Viruksen integraasi ja sen eston periaate

http://www.fccc.edu/research/pid/skalka/research.html

Vuodesta 2008 on ollut integraasin estolääkettä olemassa. Periaate on selvitetty alla olevassa kuvassa. Jos integraasia ei ole saatavilla HIV viruksen cDNA genomi ei voi tehdä provirusta ihmisen genomiin vaan hajoaa.

http://www.prn.org/images/uploads/478_integrase_fig1.jpg

• Onnistunut HAART hoito voi oikein hyvin vaimentaa HIV-1 viruksen replikoitumisia ja kohentaa huomattavasti immuniteettia.
  

The successful use of highly active antiretroviral therapy (HAART) can dramatically suppress human immunodeficiency virus (HIV)-1 viral replication and effect significant immune reconstitution.

• Mutta vaikka lääkkeitä olisikin hyvin saatavilla, lääkeresistenttien HIV-1 kantojen lisääntyminen ja lääketoksisuudet voivat suistuttaa hyvääkin hoitoa raiteilta.
  

However, despite full access to antiretroviral agents, the emergence of antiretroviral-resistant HIV-1 strains and/or drug toxicities can derail effective treatment.

• Lääkeresistenssikin siirtyy viruksen levitessä ja viruskannoista vähintäin yhdelle lääkkeelle resistenttejä havaittiin 24.1 % eräässä newyorkilaiskohortissa, jossa oli akuuttia ja varhaisvaiheen HIV-1 infektiota.
  

A prospective study of patients in a New York City cohort with acute and early HIV-1 infection found the prevalence of transmitted resistance to at least one antiretroviral agent to be 24.1%.

• On tarvetta kehittää uusilla toimintamekanismeilla vaikuttavia antiretroviruslääkkeitä, joilla voidaan hoitaa sekä antiretrovirus-lääkitystä ennen saaneita tai niitä jolla ei vielä ole ollut antirestroviruslääkitystä
  

Consequently, the need to develop antiretroviral agents with novel mechanisms of action persists for the treatment of both antiretroviral-experienced and antiretroviral-naïve patients.

• FDA vuonna 2007 hyväksyi ensimmäisen integraasi-inhibiittoriluokan lääkkeen HIV-1 infketion hoitoon osana kombinoitua antiretrovirusterapiaa niillä, jotka jo aiemmin olivat saaneet antiretroviruslääkkeitä (indikaationa tehokas HIV/AIDS taudin hoito).
  

In October 2007, the United States Food and Drug Administration (FDA) approved the first drug in the integrase-inhibitor class for the treatment of HIV-1 as part of combination antiretroviral therapy in treatment-experienced patients, adding to the available chemotherapeutic agents for the effective treatment of HIV/AIDS.

• HIV integraasista ja integraatiosta kertauksena:
  

HIV Integrase and Integration

• Tiedetään, että HIV-1 viruksen replikaation onnistuminen vaatii kolme entsyymiä

(1) käänteiskopioitsijan Reverse Transcripotase (RT)
(2) integraasin (IN)
ja (3) proteaasin.

Successful HIV-1 replication requires the use of 3 enzymes: reverse transcriptase, integrase, and protease.

• HIV-1 viruksen elämänsykli alkaa viruksen sisäänmenosta (ENTRY) sellaiseen isäntäsoluun, jolla on pintamolekyyli CD4.
  

The HIV-1 life cycle initiates with viral entry into host immune cells that express surface CD4.

• Viruksen ENTRY-tapahtuman jälkeen HIV-1 entsyymi Reverse transkriptase (RT) käänteiskopioi viruksen tuoman yksinkertaisen RNA- säiemateriaalin kaksinkertaiseksi, dsDNA materiaaliksi, missä vaiheessa integraasiproteiinia (IN) kokoontuu stabiiliksi kompleksiksi virus DNA:n kanssa ja sitä sanotaan preintegraatiokompleksiksi (PIC), joka menee tarkalla kaitsennalla (chaperone) tumaan.
  

After viral entry, HIV-1 reverse transcriptase converts its single-stranded RNA into double-stranded DNA (dsDNA), at which time integrase assembles in a stable complex with viral DNA—the pre-integration complex—and is chaperoned into the nucleus.

• Integraasi toimii kaksivaiheisesti: tuloksena on HIV-1 komplementaarisen DNA:n integraatio isäntäsolun genomiin kahdessa vaiheessa, joita katalysoi viruksen HIV-1 integraasientsyymi.
  

Subsequent integration of HIV-1–complementary DNA (cDNA) into the host genome is a two-step process catalyzed by the HIV-1 integrase enzyme.

• (Ensimmäinen vaihe) Jo sytoplasmassa, heti käänteiskopioinnin jälkeen viruksen tuoreesta cDNA:sta leikkaa intengraasientsyymi irti dinukleotidin ( 2 nukleotidiä) 3´-päädystä.
  
• (Tämä tapahtuu vaikka LEDGF/p75 ei olisi läsnä. (Soluissa LEDGF /p75 assosioituu IN tetrameerin kanssa. IBD stabilisoi integraasin alayksikkö-alayksikkö-interaktioilla edistäen tetrameerin muodostumista, 2008)
  

Initially, 2 nucleotides are excised from the 3´ ends of the nascent HIV-1 DNA.

• (Toinen vaihe, strand transfer) Tuman puolella seuraa palautumaton, kovalentti viruksen genomisen DNA:n istuttaminen isäntäsolun tarjoutuvaan kromosomiin.
• (Strand transfer onnistuu hyvin kun IN on tetrameerinä. LEDGF/p75 indusoi viruksen integraasiin järjestäytyneisyyttä ja täten ehkä parempaa entsymaattista aktiivisuutta)
  

This is followed by the irreversible, covalent insertion of HIV-1 viral genomic DNA into the host chromosome.

• Tiedetään HIV-1 viruksen integroituvan suosimalla tiettyjä Hot Spots kohteita transkriboiduissa isäntägeeneissa, mutta näitten suosituimmuuksien taustaa ei ole täysin selvitetty.
  

While the HIV-1 virus is known to preferentially target sites within transcribed host genes for integration—so called “hot spots”—the factors underlying these preferences are not entirely clear.

• Kun integraasi inhiboidaan, isäntäperäiset entsyymit tekevät viruksen cDNA:n renkaaksi ja 2-LTR ( long terminal repeats) renkaita kertyy tuman sisälle.
  

When integrase is inhibited, host enzymes circularize the viral cDNA, and 2-long terminal repeat (LTR) circles accumulate in the nucleus.

• Kun estetään integraasia tekemästä essentiellejä funktioitaan, blokeerataan HIV-1 DNA:n stabiili integroituminen isäntägenomiin ja estetään viruksen latenssin kehittyminen isäntäsolun sisässä, mikä estää vahva-asteista HIV-1 replikoitumista ja uusien viruksien infektoitumista infektioimiskykyisellä virionilla.
  

Inhibiting integrase from performing its essential functions therefore blocks stable integration of HIV-1 DNA into the host genome and prohibits the establishment of viral latency within the host cell, preventing high-level HIV-1 replication and infection of new cells by competent virus.

(Tässä vielä maininta: On edelleen epäselvää, missä endogeeninen LEDGF/p75 ensimmäisen kerran joutuu kosketuksiin viruskompleksin kanssa Tästä kirjoitan erikseen yksityiskohtia )

• Kaksi kliinisesti relevanttia valmistetta Raltegravir ja Elvitegravir mainitaan Internetissä
  

Clinically Relevant Compounds

Top of page

Raltegravir (RAL, IsentressTM, formerly MK-0518)

Top of page

Figure 2. The chemical structure of raltegravir.

Adapted with permission from Merck & Co., Inc.⁴⁹

Raltegravir is a 1-N-alkyl-5-hydroxypyrimidinone. As such, it is a structural analogue of the di-keto acid class of compounds and shares their β-hydroxy-ketone structural motif (Figure 2).^17,20,21 This structural motif possesses metal-chelating functions, and it is postulated that compounds bearing these functional groups interact with divalent metals within the active site of HIV-1 integrase.^22–24 The insertion of HIV-1 viral genomic DNA into the host chromosome is a process often referred to as strand transfer.^11,12 Raltegravir and its related molecules inhibit this latter step, and as a result are often referred to as “strand-transfer inhibitors.” The work of several authors provides an in-depth discussion of the chemical synthesis and screening of HIV-1 integrase inhibitors.^25–27

Raltegravir has been shown to have a 50% inhibitory concentration (IC₅₀) of approximately 10 nM.²⁸ The results of 3 double-blind, randomized, placebo-controlled studies of raltegravir dosing demonstrate that raltegravir exhibits potent in-vitro activity and has an IC₉₅ of 33 nM in 50% human serum.²⁹ Raltegravir is active across diverse HIV-1 clinical isolates and has been shown to inhibit the in-vitro replication of HIV-2.²⁸

Elvitegravir (EVG, GS-9137, JTK-303)

Top of page

Figure 3. The chemical structure of elvitegravir.

Elvitegravir is a dihydroquinoline carboxylic acid compound that, like raltegravir, exhibits the active integrase-inhibitor–conferring β-hydroxy-ketone structural motif (Figure 3). Also, like raltegravir, elvitegravir is a specific inhibitor of the strand-transfer step of HIV integration.³⁰ This drug is active against HIV-1 and HIV-2, has an IC₉₀ of 1.2 nM in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), and a serum-free antiviral IC₅₀ of 0.2 nM. As expected, elvitegravir has also demonstrated activity against isolates resistant to nucleoside reverse-transcriptase inhibitors (NRTIs), non-nucleoside reverse-transcriptase inhibitors (NNRTIs), and protease inhibitors (PIs).³¹

^{http://www.prn.org/index.php/management/article/integrase_inhibitors_raltegravir_elvitegravir_hiv_disease_478#subHeadFour}

^{http://en.wikipedia.org/wiki/Elvitegravir}

^{http://en.wikipedia.org/wiki/Raltegravir}