Farmacologia antivirale: meccanismi d'azione e strategie contro i virus

Farmacologia Antivirale

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Farmacologia #5 - Zacchetti - la terapia antivirale
Farmacologia #
La terapia antivirale
Prof. Zacchetti - 05/04/2023 - Autore: Isabella Spazzarini e Angela Pezone

I virus sfruttano molto i machinery molecolari dell'ospite e questo ha reso la terapia antivirale
particolarmente difficile in passato.

Nella biologia molecolare abbiamo visto come molti dei trucchi che i virus utilizzano per mantenere
il loro genoma il più piccolo possibile vengono poi sfruttati ampiamente nell'ambito della
tecnologia, clonaggi ecc ..

Non esiste per i virus l'equivalente dell'antibiotico che abbiamo visto per funghi, batteri, ecc ... ma
ci sono i meccanismi endogeni antivirali che possono essere sfruttati e sono stati sfruttati dal punto
di vista farmacologico (ne vedremo in particolare un esempio) ma in generale è difficile fare una
terapia sistemica con molecole che vengono utilizzate dalla cellula come meccanismi endogeni
antivirali e che sono o all'interno della cellula stessa o comunque hanno un interesse molto
localizzato.

Esistono piuttosto dei meccanismi molecolari naturali che la cellula infettata mette in atto
scatenando dunque delle reazioni immunitarie specifiche, meccanismi che in parte sono stati poi
sfruttati in farmacologia.

C'è stato un grande salto nella comprensione del meccanismo di replicazione virale con l'epidemia
di AIDS e da lì è cominciata una storia di terapia molto più mirata sui meccanismi virali.

In questa lezione vedremo le tre categorie di virus di nostro interesse:
virus a RNA, virus a DNA e retrovirus (questi ultimi sono virus a RNA, ma hanno una complessità
maggiore perché riescono a trasferire le informazioni dall'RNA al DNA in maniera tale da
mantenerla all'interno del nucleo e quindi hanno nel loro ciclo vitale anche un passaggio a DNA
mediato dalla trascrittasi inversa)

Prima vediamo uno schema estremamente semplificato
Vediamo una cellula, in cui riconosciamo la membrana plasmatica e la membrana nucleare; il virus
deve infettare la cellula e per farlo ha bisogno di un recettore

Non esistono recettori specifici per i virus, ma essi "fingono" di essere altro e sfruttano recettori già
presenti sulla cellula. Questo è un elemento importante perché permette di definire il tropismo del
virus.Pag. 2 a 15
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Tropismo Virale e Recettori Cellulari

es. un virus che deve colpire l'epatocita probabilmente avrà come suo
recettore una proteina espressa in maniera importante su quella
cellula. Il virus dell'HCV "finge" di essere una LDL quindi sfrutta
l'LDL receptor per entrare nella cellula e questo spiega il tropismo a
livello epatico; il virus dell'epatite B si lega a un trasportatore degli
acidi biliari (il virus dell'epatite B ha un tropismo relativo al fegato); il
virus dell'HIV sfrutta il recettore CD105 e ha anche il corecettore
TCR5 ed esse sono molecole presenti in particolar modo sui linfociti;
SARS-CoV-2 lega prevalentemente ACE2 (angiotensin converting
enzyme 2) che è un enzima di conversione dell'angiotensina (che non è
quello colpito farmacologicamente nelle terapie antipertensive)

>Virus
7 Libero nel citosol
1. Il primo passaggio è la presenza di un recettore a cui il virus si legherà

Il virus può avere una struttura abbastanza semplice formata da acidi nucleici compresi all'interno
di una struttura proteica (capside) e poi può avere anche all'esterno del capside una membrana con
le sue proteine.
Il virus riesce a entrare nella cellula solitamente mediante un compartimento endosomiale che tende
ad acidificarsi e oltre a questo le proteine nella membrana o a volte nel capside del virus possono
contribuire, insieme all'acidificazione, a rompere l'endosoma e liberare il virus nel citosol. Il
capside si depolimerizza, si libera il materiale genetico e se il virus è a RNA troveremo libero nel
citosol appunto un RNA > sintesi di proteine

Se il virus vuole replicarsi però ha bisogno di una polimerasi (2 cose fondamentali: proteine e
polimerasi)

• Virus a strand positivo: l'RNA liberato può produrre proteine
• Virus a strand negativo: serve una RNA polimerasi RNA dipendente che trasformi lo strand
  negativo in positivo per poi poter sintetizzare proteine.

La polimerasi RNA dipendente in genere è già presente nel virus, infatti esso è dotato a livello del
capside di RNApol RNA dipendenti e nel momento in cui si libera nel citosol, libera la RNApol
RNA dipendente che trasforma l'RNA a strand negativo in positivo.

Domanda: cosa significa strand positivo o negativo?
I virus a RNA possono essere a strand positivo quando l'RNA è già in grado di produrre proteine.
Dato che l'RNA è a single strand, posso anche avere un virus a strand negativo ossia la copia di
quello necessario a sintetizzare proteine. (strand negativo: copia speculare negativa dell'RNA a
strand positivo). Per sintetizzare proteine è quindi necessario trasformare lo strand da negativo a
positivo. Ipotizzando che il virus sia a strand negativo, ci sarà un RNA pol RNA dipendente e
quindi c'è un'altro aspetto: nel nostro organismo non abbiamo questo tipo di polimerasi e questo
potrebbe essere un meccanismo interessante da bloccare farmacologicamente.Farmacologia #5 - Zacchetti - la terapia antivirale
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Meccanismi di Traduzione Virale

Dopo l'entrata del virus, ci sarà mRNA nel citosol che dovrà essere tradotto; questo è difficile
perché dovrò tradurre uno tra milioni di mRNA che possono essere potenzialmente tradotti, quindi
il virus utilizza un meccanismo specifico: gli IRES (internal ribosome entry sites).

Noi li utilizziamo per fare i cistronici, gene-ires-gene > con un solo trascritto traduciamo due geni
perché il ribosoma si dirige da una parte sul cap, ma contemporaneamente entra anche a livello
dell'IRES, facendo partire la traduzione anche a livello dal secondo cistronico.

L'IRES è il trucco utilizzato dai virus a RNA per tradurre le proprie
proteine e non quelle dell'ospite. Questo avviene perché il virus oltre
all'RNApol RNA dipendente, ha anche un enzima che taglia il
complesso che riconosce il Cap. Una volta infettata la cellula, il
virus spegne la sintesi proteica endogena andando a spegnere la cap
dependant translation: una volta che questa è spenta, il machinary di
translation va verso l'IRES del virus. Successivamente partendo
dall'IRES, il ribosoma entra, si attacca e traduce una poliproteina.

RU
PROT.
RNA

Per tenere il più possibile impacchettata la propria informazione genetica, il virus produce un unico
polipeptide lungo che poi viene tagliato da proteasi e successivamente si ottengono le proteine di
interesse per quello specifico virus.

Ci sono quindi altri due meccanismi interessanti che possono essere targettati:

1. Cap independant translation: se la spengo riesco a fermare la replicazione virale
2. Proteasi: quelle che tagliano il polipeptide sono un altro elemento specifico del virus che posso
   inibire

Uscita del Virus dalla Cellula

Altro aspetto:
Abbiamo visto la produzione di proteine, la replicazione del materiale genetico; questi due
elementi insieme riproducono una particella virale che poi deve uscire dalla cellula per poi infettare
altre cellule.

L'uscita può avvenire in maniera litica ed esogenica

Nell'uscita del virus non c'è molto in termini di
R
meccanismo da colpire, ma es. il virus dell'influenza
ha come recettore l'acido sialico (molto grande, copre
praticamente tutta la membrana). Nel momento in cui
il virus esce dalla cellula è molto facile che si
riattacchi alla cellula stessa e quindi esiste un enzima
che taglia l'acido sialico e permette al virus di liberarsi e andare sul cellule vicine
(neuroaminidasi).

RIRES
L> Taglio delle proteasiFarmacologia #5 - Zacchetti - la terapia antivirale
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Retrovirus e Replicazione del DNA

Per i retrovirus esiste anche un passaggio attraverso cui il virus retrotrascrive l'RNA a DNA e
questo DNA retrotrascritto va nel nucleo quindi questa può essere una cosa interessante perché
stiamo parlando in questo caso di una DNA polimerasi RNA dipendente che è qualcosa di specifico
del virus e quindi anche questa è una potenziale molecola che possiamo inibire.

CH3
(nei retrovirus il fatto che il virus vada nel nucleo comporta una
HO
serie di problematiche es. nell'AIDS è difficile
NH
OH
OH.
HO
eradicare il virus perché finisce nel nucleo e
HO
permane lì, anche se blocchiamo la
OH
replicazione virale nel momento in cui
HOOC
OH
togliamo il blocco della replicazione virale si
NHI
ricomincia a produrre RNA e quindi riparte il ciclo di replicazione del virus
CH3
stesso).
OH
O
O
NH
OH
NH2
NH

Virus a DNA: Caratteristiche e Ciclo Replicativo

Virus a DNA
Sono più grossi, c'è molto più materiale genetico, molti più geni, hanno inoltre geni che vengono
espressi in tempi diversi (stato intermedio, stadio tardivo),
hanno un ciclo replicativo più complesso rispetto a quello
dei virus a RNA (nel complesso il materiale genetico è
molto più abbondante).

NUCLEO
Retrovirus
es. virus del vaiolo (small pox) riesce ad avere un ciclo
replicativo completamente citoplasmatico, mentre
normalmente il virus a DNA entra nel nucleo e replica lì. Si
comportano come questo anche tutti i virus correlati al vaiolo es. Vaxinia virus, Chicken pox,
varicella, ...

Quando replicano tante volte in una certa cellula, i virus a DNA tendono a perdere pezzi di DNA
che non servono per replicare in quella specifica cellula e quindi diventano cellula-dipendenti.

es. un certo tipo di virus che replica bene nelle cellule di uccello ma non in quelle di mammifero e
quindi può essere utilizzato per fare la vaccinazione: questo è un trucco che si fa abbastanza
normalmente per manipolare virus e adattarli a una certa specie; (i virus a RNA invece sono virus
che mutano molto facilmente quindi si può stabilire anche la loro distanza evolutiva).

I virus a DNA potenzialmente sono molto interessanti come bersaglio farmacologico perché hanno
una serie di meccanismi più raffinati, molti di questi sono anche ridondanti per cui non è proprio
facilissimo colpire un virus a DNA con i farmaci.

Virus a RNA: Virus dell'Influenza

Cominciamo a ragionare sui virus a RNA:
1) Virus dell'influenza
si dividono in A, B, C e poi c'è un codice HN (es. virus H1N1)
HN sono due proteine virali: emoagglutinina e la neuroaminidasi e a seconda del tipo di proteina
abbiamo diversi sierotipi dei vari ceppi virali.