Traitement des infections virales Dr. bouzeghoub Laboratoire vih Service de Virologie Institut Pasteur d’Algerie

Le plan Introduction Cibles des antiviraux Les différentes classes d’antiviraux  Les inhibiteurs de la pénétration  Inhibiteurs de la décapsidation Les inhibiteurs de la réplication Les analogues du substrat de l’enzyme les analogues des nucléosides  les analogues des nucléotides  Les inhibiteurs non nucléosidiques  les Analogues de pyrophosphate  Les inhibiteurs de la maturation  Les inhibiteurs de la libération  méthodes d’étude de la sensibilité aux antiviraux  Méthodes phénotypiques  Méthodes génotypiques  limites de la chimiothérapie antivirales 

Introduction: Grandes diversités de la structure et des stratégies de réplication: ADN ou ARN simple brin ou double brins; polarité négative ou positive, mono- ou multi-segmentés… Les virus dépendent étroitement de la cellule hôte, ce ne sont pas des entités viables par elles même; le virus exploite le métabolisme de la cellule, les voies métaboliques sont donc identiques. multiplication par un processus de réplication : l'ensemble des composants viraux est synthétisé de novo à partir du seul message génétique viral sans croissance et sans division du virion Sites cellulaires de réplication variables : ADN noyau (sauf pox, irido…); ARN cytoplasme (sauf retro, orthomyxo, borna, delta…)

Sites de réplication virale Cytoplasme Virus à ARN (sauf Rétro, Orthomyxo) Et Pox Mixte Rétro Et Hépadna Noyau Virus à ADN (sauf Pox) Et Orthomyxovirus

Enzymes impliquées dans la réplication virale ADN db Adéno Hépadna Herpes Papilloma* Polyoma* ADN sb Parvo* ADN pol cellulaire ADN db ARN Pol II cellulaire ARN Pol II cellulaire ARNm + Transcriptase virale Irido Pox ARN sb (+) Picorna Flavi Calici Astro Toga Corona Retro ARNm + ARN sb (-) Rhabdo Filo Borna Paramyxo Orthomyxo Bunya ARN db Reo RT virale RdRp ARN Pol II cellulaire ADN db ARNm ARNss Arena Delta

Des découvertes progressives 2007 : Maraviroc / Raltégravir (HIV) 2006 : Télaprevir (HCV) 2001 : Ténofovir (HIV - HBV) 1997 : Enfuvirtide (HIV) 1996 : Cidofovir (CMV) 1995 : Saquinavir (HIV) / Lamivudine (HIV-HBV) 1993 : Zanamivir (influenza) / PMPA (HIV) 1990 : Nevirapine (HIV) 1987 : AZT (HIV) 1977 : Acyclovir (HSV) 1972 : Ribavirine 1964 : Amantadine

Les antiviraux 41 molécules utilisées en clinique Grippe Amantadine Inhibiteurs de la neuraminidase Oseltamivir Zanamivir Hépatites virales chroniques Adéfovir dipivoxil Entecavir Lamivudine Ribavirine Telbivudine Ténofovir disoproxil Virus de l'Immunodéficience Humaine Virus du groupe Herpes (HSV, VZV, CMV) Aciclovir Cidofovir Famciclovir Foscarnet Ganciclovir Valaciclovir Valganciclovir

Les antiviraux (HIV)

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Cibles potentielles des antiviraux Pénétration Décapsidation Réplication Fixation Transcription Maturation- assemblage Libération

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Les inhibiteurs de la pénétration VIH Inhibiteurs de la fixation Inhibiteurs de fusion

Classes d’antiretroviraux

ANTI CCR5

ANTI CCR5

Maraviroc : mode d’action 77 Maraviroc : mode d’action Le maraviroc est un inhibiteur allostérique du récepteur CCR5 Puissante activité antivirale in vitro et in vivo sur les virus CCR5 tropiques, y compris ceux multi-résistants aux autres classes d’ARV, mais pas sur les virus CXCR4 ou de tropisme double/mixte Site de liaison du gp120 sur le CCR5 Site de liaison bloqué par MVC MVC (•) lié au CCR5 gp120 Récepteur libre Très faible affinité Haute affinité Blocage entrée du virus

HIV : le blocage des corécepteurs exemple du maraviroc (anti-CCR5) Model for HIV-1 entry. Binding of CD4 to gp120 results in exposure of a conserved coreceptor (CoR) binding site in gp120, perhaps by movement of the V3 and V1/2 loops. Coreceptor binding causes the fusion peptide of gp41 to be exposed and inserted into the membrane of the target cell in a triple-stranded coiled-coil. Formation of a helical hairpin structure in which gp41 folds back on itself is coincident with membrane fusion. The bottom portion of the figure displays gp41 alone. Addition of the T20 peptide blocks membrane fusion by preventing the formation of the hairpin structure. Adapté de Doms R. W., Trono D. Genes Dev. 2000;14:2677-2688

Les interactions complexes du VIH CD4 binding Coreceptor binding Virus-cell fusion gp41 gp120 V3 loop CD4 Cell membrane CCR5/CXCR4 (R5/X4) This slide displays the different steps involved in viral entry. This process begins with the binding of HIV gp120 to a CD4+ cell followed by a conformational change that allows the V3 loop of gp120 to interact with the chemokine coreceptors, either CCR5 or CXCR4. A conformational change then occurs that facilitates fusion. The first entry inhibitor to be approved, enfuvirtide, is a fusion inhibitor.

Action au niveau des corécepteurs CCR5-CXCR4 CD4 binding Coreceptor binding Virus-cell fusion CCR5 antagonists Maraviroc (Celsentri) Vicriviroc gp41 gp120 V3 loop Pas d'anomalie des souris KO pour CCR5 Implique de s'adresser à des souches CCR5 CD4 Cell membrane CCR5/CXCR4 (R5/X4) CXCR4 antagonists Figure adaptée de Doms R, et al. Genes Dev. 2000;14:2677-2688.

Classes d’antiretroviraux

INHIBITEURS DE FUSION

Inhibiteurs de fusion Exemple de l'enfuvirtide :T20 La fusion, une étape indispensable pour la plupart des virus enveloppés

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VIRUS DELA GRIPPE DECAPSIDATION Pompe à proton (H+)

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Rappel: nucléoside-nucléotide Un nucléoside correspond à un sucre+une base. Il est phosphorylé en nucléotide par des kinases au niveau du cytoplasme base. sucre

Les désoxyribonucléotides triphosphates des quartes bases(A-T-C-G) sont des substrats des ADN polymérases. La triple phosphorylation des IN est nécessaire pour qu’ils entrent en compétition avec les métabolites « normaux »).

Élongation d’une chaîne d’ADN l'enzyme virale

Modes d’action : L’inhibition compétitive Terminaison de la chaîne Les analogues de nucléosides vont perturber la réplication par deux mécanismes : L’inhibition compétitive Terminaison de la chaîne

Mécanisme d ’action des analogues nucléos(t)idiques Brin d’ADN Brin d’ADN P Bx P Bx P Bx+1 P Bx+1 OH P Bx+2 Terminaison Compétition P P P Bx+2 Nucléotide naturel P Bx+3 OH OH P Analogue nucléosidique triphosphorylé Bx+2

Les différentes classes d'inhibiteurs nucléosidiques Analogue nucleosidique par substitution du sucre.+++++ Analogue nucleosidique par substitution de la base.

Exemples d'analogues nucléosidiques Valaciclovir Valganciclovir Zidovudine C Lamivudine Entecavir Valopicitabine

Aciclovir : mécanismes d'action G Aciclovir : mécanismes d'action Spécificité

Aciclovir: spécificité

Analogue nucleosidique par substitution de la base (Ribavirine) La ribavirine est un analogue de ribonucléoside : la base dérive de la guanine, mais le sucre reste le ribose. Cet analogue doit être triphosphorylé pour agir. interférant avec des évènements précoces de la transcription virale tels que l’acquisition de la coiffe et l’élongation des ARN messagers viraux. La ribavirine est utilisée dans le traitement des infections liées à des virus à ARN : Virus de l’hépatite C (VHC). Virus respiratoire syncytial (VRS). Virus des fièvres hémorragiques (fièvre de lassa, fièvre hémorragique avec syndrome rénal FHSR). La ribavirine est toxique pour les globules rouges : (Anémie hémolytique) elle est contre-indiquée au cours de la grossesse. On l'utilise dans le traitement de l'hépatite chronique C, en association avec l'interféron α.

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les analogues des nucléotides : Adéfovir (analogue de l’adénosine) VIH+VHB Ténofovir (analogue de l’adénosine) VIH+VHB Cidofovir (analogue de la cytosine) CMV

Adéfovir : inhibiteur compétitif de la RT agissant aussi en stoppant l’élongation de la chaîne nucléotidique, actif sur les herpès virus. Bien qu’étudié initialement pour la lutte contre le VIH, sa néphrotoxicité est un handicap pour cette utilisation (traitement à long terme). Il est cependant approuvé officiellement pour le TRT de l’hépatite B chronique. Ténofovir : utilisé (sous forme de pro drogue) comme inhibiteur de RT du VIH (moins toxique sur les mitochondries que d’autres analogues nucléosidiques, est également actif contre l’hépatite B. Cidofovir : Contrairement aux dérivés de l’ACV, son action serait plus prolongée (jusqu’à 7 jours au lieu de quelques heures). Activité contre les Orthopoxvirus et Herpesvirus, mais sa néphrotoxicité nécessite des précautions lors de traitements

Exemples d'analogues nucléotidiques (phosphonates)

Adéfovir : la voie des phosphonates

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Les analogues non nucléosidiques de la RT (1) agissent de manière non compétitive sur la RT. Les inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse (INNTI) sont des molécules qui se lient directement à des acides aminés hydrophobes proches du site catalytique de la RT sans transformation préalable. Leur activité est importante. Agissent uniquement sur le HIV-1, mais à cause de l'apparition rapide d'une résistance (croisée avec toutes les autres molécules), ces produits ne sont utilisés qu'en association avec des inhibiteurs nucléosidiques et/ou des antiprotéases.

Les analogues non nucléosidiques de la RT(2) Pauwels, Current Opinion in Pharmacology 2004, 4:437–446

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les Analogues de pyrophosphate : Foscarnet : acide phosphonoformique analogue de pyrophosphate, inhibant l’ADN polymérase du CMV, sans être métabolisé dans la cellule. il forme un complexe avec l’ADN polymérase au site de fixation du pyrophosphate empêchant ainsi la séparation entre pyrophosphate et nucléoside triphosphate et inhibant l’extension. Indication : Utilisé en perfusions, dans les infections à CMV, et à HSV et VZV devenus résistants à l'acyclovir chez les patients immunodéprimés. Effets secondaires : toxicité rénale, hypocalcémie

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Les inhibiteurs de la protéase: La protéase du HIV à pour rôle de cliver des précurseurs protéiques pour générer des protéines actives ; sans ce clivage les particules virales produites ne sont pas infectieuses. Les inhibiteurs de la protéase (les IP) sont des peptides de synthèse qui se logent dans le site actif de l’enzyme (protéase du VIH), et bloque son activité. Saquinavir, Indinavir,Nelfinavir,Ritonavir,Lopinavir

HIV : antiprotéases

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Virus de la grippe: Libération

Action des inhibiteurs de neuraminidase Mechanism of Action of Neuraminidase Inhibitors. Panel A shows the action of neuraminidase in the continued replication of virions in influenza infection. The replication is blocked by neuraminidase inhibitors (Panel B), which prevent virions from being released from the surface of infected cells Moscona NEJM 353;13 september 29, 2005

NRTI

ANTI PROTEASES

INNRTI

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Méthodes phénotypiques : Mesure in vitro de l’activité inhibitrice d’un antiviral : Calcul de la concentration inhibitrice CI50 pour l’herpes virus ou CI90 pour l’HIV. Technique classique:Des cultures de cellules permissives sont infectées par un inoculum viral de concentration connue en présence de concentrations croissantes d’un antiviral. RVA: « Recombinant Virus Assay » la plus utilisée pour le VIH, elle repose sur la production de virus recombinant à partir de l’ARN plasmatique . Elle consiste, après extraction de l’ARN viral du plasma, à amplifier par RT-PCR le gène de la RT et /ou de la protéase puis à co-transfecter ou cloner ce fragment amplifié dans des cellules eucaryotes réceptrices avec un plasmide (pHXB2) contenant le génome du VIH délété des gènes testés. On obtient un virus recombinant qui sera cultivé en présence d’ARV et dont on déterminera la CI50 et CI 90

Phénotype : étude de la réplication d'une souche in vitro Mise en culture du virus en présence de concentration croissante d'antiviraux Sérum 0,001 à 100 µM de 3TC, ADV ou TDF

Détermination des CI50 Virus "sauvage" Virus résistant Facteur de résistance 0.05 1 20 Production Virale (%) 50 Concentration antiviral (µM)

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Méthodes génotypiques : Génotype de résistance : Détermination de la séquence nucléotidique d’une région du génome viral impliquée dans les mécanismes de résistance. Ex1 (VIH ): détermination de la séquence de la polymérase virale (reverse transcriptase). Ex2 (VHB):gène de résistance à la lamivudine.

Résistance: identification des mutations associées à la résistance Polymérase 178 336 680 832 1 TP Spacer Transcriptase inverse RNAse H Domaines G F A B C D E GGVFLVDKNPHN TTESRLVVDFS 25 36 37 47 SNLSWLSLDVSAAFYHI VLGFRKIPMGVGLSPFLLAQFTSAICS AFSYMDDVVLG SLGIHLNPNKTT LNFMGYVIGSW * * * * * * * * * * * * * * * * 75 91 163 189 200 210 230 241 247 257 Lamivudine : rt V173L rt M204V/I/S rt L80V/I rt L180M Profil des mutations génotypiques conférant la résistance ETV : rt S202G rt T184S rt M250L rt I169T + ADV : rt A181T/V rt N236T rt I233V LdT : rt M204I rt L80V/I

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limites de la chimiothérapie antivirales : Cytotoxicité : L’émergence de mutants résistants: La latence  Spectre d’activité très étroit :

Conclusions Plus la variabilité virale est importante plus le risque de sélectionner une souche résistante préexistante est grand. Plus la molécule est efficace plus le risque de résistance diminue. L'observance au traitement s'avère être un paramètre clé dans la prévention de la résistance (tolérance, rythme des prises sont des critères clés). La combinaison d'antiviraux peut se révéler indispensable pour des virus ayant un niveau de réplication et un taux de mutations élevés. Cette nécessité se révélera indispensable pour des traitements de longue durée. L'utilisation irraisonnée de molécules antivirales conduit inexorablement vers la sélection de virus résistants pouvant se révéler encore plus néfastes que la souche initiale.