Ингибиторы обратной транскриптазы ( ДТТЫ) представляют собой класс антиретровирусных препаратов используются для лечения ВИЧ - инфекции или СПИДА, а в некоторых случаях гепатита. ИРО подавляют активность обратной транскриптазы, вирусной ДНК-полимеразы, которая необходима для репликации ВИЧ и других ретровирусов.
Когда ВИЧ заражает клетку, обратная транскриптаза копирует вирусный геном одноцепочечной РНК в двухцепочечную вирусную ДНК. Затем вирусная ДНК интегрируется в хромосомную ДНК хозяина, что затем позволяет клеточным процессам хозяина, таким как транскрипция и трансляция, воспроизводить вирус. ИРО блокируют ферментативную функцию обратной транскриптазы и препятствуют завершению синтеза двухцепочечной вирусной ДНК, тем самым предотвращая размножение ВИЧ.
Аналогичный процесс происходит и с другими типами вирусов. Например, вирус гепатита B несет свой генетический материал в форме ДНК и для репликации использует РНК-зависимую ДНК-полимеразу. Некоторые из тех же соединений, которые используются в качестве ИРО, также могут блокировать репликацию HBV; при таком использовании их называют ингибиторами полимеразы.
ИРТ бывают трех видов:
Противовирусный эффект от НИОТ и NtRTIs является по существу тем же самым ; они являются аналогами природных дезоксинуклеотидов, необходимых для синтеза вирусной ДНК, и они конкурируют с природными дезоксинуклеотидами за включение в растущую цепь вирусной ДНК. Однако, в отличие от природных дезоксинуклеотидных субстратов, НИОТ и НИОТ не имеют 3'-гидроксильной группы в дезоксирибозной части. В результате после включения NRTI или NtRTI следующий поступающий дезоксинуклеотид не может образовывать следующую 5'-3'- фосфодиэфирную связь, необходимую для удлинения цепи ДНК. Таким образом, при включении НИОТ или НИОТ синтез вирусной ДНК останавливается, и этот процесс известен как обрыв цепи. Все НИОТ и НИОТ классифицируются как конкурентные ингибиторы субстрата. К сожалению, НИОТ / НИОТ конкурируют в качестве субстратов не только для синтеза вирусной ДНК, но и для синтеза ДНК хозяина, действуя как терминаторы цепи для обоих. Первый объясняет противовирусный эффект НИОТ / НИОТ, а второй объясняет их лекарственную токсичность / побочные эффекты.
Напротив, у ННИОТ совершенно другой механизм действия. ННИОТ блокируют обратную транскриптазу, связываясь непосредственно с ферментом. ННИОТ не встраиваются в вирусную ДНК, как НИОТ, а вместо этого подавляют перемещение белковых доменов обратной транскриптазы, которые необходимы для осуществления процесса синтеза ДНК. Поэтому ННИОТ классифицируются как неконкурентные ингибиторы обратной транскриптазы.
Ингибиторы обратной транскриптазы нуклеозидных аналогов (НАРТИ или НИОТ) составляют первый класс разработанных антиретровирусных препаратов. Для включения в вирусную ДНК НИОТ должны быть активированы в клетке путем добавления трех фосфатных групп к их дезоксирибозной части с образованием трифосфатов НИОТ. Эта стадия фосфорилирования осуществляется ферментами клеточной киназы. НИОТ могут вызывать нарушение митохондрий, что приводит к ряду побочных эффектов, включая симптоматический лактоацидоз.
Как описано выше, клетки-хозяева фосфорилируют аналоги нуклеозидов до аналогов нуклеотидов. Последние служат ядовитыми строительными блоками ( терминаторами цепи ) как для вирусной ДНК, так и для ДНК хозяина, вызывая соответственно желаемый противовирусный эффект и токсичность / побочные эффекты лекарственного средства. Прием ингибиторов обратной транскриптазы аналога фосфонатных нуклеотидов (NtARTI или NtRTI) напрямую устраняет начальную стадию фосфорилирования, но ферменты хозяина все равно должны фосфорилировать фосфонатный нуклеотидный аналог до состояния фосфонат-дифосфат для противовирусной активности. Эти молекулы были впервые синтезированы Антонином Холи в Чешской академии наук и коммерциализированы компанией Gilead.
Хотя НИОТ / НИОТ часто перечисляются в хронологическом порядке, это нуклеозидные / нуклеотидные аналоги цитидина, гуанозина, тимидина и аденозина:
Ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы (ННИОТ) представляют собой третий класс разработанных антиретровирусных препаратов. Во всех случаях патенты остаются в силе до 2007 года. Этот класс препаратов был впервые описан в Институте медицинских исследований Rega ( Бельгия ).
Это новый класс противовирусных препаратов, МК-8591 или Ислатравир - первое средство этой группы. Islatravir был разработан Merck amp; Co.. Это пероральный противовирусный препарат длительного действия, тестируемый как АРТ против ВИЧ-1.
Исследователи разработали молекулы, которые вдвойне ингибируют как обратную транскриптазу (RT), так и интегразу (IN). Эти препараты являются разновидностью « ингибиторов портманто ».
В то время как НИОТ и ННИОТ одинаково эффективны в прекращении синтеза ДНК и репликации ВИЧ, ВИЧ может и в конечном итоге развивает механизмы, которые придают устойчивость вируса к лекарствам. ВИЧ-1 RT не поддерживает корректуру. Это, в сочетании с избирательным давлением со стороны препарата, приводит к мутациям в обратной транскриптазе, которые делают вирус менее чувствительным к НИОТ и ННИОТ. Остатки аспартата 110, 185 и 186 в домене полимеразы обратной транскриптазы важны для связывания и включения нуклеотидов. Боковые цепи остатков K65, R72 и Q151 взаимодействуют со следующим входящим нуклеотидом. Также важен L74, который взаимодействует с цепью-шаблоном, чтобы позиционировать ее для спаривания оснований с нуклеотидом. Мутация этих ключевых аминокислот приводит к уменьшению включения аналогов.
Существует два основных механизма устойчивости к НИОТ. Первый - это уменьшение включения аналога нуклеотида в ДНК по сравнению с нормальным нуклеотидом. Это происходит в результате мутаций в N-концевом полимеразном домене обратной транскриптазы, которые снижают сродство фермента или его способность связываться с лекарством. Ярким примером этого механизма является мутация M184V, которая придает устойчивость к ламивудину (3TC) и эмтрицитабину (FTC). Другой хорошо изученный набор мутаций - это комплекс Q151M, обнаруженный в ВИЧ с множественной лекарственной устойчивостью, который снижает эффективность обратной транскриптазы при включении НИОТ, но не влияет на включение естественных нуклеотидов. Комплекс включает мутацию Q151M наряду с A62V, V75I, F77L и F116Y. Вирус, содержащий только Q151M, имеет промежуточную устойчивость к зидовудину (AZT), диданозину (ddI), зальцитабину (ddC), ставудину (d4T) и незначительно устойчив к абакавиру (ABC). Вирус с Q151M в комплексе с четырьмя другими мутациями становится высокоустойчивым к вышеуказанным препаратам, а также к ламивудину (3TC) и эмтрицитабину (FTC).
Второй механизм - это удаление или гидролитическое удаление включенного лекарственного средства или пирофосфоролиз. Это обратная полимеразной реакции, при которой пирофосфат / PPI, высвобождаемый во время включения нуклеотидов, реагирует с включенным лекарственным средством (монофосфатом), что приводит к высвобождению трифосфатного лекарственного средства. Это «разблокирует» цепочку ДНК, позволяя ее удлинить и продолжить репликацию. Мутации усиления эксцизии, обычно M41L, D67N, K70R, L210W, T215Y / F и K219E / Q, выбираются аналогами тимидина AZT и D4T; и поэтому называются мутациями аналога тимидина (ТАМ). Другие мутации, включая вставки и делеции на фоне вышеупомянутых мутаций, также придают устойчивость за счет усиленного иссечения.
ННИОТ не связываются с активным сайтом полимеразы, а в менее консервативном кармане рядом с активным сайтом в субдомене p66. Их связывание приводит к конформационному изменению обратной транскриптазы, которое искажает положение остатков, связывающих ДНК, ингибируя полимеризацию. Мутации в ответ на ННИОТ уменьшают связывание препарата с этим карманом. Лечение по схеме, включающей эфавиренц (EFV) и невирапин (NVP), обычно приводит к мутациям L100I, Y181C / I, K103N, V106A / M, V108I, Y188C / H / L и G190A / S. Существует три основных механизма устойчивости к ННИОТ. В первых НИОТ мутации нарушают специфические контакты между ингибитором и связывающим карманом ННИОТ. Примером этого являются K103N и K101E, которые находятся у входа в карман, блокируя вход / связывание лекарственного средства. Второй механизм - нарушение важных взаимодействий внутри кармана. Например, Y181C и Y188L приводят к потере важных ароматических колец, участвующих в связывании NNRTI. Мутации третьего типа приводят к изменениям общей конформации или размера связывающего кармана ННИОТ. Примером может служить G190E, который создает стерический объем в кармане, оставляя мало или совсем не оставляя места для плотного связывания ННИОТ.