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Fármacos antivirais
Profa. Dra. Ivone Carvalho
Noturno - 2016
• São acelulares e não apresentam metabolismo
próprio parasitas intracelulares obrigatórios
• Se reproduzem (dentro de células vivas) e
evoluem (sofrem mutações) organismos vivos.
• Fora da célula hospedeira, o vírus se cristaliza
ficando inativo.
• Material genético: DNA ou RNA.
Vírus
Classificação dos vírus
herpes vírus
adenovírus
vírus hepatite B
bacteriófagos
retrovírus (HIV)
influenza vírus
vírus hepatite A, C e D
vírus de febre hemorrágica (dengue, hantavírus, ebola vírus)
raiva vírus
material
genético
(genoma)
DNA ou RNA
envelope
glicoproteínas
do envelope
capsídeo Vírus de DNA
Vírus de RNA
• Produção de anticorpos que tornam o organismo
imune ou, ao menos, mais resistente ao vírus.
• Principal método de combate às viroses.
• Vírus atenuados, inativados ou recombinantes
(produz antígeno mas incapaz de replicar),
vacina de subunidade recombinante (ex:
antígeno expresso em E. coli).
• Embora valiosas, as vacinas não funcionam para
infecções em curso, imunossuprimidos (HIV,
quimioterapia e transplantados) e vírus de rápida
mutação gênica (ex: HIV e gripe).
Vacinas
Vacinas Tríplice Viral - Rubéola & Sarampo: manchas avermelhadas,
conjuntivite e fotofobia; Caxumba: inchaço e dores locais
Catapora (varicela) - manchas vermelhas e intensa coceira
Poliomielite - febre, diarreia, dor de cabeça e flacidez muscular
Hepatite A e B - náuseas, febre, falta de apetite, fadiga, diarreia e
icterícia lesões no fígado
Febre amarela - lesões no fígado, dor no estômago, vômitos, febre e
morte por problemas cardíacos e renais.
Raiva humana - dificuldade de ingerir líquidos e alimentos; espasmos
Varíola - manchas que evoluem para vesículas (erradicada)
HPV - verrugas genitais que podem ou não evoluir para câncer
Faltam Vacinas para Hepatite C, Herpes (ardência e “bolhas de
água”), HIV.
Gripe (parcial/sazonal)
Dengue (Dengvaxia® Sanofi-Pasteur: registro aprovado pela ANVISA
em 2015; Vacina Instituto Butantã: testes clínicos fase III).
• Prevalência global de 3%, ou seja, aproximada-mente
150 milhões de pessoas são infectadas.
• Vírus da hepatite C está associado a 70% dos casos de
hepatite crônica, 40% de cirrose avançada e de 60%
carcinoma hepatocelular => um terço dos transplantes
hepáticos no mundo.
• Fatores agravantes: idade elevada de contamina-ção,
etilismo, co-infecção por HIV ou pelo vírus da hepatite B.
• As fontes de infecção mais conhecidas são o uso de
hemoderivados e de drogas endovenosas.
Hepatite C
Tratamento da Hepatite C:
Ribavirina: análogo
sintético da guanosina
Inibição da DNA
polimerase
Interferons alfa + ribavirina: melhoram a resposta virológica
sustentada (erradicação do vírus) em ~40%.
Interferons: proteínas produzidas pelas células para defendê-las de agentes externos,
induzindo um estado de resistência antiviral em células teciduais não infectadas.
Guanosina
• Herpes simples: contorno dos lábios, rosto, órgãos
genitais e nádegas.
• Herpes zoster: nervo trigêmeo, próximo da orelha
até a testa, e abdômen, acompanhando o trajeto
do nervo.
Herpes
Herpes: ciclo de vida do vírus
Comparação entre o nucleotídeo natural e o
fármaco aciclovir
Principais vírus suscetíveis ao
tratamento com aciclovir:
Herpes simplex (VHs), tipos 1
(herpes simplex encephalitis) e 2
genital herpes),
vírus Varicella zoster (VVZ-
ex:catapora),
vírus Epstein-Barr (VEB) e
Citomegalovirus (CMV)
Antivirais usados para tratamento do vírus da Herpes
Trifosfato ativo presente apenas nas células infectadas (não-tóxico)
NUCLEOTÍDEOS: UNIDADES
FUNDAMENTAIS DOS ÁCIDOS
NUCLÉICOS
N
NN
N
N
O
O
PO
OH
PO
O
N
N
N
O
NH
N
O
OH
N
O
O
NO O
P
O
OH
-O
H
HH
ADENINA
GUANINA
N
HN
O
NO O
P
O
O
-O
H
H
HCITOSINA
TIMINA
O
N
O
ON
O
HOH
HH
HH
OPO
O-
O
P
O
O
O-
P
O
-O
O-
O
OPN
N
NN
HN
H
H
ADENINA
TIMINA
Polimerização do DNA
3´
5´
Aciclovir age interrompendo o elongamento
da cadeia de DNA
Pró-fármacos de aciclovir HN
N
N
O
H2N N
O
HO
Diferenças entre as sub-famílias alfa e beta de timidina quinase
Mais solúveis em água
Desenvolvimento de
resistência
Usado em
infecções
oculares
causadas por
CMV
Bioisóstero de Ganciclovir
Penciclovir: espectro de atividade semelhante a aciclovir, mas maior
potência e rápido início e tempo de duração de ação. Uso tópico em herpes
labial e intravenosamente para tratamento de HSV.
Fármaco Pró-fármaco
Fármacos empregados em infecções por vírus
que não possuem a enzima timidina quinase
Usado em infecções de retina por CMV
Efeitos indesejáveis renais
Antivirais que são igualmente fosforilados pelas
enzimas timidina quinase viral e celular
Menos seletivos
Inibidor da síntese de DNA viral:
liga-se nos sítios de ligação do
pirofosfato da DNA-polimerase
viral e da transcriptase reversa,
impedindo a incorporação dos
nucleosídeos trifosfatos no DNA.
Usado em infecções por CMV
Mais tóxico;
uso tópico em
queratoconjuntivite
adenoviral
Menos tóxico;
uso sistêmico em
CMV e VZV
HSV-1 e HSV-2
encephalitis
Tratamento de papillomavirus: verrugas genitais
Terapia “anti-sense” (para CMV)-bloqueio da tradução do RNA viral
Fomivirsen
Inibidor da
polimerização de
tubulina
Estrutura contendo grupos fosfonotioato no lugar de fosfato
Pandemias e Epidemias envolvendo
Influenza
• Pandemia: 1918 na Europa; envolvendo em torno de 20
milhões de pessoas;
• Epidemia em1957 (gripe asiática);
• Epidemia em 1968 (gripe Hong Kong);
• Epidemia em 1977 (gripe Rússia);
• Grande risco ocorreu
em 1997-Hong Kong
Ciclo de vida do vírus Influenza
Influenza A
Inibidores de neuraminidase
Geometria trigonal
Mecanismo enzimático de hidrólise
Neuraminidase
Etapa 1 - Binding
• Ligação do substrato sialosídeo (glicolipidio ou glicoproteina)
• Ácido siálico adota a conformação pseudo-barco
• A conformação menos estável permite maiores interações com a
enzima
O
OR
O
O
NH
H2N
H2N
Arg-371
O OR
O O
R'AcHN
HO
NH
H2N
H2N
Arg-371
Sialosídeo
Mecanismo enzimático de hidrólise
Neuraminidase
O OHN
NH2
NH2
O O
Asp-151
Arg-152
Glu-277
OH
H
O
OR
O
O
NH
H2N
H2N
Ar g- 371O
O
O
NH
H2N
H2N
O O
O
HN
NH2
NH2
O O
OR
H
H
Arg-371
Asp-151
Arg-152
Glu-277
+
-
2
Etapa 2- Doação de próton a partir de uma molécula de água ativada
• Formação do intermediário do estado de transição cátion sialosil
endocíclico
• Glu-277 estabiliza a carga parcial no oxigênio glicosídico
Mecanismo enzimático de hidrólise
Neuraminidase
O
O
O
NH
H2N
H2N
O O
O
HN
NH2
NH2
O O
OR
H
H
Arg-371
Asp-151
Arg-152
Glu-277
+
-
2
O
O
O
NH
H2N
H2N
O O
O
HN
NH2
NH2
O O
HOR
H
Arg-371
Asp-151
Arg-152
Glu-277
•HOR é melhor grupo abandonador do que –OR
•Glu-277 estabiliza a carga parcial no oxigênio glicosídico
Etapa 2- Doação de próton a partir de uma molécula de água ativada
Mecanismo enzimático de hidrólise
Neuraminidase
O
O
O
NH
H2N
H2N
O O
O
HN
NH2
NH2
O O
HOR
H
Arg-371
Asp-151
Arg-152
Glu-277
O
O
O
NH
H2N
H2N
O O
OH
HN
NH2
NH2
O O
Arg-371
Asp-151
Arg-152
Glu-277
-
+
Etapa 3 – Formação de ácido siálico
Mecanismo enzimático de hidrólise
Neuraminidase
O
O
O
NH
H2N
H2N
O O
OH
HN
NH2
NH2
O O
Arg-371
Asp-151
Arg-152
Glu-277
-
+
Etapa 4- Formação e liberação de ácido siálico
a-Anomero de ácido siálico é liberado
Ocorre equilíbrio para formação do b-anomero mais estável
a-anomer
O OH
CO2
R'AcHN
HO
b-anomer
O CO2
OH
R'AcHN
HO
Desenvolvimento de zanamivir
(estudos de modelagem molecular)
Baixa disponibilidade
oral
Não seletivo e
Inativo in vivo
Inalação
Inibidores do estado de transição: 6-carboxamidas (natureza menos polar que zanamivir)
Bioisóstero metilênico de zanamivir
Oseltamivir - Tamiflu
Desenvolvimento de oseltamivir
(Tamiflu)
Outros antivirais
Agentes antivirais de amplo espectro:
HIV
Ciclo de vida do vírus HIV
Estima-se que cerca de 33,4 milhões de pessoas vivam
atualmente com o Vírus de Imunodeficiência Humana (HIV, do
inglês Human Immunodeficiency Virus). No Brasil, a taxa de
prevalência da infecção por HIV na população de 15 a 49 anos
é de 0,6%, somente em 2006 foram registrados 32.628 novos
casos de AIDS, representando uma taxa de incidência de 19,5
casos a cada 100 mil habitantes
O vírus da imunodeficiência humana (HIV), pertencente à
família Retroviridae, gênero Lentivirus, produz a base
patológica da síndrome da imunodeficiência adquirida (AIDS)
que permanece como um problema de saúde mundial de
dimensões sem precedentes. Conhecido há pouco mais de 27
anos, o HIV já causou cerca de 25 milhões de mortes no
mundo. Só no Brasil, desde 1990, o número de óbitos gira em
torno de 11 mil por ano.
Genoma do HIV-1
• Três genes estruturais gag, env e pol comuns aos
retrovírus;
• Três genes regulatórios tat, rev e nef;
• Três genes acessórios vif, vpr e vpu (no HIV-1) ou vpx (no
HIV-2)
Gp120 é a proteína que interage com o receptor CD4 na
célula a ser infectada. Gp41 é a glicopreoteína de fusão,
exposta após a ligação de Gp120 ao linfócito.
Efurvitida: aprovado pelo FDA em 13 de Março de 2003
Enfuvirtida é um peptídeo sintético, contendo 36 aminoácidos com N-terminal ligado
a grupo acetil e C-terminal carboxamida. É composto por resíduos de L-aminoácidos
naturais :
Enfuvirtida
CH3CO-Tyr-Thr-Ser-Leu-Ile-His-Ser-Leu-Ile-Glu-Glu-Ser-Gln-Asn-Gln-Gln-Glu-Lys-
Asn-Glu-Gln-Glu-Leu-Leu-Glu-Leu-Asp-Lys-Trp-Ala-Ser-Leu-Trp-Asn-Trp-Phe-NH2
Enfuvirtide
Inibidores de fusão do HIV
Trecovirsen
Terapia anti-sense – bloqueia produção da proteína Tat
Enfuvirtide: polipeptídeo com36 aa
Inibidor de Glucosidase
Bloqueador de receptor
de quimiocina CCR5
Antagonista de correceptor
de quimiocina CCR5 Maraviroque - Celsentri (Pfizer): aprovado pela FDA em 2007
Inibidor de Integrase: raltegravir –
Isentress (Merck): aprovado pelo FDA em 2007
Fármacos anti-retrovirais
Inibidores da transcriptase reversa e protease
Inibidores deTranscriptase reversa:
Nucleosídeos (NRTIs): zidovudina, didanosina, zalcitabina,
stavudina, lamivudina e abacavir;
Não-nucleosídeos (NNRTIs): nevirapina, delavirdina, efavirenz
Inibidores de Protease (PIs):
Saquinavir, ritonavir, indinavir e nelfinavir
Fármacos anti-retrovirais
Rápido desenvolvimento de resistência
Tratamento com apenas um fármaco tem efeito benéfico apenas inicial
A longo prazo o uso de apenas um fármaco anti-HIV serve
para selecionar vírus mutantes e resistentes ao tratamento
Por estas razões a terapia atual envolve a combinação
de fármacos diferentes que atuam em ambas enzimas:
transcriptase reversa e protease
Diminui a progressão da AIDS Aumenta as taxas de sobrevivência
Inibidores de Transcriptase reversa nucleosídeos (NRTIs):
Também utilizada para
tratamento da hepatite B
Agem contra HIV-1 e HIV-2
Inibidores de Transcriptase reversa nucleosídeos (NRTIs):
Também empregado
no tratamento de
hepatite B crônica,
CMV e herpes
Permanece nas
células infectadas
por maior tempo Pró-fármacos
Inibidores de Transcriptase reversa não-nucleosídeos
(NNRTIs): moléculas hidrofóbicas
Menos tóxicos que os correspondentes inibidores nucleosídeos
Desenvolvimento de resistência devido à mutação no sítio alostérico pela
substituição de Lys103 por asparagina (K103N)
Combinação com NRTI
Segunda geração
Inibidores não-competitivos e reversíveis contra HIV-1
Inibidores de Transcriptase reversa não-nucleosídeos
(NRTIs): terceira geração
Retém atividade
contra vírus mutante
Inibidores de Protease
Problemas relacionados a estrutura de peptídeos para serem usados como fármacos:
• Baixa absorção;
• Suscetibilidade metabólica;
• Excreção rápida;
• Acesso limitado ao Sistema Nervoso Central;
• Altamente ligados em proteínas plasmáticas
• Suscetíveis às reações do primeiro passo do metabolismo (Citocromo P450)
• Interação com outros fármacos
Estas são características são devido a: alto peso molecular, baixa solubilidade
em água e suscetibilidade da ligação peptídica.
Não são Pró-fármacos como os inibidores nucleosídeos de transcriptase reversa
Estrutura: é um dímero simétrico, cada monômero
contém 99 subunidades de aminoácidos
Protease do vírus HIV: aspartil protease
Inibem HIV-1 e
HIV-2
C
HN
NH
R1
O R1
NH
O
H
O
H
O
Ileu50
NH2+ NH2+
Gly27
O O
Gly27'
C
O O
Ileu50'
Asp25 Asp25'
C
O O
C
OO
Mecanismo de hidrólise do substrato (polipeptídeo) natural
pela Protease
Mecanismo de hidrólise do
substrato natural
Planejamento de inibidores do estado de transição
vantagens???
Isósteros do estado de transição
do intermediário tetraédrico
Mimetizam o centro tetraédrico do estado de transição
São estáveis a hidrólise
Estereoquímica?
Análogo pentapeptídico que incorpora o grupo
isóstero do estado de transição: hidroxietilamina
Seqüência da poliproteína pol:
Leu165-Asn-Phe-Pro-Ile169
Análogo pentapeptídico (Roche)
• Liga-se a cinco sub-unidades
do receptor (S3-S2’);
• Inibição relativamente fraca;
• Alto peso molecular;
• Características de peptídeo;
• Baixa biodisponibilidade oral
Desenvolvimento de saquinavir: 1995
Configuração R do grupo
hidroxietilamina
-Problemas com a administração por via oral e resistência
-Desenvolvimento de novos fármacos:
N
NH
HN
O
NH2
O
O
OH
N
O NH
H
HSaquinovir
N
N
N
ONH
NH
OH
O
OH
Indinavir
N NN
NH
ON
S
O
O OH
O
N
S
Ritonavir
Planejamento de inibidores de protease
simétricos contendo grupo hidroxietilamina: explorando região do sub-sítio S1
Ritonavir: Abbott
Instável *Baixa atividade
enzimática
*Inativo in vitro
Inibidores simétricos: Ritonavir
Atividade in vitro e
Resistente a enzimas
proteolíticas
(explorando região do sub-sítio S2)
Grupos NHs ligam-se
a Gly 27 e 27’, mas
muito próximas para
permitir ótima interação Separação dos grupos NHs
Por uma ligação adicional
Planejamento de inibidores de protease
simétricos contendo grupo diol
Configuração do grupo diol Pequeno efeito na atividade
Melhor atividade (10x) que o correspondente derivado
Mono-hidroxilado, mas menos solúvel em água
Desenvolvimento de
Ritonavir e lopinavir
Investigações envolvendo
o volume molecular, a
solubilidade aquosa e o
número de ligações de
hidrogênio com os sub-
sítios do receptor
Potente
inibidor
De CYP3A4
Remoção de valina
E metabolismo
Ativo contra
vírus
Resistentes
(Val82)
Mais polar,
mas usado por
via intravenosa
Baixa solubilidade e
biodisponibilidade
oral
Apenas (R)-OH
Interage com os
Resíduos de Asp25
Grupo N-metiluréia:
Adequado para adequada
Solubilidade em água e
Biodisponibilidade;
enquanto o grupo uretana
Foi adequado para a meia-
Vida plasmática e potência
Anel 4-tiazólico como
bioisóstero de piridina
e mudando a posição
de OH
Desenvolvimento de indinavir: Merck
(estratégia da hibridização)
Baixa
biodisponibilidade e
toxicidade hepática
Indinavir: melhor biodisponibilidade oral e menor taxa de ligação a proteínas
plasmáticas que saquinavir
Desenvolvimento de nelfinavir: Lilly
Redução do peso molecular
e diminuição do caráter de peptídeo