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Descubrimiento y desarrollo de inhibidores de NS5A.

El genoma del VHC. NS5A en la fila inferior, segundo desde la derecha.

Los inhibidores de la proteína no estructural 5A (NS5A) son agentes antivirales de acción directa (AAD) que se dirigen a las proteínas virales , y su desarrollo fue la culminación de una mayor comprensión del ciclo de vida viral combinada con avances en la tecnología de descubrimiento de fármacos. [1] [2] Sin embargo, su mecanismo de acción es complejo y no se comprende completamente. [2] Los inhibidores de NS5A fueron el foco de mucha atención cuando surgieron como parte del primer tratamiento curativo para las infecciones por el virus de la hepatitis C (VHC) en 2014. [3] Se han introducido características favorables a través de diversos cambios estructurales y similitudes estructurales entre Los inhibidores de NS5A que están clínicamente aprobados son fácilmente evidentes. [4] [5] A pesar de la reciente introducción de numerosos medicamentos antivirales nuevos, la resistencia sigue siendo una preocupación y, por lo tanto, estos inhibidores siempre se usan en combinación con otros medicamentos. [6] [7]

virus de la hepatitis C

El VHC es un virus de ARN monocatenario de sentido positivo que se ha demostrado que se replica en los hepatocitos tanto de humanos como de chimpancés. Una sola poliproteína del VHC se traduce y luego se escinde mediante proteasas celulares y virales en tres proteínas estructurales (núcleo, E1 y E2) y siete proteínas no estructurales (p7, NS2 , NS3 , NS4A , NS4B , NS5A y NS5B ). [8] [9]

El VHC se encuentra entre las principales causas de enfermedad hepática en todo el mundo. Se transmite por la sangre y se contrae más comúnmente mediante el uso de agujas infectadas. [10] Los pacientes con infección crónica por VHC tienen un riesgo significativo de cirrosis y carcinoma hepatocelular , que son las principales causas de muerte de los infectados. [11] [12]

El virus existe desde hace más de milenios y se ha clasificado en seis genotipos conocidos , cada uno de los cuales contiene numerosos subtipos. El séptimo permanece sin caracterizar. El genotipo contratado dicta qué tratamientos específicos son viables. [13]

receptor NS5A

Estructura básica y propiedades químicas.

NS5A es una fosfoproteína hidrófila de gran tamaño que es esencial para el ciclo de vida del VHC y se encuentra asociada con vesículas de membrana inducidas por virus, denominadas red membranosa. [14] [15] NS5A es una proteína rica en prolina compuesta por aproximadamente 447 aminoácidos , que se divide en tres dominios. [16] [17] Estos dominios están unidos por dos secuencias de baja complejidad que son ricas en serina o prolina . [18] El dominio I es un dominio de unión a zinc y los estudios de cristalografía de rayos X indicaron conformaciones de dímero alternativas del dominio I de NS5A. [19] [20] [21] Los dominios II y III no están estructurados, como lo demuestran los estudios de RMN. [16] [22] El dominio I está precedido por una hélice anfipática N-terminal que permite que la proteína se asocie con membranas derivadas del retículo endoplásmico . [22] [23] [24] Aunque los estudios cristalográficos de rayos X revelaron conformaciones dímeras del dominio 1 NS5A, estudios recientes de caracterización estructural en solución mostraron que las proteínas NS5A forman estructuras de orden superior mediante subunidades diméricas del dominio 1 NS5A . [25] Además, El modelo estructural general de NS5A destaca la variabilidad de las conformaciones intrínsecas de los dominios D2 y D3 entre los genotipos del VHC. [26] Por lo tanto, todavía está bajo debate qué conformaciones de NS5A son funcionales y también son objetivo de los inhibidores de NS5A. [ cita necesaria ]

NS5A existe principalmente en dos formas fosforiladas distintas , una hipofosforilada y una hiperfosforilada , pero no se ha determinado la función exacta de la fosforilación. [17] [18] [27]

Función

La proteína NS5A juega un papel importante en la replicación del ARN viral , el ensamblaje viral y las interacciones complejas con funciones celulares. [2] [17] La ​​proteína ha sido implicada en la modulación de las defensas del huésped, la apoptosis , el ciclo celular y las vías de respuesta al estrés . [27] Sin embargo, su función y estructura completa aún no se han dilucidado. [dieciséis]

NS5A parece ser clave para desencadenar la formación de la red membranosa en ausencia de otras proteínas no estructurales similares. [15] Muchas proteínas dentro de la célula huésped pueden verse afectadas por NS5A, por ejemplo, la fosfatidilinositol 4-quinasa IIIα (PI4KIIIα), una quinasa necesaria para la replicación del VHC. Esta quinasa participa en la biosíntesis del fosfatidilinositol 4-fosfato (PI4P) interactuando con NS5A, que estimula su actividad y parece mejorar la integridad de la red membranosa. [15] [28] [29]

Recientemente, el papel central de NS5A en la proliferación viral lo ha convertido en el objetivo del desarrollo de fármacos . Como resultado, se han introducido nuevos agentes antivirales para el tratamiento del VHC. [2]

Mecanismo de acción

Se han desarrollado inhibidores de NS5A para atacar la proteína NS5A. Estos inhibidores han logrado una reducción significativa de los niveles sanguíneos de ARN del VHC y, por tanto, pueden considerarse potentes antivirales. Se cree que su mecanismo de acción es diverso, pero no se comprende completamente el mecanismo exacto. [2] [30] La mayoría de los estudios suponen que los inhibidores de NS5A actúan en dos etapas esenciales del ciclo de vida del VHC; la replicación del ARN genómico y el ensamblaje del virión. Otros estudios proponen una alteración de factores de la célula huésped como posible tercer mecanismo. [2] [15] [31]

"Supuesto mecanismo de acción del inhibidor NS5A ". El inhibidor se une al dominio 1 de NS5A y evita que el ARN se una, interrumpiendo así la replicación del ARN. [24]

La estructura de los inhibidores de NS5A se caracteriza por simetría dimérica . Esto sugiere que los inhibidores de NS5A actúan sobre los dímeros de NS5A. [32] Varios estudios de modelado han demostrado que daclatasvir , que es un inhibidor de NS5A, solo se une al dímero NS5A "espalda con espalda" y que la unión tiene que ser simétrica. Otros estudios de modelado han demostrado que podría ser posible la unión a otras conformaciones de NS5A, así como la unión asimétrica . [30] Las investigaciones han demostrado que el objetivo de daclatasvir es probablemente el dominio I de NS5A. [31] Aunque el mecanismo no se comprende completamente, se ha demostrado que los inhibidores regulan negativamente la hiperfosforilación de NS5A, lo que lleva a la supresión de la replicación del VHC y su procesamiento de poliproteínas, además de dar lugar a una ubicación inusual de la proteína. [31] [33] Hasta ahora, se pensaba que esta inhibición requería solo el dominio I de NS5A, pero no los dominios II y III. [33] Sin embargo, estudios recientes han demostrado que ambos dominios I y II son relevantes para esta interrupción de la replicación del ARN. [34]

Los inhibidores de NS5A parecen además alterar la formación de nuevos complejos de replicasa, lo que resulta en una desaceleración gradual de la síntesis de ARN viral. Aún no se ha demostrado el efecto sobre los complejos previamente formados. [34] [35]

La evidencia disponible sugiere que los inhibidores de NS5A modifican la ubicación de NS5A dentro de la célula. Esto puede provocar un ensamblaje anormal que provoque virus con formato incorrecto. [2] Algunos estudios han revelado que la inhibición del ensamblaje viral tiene un papel más importante en la reducción del ARN que la reducción de la replicación viral. [35] [36]

Los estudios han demostrado que los inhibidores de NS5A bloquean la formación de la red membranosa, que protege el genoma viral y presenta los principales sitios para la replicación y el ensamblaje viral. [15] [31] [37] Se cree que este mecanismo es independiente de la replicación del ARN, pero parece verse afectado por inhibidores de NS5A que bloquean la formación del complejo PI4KIIIα-NS5A, esencial para la síntesis de PI4P, lo que resulta en una disminución de la integridad. de la red membranosa y, por tanto, redujo la replicación del ARN del VHC. [15] [28] [38]

Historia

La investigación sobre el VHC ha dado grandes pasos en los últimos años con el descubrimiento y el desarrollo clínico de múltiples medicamentos nuevos contra el VHC. Entre esos medicamentos se encuentran los AAD que incluyen inhibidores de NS5A. [39] Se ha descubierto que los inhibidores de NS5A son particularmente eficaces en el tratamiento del VHC, donde se han utilizado en combinación con otros inhibidores de la proteasa, como inhibidores de NS5B (p. ej., sofosbuvir ), interferones pegilados (p. ej., peginterferón alfa-2a ) y análogos ribonucleicos (p. ej. ribavirina ). [40] [41] [42] El riesgo siempre presente de que las cepas virales desarrollen resistencia ha sido un factor principal por el cual se usan en combinación con uno o más fármacos complementarios. [43]

Los efectos adversos y los regímenes farmacológicos extensos y complicados con las bajas tasas de cumplimiento que los acompañan han sido un obstáculo en el desarrollo de tratamientos antivirales. La combinación de inhibidores de NS5A y NS5B ha dado resultados positivos a este respecto. [44]

Descubrimiento y desarrollo de fármacos.

Descubrimiento

Actualmente (enero de 2024) hay seis inhibidores de NS5A clínicamente aprobados, mientras que hay muchos más en desarrollo o en ensayos clínicos . Daclatasvir fue el primer inhibidor de NS5A clínicamente aprobado. Se pueden observar similitudes estructurales entre daclatasvir y los inhibidores más recientes, como se muestra en negro con diferencias en rosa. Daclatasvir fue desarrollado por Bristol-Myers Squibb , ledipasvir y velpatasvir por Gilead Sciences , ombitasvir y pibrentasvir por AbbVie Inc. y elbasvir por Merck & Co. [4] [39]

El descubrimiento de los inhibidores de NS5A se produjo en el contexto de la búsqueda de un tratamiento para el VHC. NS5A se encuentra entre las siete proteínas no estructurales que forman un complejo con el ARN viral dentro de las células infectadas para iniciar la replicación del VHC. [45] La investigación sobre el VHC ha producido varios AAD, incluidos los inhibidores de NS3A, NS4A y NS5B, así como inhibidores de NS5A. [46]

Desarrollo

El desarrollo de fármacos antivirales capaces de interferir con las proteínas responsables de la replicación viral ha estado íntimamente relacionado con los avances en las técnicas para establecer los sistemas de cultivo celular eficientes necesarios para detectarlos . [46]

En 1999 se produjo un gran avance cuando se descubrió que un genoma de consenso completo clonado a partir del ARN del VHC se replicaba en niveles elevados cuando se transfectaba en una línea celular de hepatoma humano . [47] Desde entonces, este método se ha mejorado con el uso de mutaciones adaptativas en cultivos celulares que mejoran la replicación del ARN. [48]

Las pruebas de detección han producido ahora una serie de inhibidores de NS5A, que se han incorporado a los tratamientos para el VHC. El primero de esta nueva clase de fármacos fue daclatasvir (Daklinza), que obtuvo la primera aprobación mundial del Ministerio de Salud, Trabajo y Bienestar de Japón (MHLW) en julio de 2014 en combinación con asunaprevir. [49] Daclatasvir recibió la aprobación de la FDA en julio de 2015. [50] Desde entonces se han aprobado otros medicamentos, entre ellos en particular el primer inhibidor de NS5A aprobado por la FDA, ledipasvir , aprobado en octubre de 2014 en combinación con sofosbuvir para formar el medicamento contra el VHC Harvoni . [51] [52]

Aunque los inhibidores de NS5A han demostrado ser antivirales eficaces, deben usarse junto con medicamentos antivirales complementarios debido a la rapidez con la que conducen al desarrollo de mutaciones resistentes cuando se administran como agente único. [53] Esto ha dado forma al enfoque del desarrollo del inhibidor NS5A, del cual han surgido variantes asimétricas que se metabolizan en análogos con perfiles de resistencia complementarios, entre otros descubrimientos. [54]

Relación estructura-actividad

Las similitudes estructurales entre los inhibidores son fácilmente evidentes. [4] Los apéndices del núcleo central son típicamente simétricos y tienen una estructura de imidazol -prolina. [5] Se descubrió que la configuración L natural de los derivados de prolina era crítica para la inhibición, ya que la configuración D antinatural tenía una actividad drásticamente más débil. La potencia de los inhibidores fue correspondientemente sensible a los cambios en el elemento de protección de amina . Estas observaciones sugieren que la región amina de las moléculas juega un papel importante en la actividad inhibidora. [55]

Las características favorables de un inhibidor de NS5A incluyen alta potencia y vida media plasmática prolongada para lograr una dosis de una vez al día. Se descubrió que los apéndices ligeramente asimétricos, como los que se observan en ledipasvir, tienen beneficios distintivos para la optimización de la potencia y la farmacocinética del inhibidor . [51] La estructura del núcleo central cambia el espaciado y la proyección de los apéndices, así como la posición de la lipofilicidad en el núcleo central, lo que afecta notablemente la actividad inhibidora. Las estructuras con anillos centrales fusionados muestran consistentemente una mayor actividad inhibidora, mientras que los núcleos centrales menos lipófilos proporcionan una actividad más débil. [4] Las estructuras simétricas de bisimidazol, como daclatasvir, experimentan una pérdida de potencia cuando se sustituye el grupo biarilo por fluoreno . Esta sustitución también da lugar a algunos problemas graves de estabilidad. [51] [56] Sin embargo, un conector lipófilo más pequeño como el difluorometileno genera el inhibidor más potente en una estructura asimétrica. Además, proporciona una biodisponibilidad mejorada y una vida media plasmática más favorable. También hay un aumento notable en la potencia cuando el fenilo se reemplaza por naftilo como núcleo central. Este aumento es significativamente mayor en una estructura asimétrica que en una estructura simétrica. [51] [55] En estructuras asimétricas, una diferencia en potencia entre los inhibidores de fenilalquino demuestra la importancia de la posición de la lipofilicidad. Un alquino ubicado más centralmente, que es un conector menos lipófilo que el fenilo, mejora la potencia. [4] [5] [51]

Resistencia

La posible resistencia del VHC a los fármacos AAD es motivo de preocupación. [6] Entre las cuasiespecies del VHC existen variantes preexistentes con el potencial de conferir resistencia a los inhibidores de NS5A sin haber tenido ninguna exposición previa a esos medicamentos. Generalmente, la replicación de estas variantes ocurre sólo en cantidades mínimas, lo que las hace indetectables con las técnicas actuales. Por otro lado, es posible cultivar selectivamente variantes inmunes en presencia de inhibidores de NS5A. [2] La resistencia al VHC se caracteriza por un cierto patrón de escape. Este patrón a menudo se asocia con sustituciones de aminoácidos que confieren al virus una sólida resistencia a los medicamentos sin afectar la aptitud viral. [2] [57] Se ha establecido que los inhibidores de NS5A poseen un umbral de resistencia relativamente bajo, y se ha demostrado que las variantes que están asociadas con la resistencia a NS5A perduran hasta seis meses en pacientes después de suspender el tratamiento. [58] Por lo tanto, las terapias combinadas producen una mayor eficacia y períodos de tratamiento más cortos. [7]

Investigaciones futuras y nuevas generaciones de inhibidores de NS5A

Los desarrolladores de DAA se enfrentan a retos previsibles en los próximos años. Será necesario colmar las lagunas terapéuticas para las personas con afecciones complicadas, como la enfermedad renal crónica y la cirrosis. Terapias más cortas con efectos secundarios más leves producirían una mayor adherencia, y el espectro siempre presente de la resistencia a los medicamentos se avecina. El VHC, altamente adaptable, ha evolucionado hacia una serie de genomas diferentes que deben tratarse adecuadamente, preferiblemente con regímenes pangenotípicos. [59]

Algunos de estos desafíos ya tienen posibles soluciones a la vista. El inhibidor de la proteasa ABT-493 y el inhibidor de NS5A de próxima generación, ABT-530, se consideran activos contra todos los genotipos del VHC, incluido el genotipo 3, difícil de tratar. [42] [59] In vitro, ABT-530 mostró potencia contra la resistencia asociada variantes que son inmunes a las primeras generaciones de inhibidores de NS5A, incluidos ledipasvir, daclatasvir y ombitasvir . [42] Debido a que esta combinación de medicamentos tiene la cualidad adicional de eliminarse hepáticamente, promete que los pacientes con enfermedad renal crónica y VHC podrían recibir un tratamiento seguro, no basado en sofosbuvir, en un futuro cercano. [59]

Al menos tres combinaciones de medicamentos para el tratamiento del VHC están en trámite para ser aprobadas en 2016-2017: Sofosbuvir en combinación con velpatasvir , ABT-493 en combinación con ABT-530, y grazoprevir en combinación con elbasvir , de los cuales velpatasvir, ABT -530 y elbasvir son inhibidores de NS5A. [7]

Ver también

Referencias

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