Antivirale Chemotherapie
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- Kasimir Neumann
- vor 6 Jahren
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Transkript
1 Antivirale Chemotherapie Anforderungen an antivirale Substanzen: hohe Spezifität gegen das Virus bzw. infizierte Zellen; geringe Toxizität für uninfizierte Zellen im Wirt;
2 Chemotherapeutischer Index Minimale zytotoxische Konzentration Minimale antivirale Konzentration > 100
3 Die ideale antivirale Substanz : wasserlöslich; gute Bioverfügbarkeit; erreicht eine Konzentration im Blut, die mal über dem IC 50 Wert liegt; wird von infizierten Zellen aufgenommen; hat wenig bis keine Nebenwirkungen; kann über den Magen-Darm-Trakt aufgenommen werden;
4 Limitierung der antiviralen Chemotherapie Substanzen hemmen den Eintritt des Virus in die Wirtszelle bzw. die Vermehrung des Virus in der Wirtszelle Nicht wirksam zur Beseitigung chronischer bzw. latenter Infektionen.
5 Das Spiel mit dem Feuer Die Gefahr der Selektion von resistenten Viren Resistente Viren Principles of Virology, Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig
6 Entwicklung eines antiviralen Medikaments Teuer: 100 bis 500 Millionen US$; Langwierig: 5-10 Jahre; Principles of Virology, Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig
7 Identifizierung von antiviralen Substanzen Principles of Virology, Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig
8 Identifizierung von antiviralen Substanzen: Klinische Studien Phase I: Sicherheit Phase II: Wirksamkeit Probandenzahl al/images/bierer/figure2.gif Phase I II III IV Phase III: Vergleich der Wirksamkeit und Nebenwirkungen mit zugelassenen Medikamenten; Phase IV: Re-Evaluation von Nebenwirkungen.
9 Nutzung spezifischer viraler Enzyme zur Bekämpfung des Virus (I) Virus Enzym Wirkungsweise Substanz- Beispiel 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 Pyrophosphat- Bindungsstelle d. Enzyms Foscarnet
10 Nutzung/Hemmung spezifischer viraler Proteine zur Bekämpfung des Virus (II) Virus Virales Protein Wirkungsweise Substanz- Beispiel HIV Protease Nicht-spaltbares Substrat- Analog; Peptidomimetic; Saquinavir Hemmt Virusreifung 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 Virus M2 Hemmt die Funktion der M2 Protonenpumpe; Verhindert das Uncoating des Virus Amantadin
11 Chemotherapeutika gegen HIV
12
13 Inhibitoren der reversen Transkriptase
14 Nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTI) = Nukleosid-Analoga Pomerantz et al., Nat. Med. 9,
15 Zur Erinnerung: DNA Synthese setzt eine freie OH Gruppe am 3 Ende der DNA Kette voraus DNA Kette Nukleophiler Angriff P P P.. P P P P Nukleotid Neue Phosphodiesterbrücke
16 Einbau von Nukleosid-Analoga blockieren die weitere DNA Synthese (Kettenabbruch): Beispiel AZT Aus, Modrow, Falk, Truyen, 2.Auflage, 2003, Spektrum Akademischer Verlag, Kap. 19l, Fig.9.2.A OH OH OH OH
17 Beispiele für Nucleosid-Analoga gegen HIV: Zidovudin: Azidothymidin (AZT) Didanosin Didesoxyinosine (ddi) -> dda in der zelle Zalcitabine: Didesoxycytidin (ddc) Stavudine (d4t)
18 Azidothymidin wird erst in der Zelle in die aktive Form gebracht (Prodrug) Principles of Virology, Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig B
19 Mutierte AS Positionen in der Reversen Transkriptase, die mit Resistenzen gegen Nukleosid Analoga einher gehen Kreuz-Resistenzen
20 Non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTI) Pomerantz et al., Nat. Med. 9,
21 Non-Nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitor (NNRTI): Nevirapine CH 3 H N O N N N
22 Non-Nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitor (NNRTI): Nevirapine Principles of Virology, Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig
23 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.
24 Mutierte AS Positionen in der Reversen Transkriptase, die mit Resistenzen gegen Nicht-nukleosidischen RT Inhibitoren einher gehen Kreuz-Resistenzen
25 Inhibitoren der HIV Protease
26 Protease wird benötigt zur Reifung der Viruspartikel
27 Protease spaltet Gag-Vorläuferproteine translation HIV protease env gag pol Polyproteins pol pol Autoactivation structural proteins protease integrase Release of active HIV protease gag pol Reverse transcriptase + RNase H
28 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'
29 Hemmung der HIV Protease durch ein Nichtspaltbares künstliches Peptid-Substrat (Peptidomimetic) (Gag) Sonstige Inhibitoren der HIV- Protease: Ritonavir Indinavir Nelfinavir Amprenavir Saquinavir Principles of Virology, Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig
30 Struktur von HIV-1 Protease-Dimer mit gebundenem Inhibitor (Saquinavir)
31 Mutierte AS Positionen in resistenten Proteasen Nelfinavir Saquinavir Indinavir Ritonavir Amprenavir Lopinavir Atazanavir
32 Mono therapie Nur bei schwangeren Frauen. Behandlung mit Zidovudine um das Risiko der Infektion des Kindes zu vermindern. Beginn: Schwangerschaftwoche Behandlung mit mindestens 10 x höhere Dosis (Infusion) während der Geburt. Behandlung des Kindes bis 6 Wochen nach Geburt.
33 Highly active antiretroviral therapy (HAART) Kombination von mehreren 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 log 10 Abnahme der Viruslast im Plasma 2-8 Wochen nach Therapiebeginn. Virus nicht nachweisbar (<50 Kopien/ml) 4-6 Monate nach Therapiebeginn.
34 Indikation für die Initiation von HAART Klin. Kategorie CD4+ Zellzahl Plasma HIV Empfehlung Zellen / mm3 Kopien/ml Symptomat. Beliebig beliebig behandeln Asymptom. < 200 beliebig behandeln: Asymptomat beliebig abwägen; Asymptomat. > 350 > hängt vom Kliniker ab. Asymptomat. > 350 < später behandeln.
35 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)
36 Die häufigsten Nebenwirkungen von anti-hiv Medikamenten NRTI periphere Neuropathien NNRTI Hautausschlag, Übelkeit, erhöhte Leberwerte Proteaseinhibitoren: Durchfall, Übelkeit, Nierensteine,Fettstoffwechselstörungen
37 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,
38 Principles of Virology, Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Tab
39 Chemotherapeutika gegen Herpesviren
40 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
41 Acyclovir wird zuerst von der viralen Thymidin- Kinase phosphoryliert (Monophosphat) und dann von zellulären Kinasen (Di- bzw. Triphosphat)
42 Chemotherapeutika gegen Herpesviren: Gancyclovir Wirksamkeit: CMV, Herpesviren Wirkungsmechanismen: - Bevorzugt von viraler Thymidinkinase (CMV- UL98; 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;
43 Chemotherapeutika gegen Influenzaviren
44 Vermehrungszyklus Influenza Relenza, Oseltamivir (=Tamiflu) Amantadine
45 Chemotherapeutika gegen Influenza: Amantadine Wirksamkeit: Influenza A Virus (nicht Influenza B!) Wirkungsmechanismen: Blockiert den durch M2 gebildeten H + Kanal und verhindert dadurch die Freigabe der viralen RNA aus dem Partikel Resistenzgene: M2 Anwendung: Influenza A Infektion Nebenwirkungen: Zentral-nervöse Storungen: Halluzinationen; Disorientierung; Schlaflosigkeit
46 Chemotherapeutika gegen Influenza:
47 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
48 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
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