RVKR-chloromethyl ketone

49 Das EU FP7 SILVER Projekt

50 Auf Wiedersehen, und weiterhin viel Erfolg! Danke Prof. Ernst Urban (Universität Wien) Mag. pharm. Julia Kirchebner (Universität Innsbruck) Wikipedia