Los inhibidores de los dedos de zinc , o eyectores de zinc, son sustancias o compuestos que interactúan de manera adversa con los dedos de zinc y hacen que liberen su zinc de su sitio de unión, alterando la conformación de la cadena polipeptídica y haciendo que los dedos de zinc sean ineficaces, impidiéndoles así realizar sus funciones celulares asociadas. Esto se logra típicamente a través de la quelación del sitio de unión del zinc. Como se sabe que los dedos de zinc están involucrados en la regulación del ARNm, la transcripción inversa, la protección del ADN viral sintetizado, la inhibición de la transcripción y los procesos de integración inicial, la prevención de la función de los dedos de zinc puede tener efectos drásticos en la función de la célula o el virus. [1]
Los inhibidores de dedos de zinc se utilizan habitualmente para combatir el VIH . Los tratamientos contra el VIH suelen basarse en la acción sobre las transcriptasas inversas y las proteasas. Sin embargo, estos métodos están demostrando ser ineficaces debido al desarrollo de cepas resistentes del virus o debido a la interrupción del tratamiento. [2] Este método de utilizar inhibidores de dedos de zinc para atacar y desestabilizar los dedos de zinc representa un nuevo método de lucha contra el VIH. Otros virus como el SARS, la polio, el ébola, el sarampión, el virus Coxsackie humano, el dengue, la rabia, la hepatitis humana, la parainfluenza humana y el virus sincitial respiratorio humano tienen motivos de dedos de zinc similares y podrían beneficiarse potencialmente de la tecnología de inhibidores de dedos de zinc. [1]
Los eyectores de zinc se patentaron en 2008 [1] y algunos han entrado en ensayos de fase I/II como medicamento contra el VIH.
La proteína 7 de la nucleocápside del VIH-1 (NCp7) es la proteína a la que se dirigen los eyectores de zinc. La NCp7 se forma inicialmente como parte del polipéptido gag y sigue una conformación de dedo de zinc en forma de nudillo gag. [3] Durante su vida, la NCp7 facilita el desenrollado del ARNt, actúa como cebador para la transcripción inversa, acompaña a los ácidos nucleicos dentro de la cápside del VIH-1, ayuda a integrar el ARN viral en los viriones en ciernes y está íntimamente involucrada en la replicación del VIH-1 tanto en la fase temprana como en la fase tardía. [2] [4] Estos procesos desempeñan un papel crítico en la replicación del VIH-1, lo que convierte a la NCp7 en un objetivo principal para los medicamentos que buscan contravenir el proceso de replicación.
NCp7 es una proteína de 55 aminoácidos que es altamente básica y consta de dos motivos gag-knuckle. Estos motivos contienen dos unidades peptídicas de Cys-X2-Cys-X4-His-X4-Cys (CCHC), donde la X representa un aminoácido sustituido, que forman los sitios de unión del ion zinc (II). [4] [5] La unión del zinc (II) en el sitio de unión de CCHC es necesaria para que el dominio sea funcional y para la estabilización de la conformación de la estructura, lo que permite que NCp7 lleve a cabo los procesos necesarios para la replicación del VIH. Dado que el sitio de unión de CCHC es resistente a las mutaciones y está involucrado en la replicación del VIH-1, es un candidato principal para la prevención del VIH a través de eyectores de zinc. [5] Al inhibir la función de NCp7, la replicación viral se ve afectada y se produce un virus no funcional que es incapaz de infectar a su huésped. [6]
La azodicarbonamida (ADA) fue el primer eyector de zinc que se sometió a ensayos clínicos para el tratamiento del VIH. La ADA inhibe el VIH al atacar electrofílicamente los átomos de azufre de la cisteína coordinada con zinc. [7] [8] Esta interacción electrofílica desestabiliza el sitio de unión del zinc, lo que facilita la retirada del ion zinc debido a la nueva disposición de los enlaces. [5] El sitio de unión realiza entonces un intercambio de disulfuro, formando nuevos enlaces disulfuro intermoleculares, y se produce un reordenamiento que coloca al dedo de zinc en una conformación que inhibe su función. [7]
La 3-nitrosobenzamida (NOBA) y la 6-nitroso-1,2-benzopirona (NOBP) fueron los primeros compuestos que demostraron su capacidad para inhibir la infección por VIH mediante la expulsión de zinc de NCp7. [4] De la misma manera que la ADA, los compuestos interactúan con un polipéptido de 18 residuos en la región del nudillo de zinc del extremo N de la proteína de la nucleocápside del VIH, lo que provoca la expulsión del zinc de la región modificando covalentemente los residuos de cisteína. Los estudios sugieren que NOBA y NOBP pudieron inhibir la infección por VIH-1 al inhibir la transcripción inversa sin un deterioro aparente de la transcriptasa inversa. Esto reitera el papel de NCp7 en la transcripción inversa. [9]
Los DIBA actúan de manera similar a ADA, NOBA y NOBP. Reaccionan con los residuos de cisteína en el dedo de zinc del NCp7 y provocan un cambio de conformación covalente que expulsa el zinc del dominio del dedo de zinc. [10] Aunque los DIBA inicialmente parecían ser candidatos antivirales prometedores, hubo problemas clínicos con su estabilidad. Los DIBA tienden a ciclarse en benzisotiazolonas que no tienen la misma potencia cuando se usan para combatir retrovirus que el compuesto original. Además, el glutatión puede reducir los enlaces disulfuro en DIBA, restringiendo así su función in vitro . [2]
Los profármacos de mercaptobenzamida transfieren un grupo acilo al residuo de cisteína 36 de NCp7 y el grupo acilo luego migra al residuo de lisina vecino que desencadena la eyección de Zn. [11] La mercaptobenzamida y su profármaco correspondiente produjeron aditividad para la sinergia cuando se combinaron con fármacos conocidos contra el VIH. Además, no mostraron citotoxicidad. [12]
El bromuro de N-[2-(5-piridiniovaleroiltio)benzoil]sulfacetamida (conocido como compuesto 45) es un tioléster de piridinioalcanoilo que puede funcionar como eyector de zinc. Una vez activado con plata, el compuesto 45 utiliza sus grupos piridinioalcanoilo para modificar de forma covalente NCp7, alterando específicamente las cisteínas 36 y 49 en el dedo de zinc carboxilo-terminal. Expulsa el zinc de los sitios de unión del zinc en dos pasos. El zinc en el dedo de zinc carboxilo-terminal se libera primero, seguido por la expulsión de zinc del dedo de zinc amino-terminal. [13]
La bis-tiadizolbenceno-1,2-diamina (NV038) es uno de los nuevos eyectores de zinc. Se ha descubierto que NV038 efectúa la función del dedo de zinc después de que el virus ha entrado en la célula, pero antes de que se complete la transcripción inversa. NV038, al igual que otros compuestos eyectores de zinc, forma quelatos de zinc para eliminarlo de su sitio de unión. Sin embargo, se cree que actúa a través de un mecanismo diferente al de muchos otros eyectores de zinc debido a sus características estructurales. Su estructura no permitiría fácilmente el intercambio de disulfuro de tiol o la transferencia de acilo a cisteína. En cambio, se cree que NV038 reacciona con el zinc utilizando sus dos oxígenos carbonílicos que se encuentran en los ésteres. [6]
Hubo preocupación sobre si estos eyectores de zinc eran seguros de usar debido a la incertidumbre sobre si los eyectores de zinc tenían la selectividad suficiente para dirigirse solo a los sitios de unión de CCHC de los dedos de zinc en NCp7. Los dominios de dedos de zinc no son exclusivos del VIH, sino que son omnipresentes en la biología celular y desempeñan papeles importantes en muchos procesos, como la replicación celular, las interacciones proteína-proteína y la replicación del ADN. Si estos eyectores de zinc se unen involuntariamente a los dominios de dedos de zinc incorrectos, tienen el potencial de afectar negativamente otras funciones celulares que podrían ser esenciales para las funciones corporales adecuadas.
La experimentación y el modelado de la selectividad de DIBA-1, ADA y otros eyectores de zinc revelaron que esta preocupación por la seguridad era esencialmente infundada. Se descubrió que todos los eyectores de zinc combatían eficazmente la replicación del VIH en concentraciones que no exhibían efectos citotóxicos, lo que indica que se dirigían específicamente a NCp7 y no a otros dedos de zinc. Se cree que factores como la afinidad de unión del ligando, la proximidad reactiva del ligando y la forma general de silla de montar necesaria para que el compuesto encaje en el bolsillo de unión desempeñan un papel en la selectividad mostrada por los eyectores de zinc. [14]