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Antivirale Therapie

Prof. Dr. Christian JassoyInstitut für Virologie

Medizinische FakultätUniversität Leipzig

Antivirale Therapie

• Entwicklung

• Wirkungsweise

• Beispiele• Herpesviren• HIV• Influenza• andere

Chronik der antiviralen Therapie

1957 Interferone

1959 Idoxuridin

1964 Trifluridin

60er Jahre Amantadin

1968 Vidarabin

1972 Ribavirin

1977 Aciclovir

1978 Foscarnet

1983 Ganciclovir

1985 Azidothymidin (1964)

1987 ff andere HIV RT-Inhibitoren

90er Jahre HIV NNRT-Inhibitoren

HIV Protease-Inhibitoren

Influenza NA-Inhibitor

1995

1999

Behandelbare Virusinfektionen

Herpesviren

HSV-1HSV-2VZVCMV(EBV)

Hepatitisviren

HBVHCV

HIV

Influenzavirus

Respiratorisches Synzytienvirus

Papillomviren

Verschiedene Bunya-und Arenaviren

2

Stufen der Entdeckung undEntwicklung antiviraler Substanzen I

1. Viruskultur oder

2. Identifizierung einer Zielstruktur/Enzym

3. Entwicklung eines Enzymtests

Protease-Inhibitor-Enzym-Test I

Elektrophorese der Proteine

Rekombinantes Substrat

Rekombinante Protease

Protease-Inhibitor-Enzym-Test II

Fluoreszierendes Substrat

Fluoreszenz im Reaktionspuffer

Protease-Inhibitor-Suchtest in E. coli

3

Stufen der Entdeckung undEntwicklung antiviraler Substanzen II

4. Suchtest -> Treffer („Hits“)

5. Bestätigungstest -> Leitstrukturen („Lead“)

Stufen der Entdeckung undEntwicklung antiviraler Substanzen III

6. Zytotoxizitätstestung

7. Bioverfügbarkeit, Biokinetik, Toxizität im Tier

8. Klinische Testung 1-3

9. Zulassung als Medikament

Stufen der Entdeckung undEntwicklung antiviraler Substanzen IV

Synthese Treffer Zytotoxizität Wirkung Tier Toxiztät Tier Wirkung Mensch Toxizität Mensch1

10

100

1000

10000

100000

1000000

Testungen

Antivirale Therapie

• Entwicklung

• Wirkungsweise

• Beispiele• Herpesviren• HIV• Influenza• andere

4

Wirkorte antiviraler Chemotherapeutika

Adsorption

Penetration

Uncoating

Transkription

Translation

Genom-Synthese

Zusammenbau

Freisetzung

Interferon

HIV: T20

Aciclovir, Ganciclovir,Ribavirin HIV: Protease-Inhibitor

HIV: RT-Inhibitoren

Influenza: NA-Inhibitor

Hemmung der Virus-Polymerase

DNA-Polymerase: Herpesviren

Reverse Transkriptase: HIVHBV

(RNA-Polymerase HCV)

Hemmung der Herpesvirus-PolymeraseNukleosid-Analoga: DNA-Polymerase-

Inhibitoren (Herpesviren)

N

N

N

N

O

H2N

OHO

N

N

N

N

O

H2N

OHO

OH

DEOXYGUANOSIN ACICLOVIR

N

N

N

N

O

H2NHO

OHPENCICLOVIR

N

N

N

N

NH2

OHO

OHDEOXYADENOSIN

OH

N

N

N

N

NH2

OHO

OHVIDARABIN

O

OH

O N

NCH3

O

HO

THYMIDIN

O

OH

O N

NI

O

HO

IDOXURIDIN

O

OH

O N

N CF3

O

HO

TRIFLURIDIN

O

OH

O N

N

O

HO

Br

H

BRIVUDIN

O

OH

O N

N

O

HO

Br

H

OH

BROVAVIR

N

N

N

N

O

H2NOH

HOLOBUCAVIR

N

N

N

N

O

H2N

OHO

OH

GANCICLOVIR

5

Aciclovir: Wirkmechanismus

N

N

N

N

O

H2N

OHO

N

N

N

N

O

H2N

O P

N

N

N

N

O

H2N

OPPP

HERPESVIRUS TK ZELLULÄRE KINASE

N

N

N

N

NH2

O

N

O

O

O N

NCH3

O

OP

O

PO

N

N

N

NH2

O

OP

O

O P O

N

N

N

N

O

H2N

O

Deoxynukleotidtriphosphat-PoolThymin

Adenin

Adenin

Aciclovir(Guanin)

Kettenabbruch

1. Phosphorylierung durch Virus-TK2. Kompetitive Polymerase- Hemmung3. DNA-Kettenabbruch

Orale Nuleosidanaloga: Valaciclovir, Famciclovir-Prodrugs von Aciclovir und Penciclovir

N

N

N

N

O

H2NHO

OH

N

N

N

N

O

H2N

OOO

NH2H3C

H3C

CH3COOH

N

N

N

N

O

H2N

OHO

ACICLOVIRPENCICLOVIR

VALACICLOVIR

Valaciclovir-hydrolase

FAMCICLOVIR

N

N

N

N

O

H2N

OH3C

O

O

CH3

O

Esterase

und

Nukleotidanalogon: Cidofovir

(Vistide)

Indikation:Therapie: CMV-Retinitis

N

N

NH2

OO

HO

PO

HOOH

HIV-Replikation

2. Fusion mit Zellmembran

1. Bindung

3. ReverseTranskription

7. Zusammenbau

6. Translation

Inhibition ofIntegration

5. Transkription

4. Integration

8. Proteolyse

6

HIV-Medikamente 2006

Roche Laboratories, Inc.; Trimeris, Inc.

Nukleosid-Analoga: Reverse Transkriptase-Inhibitoren

O

N

N

N

N

OHO

OH

DEOXYINOSIN

O

N

N

N

N

OHO

DIDANOSIN

NH2

OO N

N

HO

DIDEOXYCYTIDINZALCITABIN

OO N

NCH3

O

HO

STAVUDIN

O

N3

O N

NCH3

O

HO

AZIDOTHYMIDINZIDOVUDIN

O

OH

O N

NCH3

O

HO

DEOXYTHYMIDIN

NH2

OO N

N

HO

OH

DEOXYCYTIDIN

S

OO N

NCH3

O

HO

LAMIVUDIN

Enzymhemmung

kompetitiv

nicht-kompetitiv

Nicht-nukleosidischeReverse Transkriptase-Inhibitoren

Nevirapin (Viramune)Delavirdin (Rescriptor)Efavirenz (Sustiva)

Nicht-kompetitive Hemmungz. B.

N N N

NCH3O

NEVIRAPIN

7

Hemmung der Virusreifung durchHemmung der Virusreifung durchProteasehemmerProteasehemmer

Virusreifung

Wirkung desProteasehemmers

infektiös

nicht-infektiös

HIV-Protease-Inhibitoren

O

HN

O

NH

OH

O NH

H

N

H

CONH2

NCH3SO3H

SAQUINAVIR

O

HN

O

OH

NH

N NH

O

O

N

S

S

N

RITONAVIR

O

HN

OHN

N

OH

N

NOH H2O

INDINAVIR

NelfinavirAmprenavirLopinavir

HIV-Protease-Hemmer: Struktur-basiertes Drug Design

fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/protein/sf26x11b.jpg

HIV-Eintritt in die Zelle

8

Zielstrukturen der HI-Viruseintritts-Hemmung

/CXCR4

Hemmung des HIV-Eintritts durchFusionsinhibition

Blockade des Viruseintritts

/CXCR4

CD4-Bindungsstelle

PRO 542 (CD4-IgG)TNX-355 (anti-CD4 mAb)

Fusion

EnfuvirtidTRI-999TRI-1144

Korezeptor-Bindungsstelle

CCR5:VicrivirocMaravirocPRO140 (mAb)TAK 220

CXCR4:AMD 070KRH 2731

HIV-Integrase-Hemmung

9

HIV-Replikationszyklus

Hemmung der ReversenTranskriptase:Abbruch der DNA-Synthese beider reversen Transkription undInaktivierung der Reversen derTranskriptase

Fusion mit der Wirtszelle

Bindung an dieWirtszelle

Proteolyse

ReverseTranskription

Virus-Zusammenbau

Translation

Transkription

Integration

Integration

HIV c-NDAProzessierung

Reparatur

Verknüpfung

Nach: S. J. Flint et al., Principles of Virology, 2. Aufl. 2004, ASM Press, Washington, D. C.

Integration: Hemmung der DNA-Strangverknüpfung

Nach: S. J. Flint et al., Principles of Virology, 2. Aufl. 2004, ASM Press, Washington, D. C.

HIV c-NDAProzessierung

Reparatur

Verknüpfung

Integrase-Inhibitoren in Entwicklung

Präklinik,abgebrochen

BayerDihydroxythiophen

1 x tgl. zus. mitRitonavir

2JapanTobacco/Gilead

Sciences

GS-9137 (JTK-303)

1, abgebrochenShionogi/GSKS-1360

2 x tgl.2Merck/MSDMK-0518

bis 2, dannabgebrochen

Merck/MSDL-708906

L-731988

L-870810

AnwendungEntw.-PhaseHerstellerBezeichnung

10

Therapie der HIV-Infektion

NRT-Inhibitoren: Zidovudin, Didanosin, Zalcitabin Lamivudin, Stavudin, Abacavir

Protease-Inhibitoren: Saquinavir/Fortovase, Ritonavir (+ Lopinavir) Indinavir, Nelfinavir,Amprenavir

NNRT-Inhibitor: Nevirapin, Delavirdin, Efavirenz

Nukleotidische RT-Inhibitoren: Adefovir, Tenofovir

Kombinationstherapie, z. B.:

2 NRT-Inhibitoren + 1 Protease-Inhibitor

3 NRT-Inhibitoren

2 NRT-Inhibitor + 1 NNRTI

Therapie der Influenza

- Neuraminidase-Inhibitoren• Zanamivir• Oseltamivir

(- Amantadin)

Influenza-Neuraminidase:Strukturbasiertes Drug-Design

images.google.de/imgres?imgurl=http://www.chemgapedia.de/vsengine/media/vsc/de/ch/12/thr/ wirkstoffe/relenza/na_in_knoten_bild.gif&imgrefurl=http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/ vsc/de/ch/12/thr/ vlu_thr/ relenza.vlu/Page/vsc/de/ch/12/thr/wirkstoffe/relenza/na_in_knoten.vscml.html&h=396&w=396&sz=41&hl=de&start=128&tbnid=HPbgRgmUZgOQBM:&tbnh=124&tbnw=124&prev=/images%3Fq%3Doseltamivir%26start%3D120%26ndsp%3D20%26svnum%3D10%26hl%3Dde%26lr%3D%26sa%3DN

Influenza: Neuraminidase-Inhibitoren

- sind Sialsäure-Derivate- hemmen Neuraminidase von Influenza A und B

z. B.ZanamivirOseltamivir

OH

OOH

O

OH

NH

O NH NH2

NH

OH

Zanamivir

11

Hemmung der Influenza-Virus-Freisetzungdurch Neuraminidase-Inhibitoren

HämagglutininNeuraminidase

Sialsäure

N-Inhibitor

Ribavirin

Wirkungsmechanismus unklar, z. B.:

• Hemmung der viralen RNA-Polymerase und• zellulären Inosin-5-Monophosphat-Dehydrogenase• Induktion von Hypermutationen in Virus-RNA

Anwendung:

- Resp. Synzytien-Virus-Infektion- Lassa-, Rift-Valley-, Hantaan-Virus, weitere Bunyaviren- HCV-Infektion

O

NN

NHO

OH OH

O

H2N

Interferon-α

Therapeutische Indikationen:Interferon-α 2a, b (i.m., s.c.):

Chronische HBV-InfektionChronische HCV-InfektionKondylome, Papillomatose (HPV)

- Peptid, MG 18 kDa- Natürlicher Schutzfaktor- wird durch Virusinfektion induziert- Multiple Wirkmechanismen- hemmt Replikation von RNS-Viren

Wirkorte antiviraler Chemotherapeutika

Adsorption

Penetration

Uncoating

Transkription

Translation

Genom-Synthese

Zusammenbau

Freisetzung

Interferon

HIV: T20

Aciclovir, Ganciclovir,Ribavirin HIV: Protease-Inhibitor

HIV: RT-Inhibitoren

Influenza: NA-Inhibitor

12

EndeProblem der antiviralen Chemotherapie

Resistenzentwicklung(nicht bei Ribavirin, Interferon)

Chemotherapie von Virusinfektionen

Herpesviren:

Polymeraseinhibitorenz. B. Aciclovir

HBV:

IFN-αRT-Inhibitoren

HCV:

IFN-α + Ribavirin

HIV:

RT-Inhibitorenkompetitivnicht-kompetitiv

Protease-Inhibitoren

Kombinationstherapie!

Influenzavirus:

Amantadin (nur A)NA-Inhibitoren