Nuova classe di farmaci AIDS? Due composti laici fondazione, contribuire a combattere i ceppi di virus resistenti ai farmaci

Aprile 14, 2016 Admin Salute 0 7
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Un team di scienziati dello Scripps Research Institute ha identificato due composti che agiscono sui siti di legame innovativi per un enzima utilizzato dal virus dell'immunodeficienza umana (HIV), il virus che causa l'AIDS. La scoperta pone le basi per lo sviluppo di una nuova classe di farmaci anti-HIV per migliorare le terapie esistenti, trattare i ceppi farmaco-resistenti della malattia, e rallentare l'evoluzione della resistenza ai farmaci nel virus.

La ricerca apparirà come la storia di copertina del numero di marzo della rivista Chemical Biology & Drug Design.

I composti anti-HIV identificati nel nuovo bind studio per la proteasi dell'HIV - un enzima essenziale per il ciclo di vita del virus. I farmaci che bloccano questo enzima virale sono chiamati "inibitori della proteasi" e attualmente costituiscono una parte importante del successo cocktail di droga AIDS noto come terapia anti-retrovirale altamente attiva (HAART).




Rispetto ai nove US Food and Drug Administration (FDA), farmaci che hanno come target -approvato proteasi HIV, tuttavia, i due nuovi composti, che sono piccole unità chimici o "frammenti", si legano con due nuove parti della molecola. Ciò potrebbe rendere i farmaci futuri incorporano nuovi elementi strutturali dei frammenti 'un utile complemento ai trattamenti esistenti.

"I risultati dello studio aprono la porta ad un approccio completamente nuovo alla progettazione di farmaci contro l'HIV proteasi", ha detto Scripps Research Associate Professor C. David Stout, autore senior dello studio. "I frammenti legati al non uno, ma due, diverse fessure proteasi di fuori del sito attivo. Si tratta di un importante, che possono ora proof-of-concept che la molecola della proteasi ha due tasche sito non attivo vincolante (" siti allosterici ") essere sfruttato come un potente strategia nuova per combattere farmaco-resistenza in HIV. "

Assegnista Alex L. Perryman, primo autore della carta e membro del laboratorio del Professor Arthur Olson a Scripps Research, ha aggiunto: "Gli esperimenti convalidare la mia ipotesi sviluppata dalla modellazione computazionale che proteasi HIV ha tasche sulla sua superficie, oltre al sito attivo che può legare farmaci. Farmaci sviluppate per questi siti potrebbero essere utilizzati per rendere gli inibitori del sito attivi approvati dalla FDA corrente più potente e di ripristinare la loro efficacia contro superbatteri resistenti ai farmaci. L'intera strategia di colpire i siti non attivi può anche rivelarsi utile contro altre malattie, soprattutto quando ci sono le mutazioni che causano resistenza ai farmaci. "

Le armi lunghe della proteasi

Circa 33 milioni di persone vivono attualmente con infezioni da HIV, 2,7 milioni dei quali sono stati recentemente infettati nel 2008, secondo le più recenti statistiche disponibili presso l'Organizzazione Mondiale della Sanità. Mentre la terapia HAART ha prolungato la sopravvivenza e migliorato la qualità della vita di molti malati di AIDS, una quota in rapida crescita di nuove infezioni da HIV comporta ceppi farmaco-resistenti.

Perryman si è interessata al problema della resistenza ai farmaci per un certo tempo. Come Howard Hughes Medical Institute (HHMI) fellow pre-dottorato nel laboratorio di HHMI professor J. Andrew McCammon presso la University of California, San Diego, Perryman ha condotto ampie simulazioni al computer di una proteasi HIV molecola di farmaco-resistente e confrontata loro con un normale proteasi HIV molecola. Questo sforzo teorico gettato le basi per l'attuale studio sperimentale.

Come è spesso il caso in biologia, la forma della proteasi HIV riflette e detta sua funzione. Nel processo di riprodursi, il virus rende catene proteiche lunghe, che divide le proteasi in pezzi più brevi consentono l'assemblaggio finale dei nuovi virioni di HIV. Per separare le parti dalla catena più lunga, la proteasi ha due lembi forbice su ciascun lato della molecola. I lembi aperta per far entrare nella catena proteina virale, che si infila nel sito attivo tasca di legame. I lembi quindi chiudere, attraversano nel mezzo su una tasca di legame o da tagliare la catena proteica in pezzi più piccoli.

Farmaci anti-HIV-proteasi attuali imitano la forma di alcune regioni della catena proteica HIV (cioè, i "siti di taglio") e si legano al sito attivo nel centro vuoto di proteasi. Una volta che questo sito è bloccato dal farmaco, la proteasi è disattivato, e HIV non può fare nuove particelle infettive. Così, farmaci proteasi impediscono la diffusione dell'infezione HIV ad altre cellule in un paziente.

Perryman voleva scoprire cosa c'era di diverso in ceppi farmaco-resistenti del virus - informazioni che non era evidente dalle immagini statiche delle molecole. Così, ha diretto le simulazioni al computer del movimento di una particolarmente brutta multi-resistente ai farmaci ceppo mutante del virus HIV (V82F/I84V).

I risultati hanno mostrato che i lembi della proteasi molecola di farmaco-resistenti tendevano ad essere aperta più spesso rispetto alle loro controparti standard, ed erano anche più flessibile. Mentre i farmaci anti-HIV inseriscono ancora nel sito attivo tasca di legame, era necessaria più energia per chiudere gli sportellini che i farmaci potrebbero radunare. Di conseguenza, i farmaci non sarebbe rimasto nel sito di legame, e rimasto a disposizione la tasca per la catena proteica HIV, che era ancora in grado di chiudere i lembi e proseguire per creare nuove particelle infettive.

Nelle loro simulazioni, Perryman e suoi colleghi hanno identificato una possibile soluzione a questo problema. Come trattenere il manico-end di un paio di forbici per mantenere le lame di aprire troppo ampia, un nuovo tipo di farmaco potrebbe essere in grado di legarsi ai siti alternativi ai lati della proteasi, trattenendo i lembi da loro estremità e fornendo la corrente farmaci anti-HIV sufficiente aiuto per chiudere i lembi e disabilitare la proteasi. Invece di bloccare sito attivo della proteasi, questi composti sarebbero "frammenti allosterici," piccoli blocchi molecole che spostano la dinamica della molecola quindi preferisce una conformazione diversa (figura).

Il piano suonava bene in teoria, ma potrebbe funzionare in pratica?

Mettere insieme i pezzi

Questo è ciò che il team Scripps Research precisato per imparare nel nuovo studio, che è stato finanziato da una sovvenzione al laboratorio Olson dal National Institutes of Health a cercare modi per combattere la farmaco-resistenza in HIV.

Per raggiungere questo obiettivo, il team procurato una "biblioteca" di 384 frammenti composti che erano stati compilati da una società chiamata Sight attiva. Frammenti di screening, piuttosto che composti di maggiori dimensioni è diventato più popolare negli ultimi anni, Perryman ha spiegato, dal momento che l'utilizzo di questi pezzi più piccoli è un modo più efficace per trovare strutture promettenti che con librerie di grandi dimensioni composti. Inoltre, i frammenti possono essere estesi, combinati, e modificati con "basata struttura drug design" in un modo che li rende adatti saldamente i siti di legame a destra, senza visualizzare le interazioni indesiderate che a volte vengono con molecole più grandi. Utilizzando librerie di molto più grande, composti di "lead-like" è meno efficiente, e quelle grandi composti sono meno estensibili.

Dal momento che la proteasi dell'HIV molecola è in continuo movimento, il team di scienziati, che comprendeva membri del laboratorio del Scripps Research Professor John Elder, prima cristallizzato la molecola in diverse conformazioni diverse. Gli scienziati hanno poi proiettato una libreria di frammenti contro questi cristalli per vedere se qualcuno di loro legati e caratterizzato le caratteristiche strutturali dei risultati utilizzando la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL). Stout osserva che, in totale, il progetto ha condotto un enorme schermo di oltre 800 cristalli che producono più di 400 set di dati, una prodezza resa possibile dalla capacità robotici di SSrl.

Nella loro esperimenti iniziali, gli scienziati hanno incontrato parziale successo - sufficiente per stabilire una prova di concetto - come un frammento attaccato al "site occhio" tra la punta di un lembo e la parte superiore della parete del sito attivo. Tuttavia, la grande sito attivo della molecola tendeva ad essere problematico, interferendo con l'obiettivo degli scienziati di ricerca di frammenti che si legano a siti alternativi sulla molecola.

Per superare questo problema, la squadra "inserito" il sito attivo con un inibitore noto in modo che lo schermo sarebbe identificare solo frammenti che legavano alle altre regioni della proteasi. Perryman ha osservato che questo protocollo innovativo potrebbe essere applicato a un lavoro analogo su molti agenti patogeni diversi, in particolare quelli che hanno sviluppato resistenza ai farmaci.

Con il nuovo metodo per lo screening cristallografica, la squadra ha trovato due "colpi" - frammenti 2-METILCICLOESANOLO e acido indolo-6-carbossilico. Gli scienziati hanno usato aggiuntivo x-ray esperimenti cristallografiche di confermare prima che i frammenti infatti destinati a nuovi siti della proteasi e la seconda che questi frammenti cambiare le preferenze strutturali della proteasi.

"Dal momento che questi frammenti sono molto piccole, non ci aspettiamo che siano potenti inibitori da soli", ha detto Perryman. "Ma è l'inizio di un processo in cui possiamo cercare di utilizzare questi piccoli frammenti di costruire un vero e proprio potente inibitore. Lo studio convalida le nostre previsioni e getta le basi strutturali per lo sviluppo di nuove classi di farmaci anti-AIDS."

Perryman ei suoi colleghi nel laboratorio Olson hanno utilizzato FightAIDS @ Home, un progetto di modellazione al computer dedicato alla ricerca di nuove terapie di AIDS di fronte alla continua evoluzione resistenza ai farmaci, di estendere il lavoro. FightAIDS @ Home usa la massiccia potenza di calcolo di IBM "World Community Grid", una comunità globale di utenti Internet che donano tempo inutilizzato sul proprio personal computer per progetti a beneficio dell'umanità. Per maggiori informazioni sul progetto e le modalità di partecipazione, visitare il http://fightaidsathome.scripps.edu/ o http://www.worldcommunitygrid.org/.

Oltre a Perryman, Stout, Olson, e l'anziano, autori del documento sono Qing Zhang del Scripps Research e GlaxoSmithKline, Agrifoglio H. Soutter di Scripps Research e Pfizer Global Research e Development, Robin Rosenfeld di Scripps Research e vista attiva, e Duncan E. McRee di vista attivo e Sorrento Technologies.

La ricerca è stata sostenuta da "progetto del programma" concessione P01 GM0833658 dal National Institutes of Health. SSRL è una struttura user nazionale gestito dalla Stanford University per conto del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

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