Atazanavir REYATAZ Inhibiteur de protéase autorisé par la FDA et en évaluation en Europe, l ’Atazanavir (BMS), en prise journalière unique se présente comme incontournable dans le traitement des sujets séropositifs ou atteints de sida, plusieurs études ont montré son efficacité et sa tolérance STEKELOROM Aurelien (aurelien.stek@voila.fr) MARCQ Julien (marcqjulien@hotmail.com)

1. HIV1 Sida maladie décrite pour la première fois en 1981 Atteint tout d ’abord plus particulièrement les homosexuels et les sujets recevant de nombreuses transfusions sanguines comme les hémophiles La maladie est due à la chute du nombre de certains lymphocytes T (CD4) Le virus est un rétrovirus, virus à ARN qui pour se multiplier devront s ’intégrer dans l ’ADN de la cellule-hôte Etant donné que l ’ARN simple brin ne peut pas s ’intégrer dans un ADN double brin, l ’ARN devra obligatoirement être transformé en ADN par un enzyme viral, la rétrotranscriptase (RT)

2. Schéma récapitulatif de l ’infection avec les cibles thérapeutiques

Utilisation d ’inhibiteur de protéase 5. Empêcher l ’action de la protéase Utilisation d ’inhibiteur de protéase VIH synthétise une fois son patrimoine génétique intégré un long polypeptide non fonctionnel précurseur de différentes protéines structurales et enzymatiques essentielles pour former les particules virales Les inhibiteurs de protéase ressemblent à la chaîne protéique que la protéase doit cliver, ils se fixent au même site catalytique et le bloque Ces inhibiteurs ne guérissent pas le SIDA, ils ont seulement le rôle de diminuer la charge virale

6. Evolution de la recherche

7. Evolution du marché des médicaments anti-HIV en milliards de Dollars

8. Le marché mondial des médicaments anti-HIV en une prise quotidienne

1. Structure 3D de la protéase d ’HIV1 Enzyme avec 2 sous-unités symétriques C ’est une aspartyl-protéase 2 stratégies pour développer des inhibiteurs de protéases du VIH-1: inhibiteurs ciblant le centre actif (Atazanavir) inhibiteurs de la dimérisation empêchant la formation de la forme active dimérique de la protéase en interagissant avec le feuillet béta-antiparallèle formé entre les extrémités N- et C- terminales des deux monomères

2. Origine génétique HIV protéase est codée par le gène pol situé en 5 ’ gag-pol traduit sous la forme d ’un précurseur Pr p180 qui donnera naissance à : p66-p51 rétrotranscriptase p32 intégrase p12 protéase

Le précurseur Pr p55 donnera naissance aux protéines de structure p17, p24 et p7 Le précurseur Pr gp160 sera le précurseur des gp120 et gp41 de l ’enveloppe Le précurseur Pr p180 engendrera 3 protéines enzymatiques protéase / intégrase / RT Le clivage protéolytique se font sur des sites particuliers: Phe-Pro ou Tyr-Pro qui sont des sites d ’attaques inhabituels des protéases humaines, spécifique des protéases rétrovirales soit on aura des inhibiteurs spécifiques du virus et on limitera ainsi les effets indésirables On a là, le point de départ du mécanisme d ’action de l ’inhibiteur de protéase et de sa synthèse

1. L ’arrivée des inhibiteurs de protéase dans l ’arsenal thérapeutique anti-HIV 1987 Zidovudine RETROVIR (AZT) ~1990 association 2NRTI + 1IP puis NNRTI + 2NRTI = 2NRTI + 1IP Début 2003 6 IP: Saquinavir INVIRASE Roche Indinavir CRIXIVAN Merck Ritonavir NORVIR Abbott Nelfinavir VIRACEPT Pfizer Amprenavir AGENERASE Vertex Lopinavir / Ritonavir KALETRA Abbott Multiples doses journalières et beaucoup d ’effets indésirables D ’un point de vue Design, l ’inh de protéase mime l ’état de transition de la réaction de clivage du peptide catalysé par la protéase de HIV1

2. Structure chimique de l ’Atazanavir (3 S,8 S,9 S,12 S )-3,12-Bis(1,1-dimethylethyl)-8-hydroxy-4,11-dioxo-9-(phenylmethyl)-6-[[4-(2-pyridinyl)phenyl]methyl]-2,5,6,10,13-pentaazatetradecanedioic acid dimethyl ester PM:802.9 Poudre cristalline jaune pâle Solubilité dans l ’eau faible (4 à 5 mg/ml)

Présentation 3D de l ’Atazanavir dans le site actif de la protéase: Donnée recueillie par docking

3. La structure aza-peptidique et sa fonction L ’activité biologique d ’un peptide dépend de sa structure 3D La substitution du Calpha de l ’acide aminé par un N donne naissance à un acide aza-aminé Cela entraîne une modification de la structure tridimensionnelle du peptide parent

-perte du Calpha asymétrique L ’activité biologique d ’un peptide dépend de sa structure 3D La substitution du Calpha de l ’acide aminé par un N donne naissance à un acide aza-aminé Cela entraîne une modification de la structure tridimensionnelle du peptide parent -perte du Calpha asymétrique -perte de la libre rotation Calpha-C L ’acide aza-aminé entraîne une perte de chiralité et une réduction de flexibilité du peptide

-réduction d ’activité 1963 Hess et al. modification de l ’AT2 en y ajoutant un acide Aza-aminé -réduction d ’activité -mais augmentation de la durée d ’action 1972 Niedrich et al. analogue aza de l ’oxytocin -perte ou augmentation de l ’éfficacité de l ’hormone peptidique dépendant du lieu d ’incorporation du résidu aza-aminé 1996 Fässler et al. Les dérivés aza-peptidiques permettaient une potentialisation de l ’activité inhibitrice de protéase en exerçant une haute activité antivirale

4. Mode d ’action d ’un inhibiteur de protéase

5. Relations structures activités inhibiteur pseudo-symétrique P ’1 poche hydrophobe: importance primordiale du substituant en 1 Substituant en 1 est de type bis-aryl combinant une excellente activité antiviral contre le wild-type ou le HIV mutant Importance de cette substitution en 1: composé 1: Bonne disponibilité oral mais faible activité inhibitrice composé 2: Haut potentiel inhibiteur mais faible disponibilité oral

1996

CGP73547: Atazanavir R3= Pyridine R2= B R1= B meilleur C90 (Concentration dans le sang à 90 ’) IC50 26nM

Les données de l ’inhibition enzymatique pour le dérivé biphenyl 22a nous confirme que des résidus à rigidité conformationelle sont intéressantes Le remplacement d ’un ou des deux substituants Valine par une tert-leucine augmente l ’activité antiviral de façon importante (24a et 25a) Les dérivés tert-leucine nous montre des niveaux plasmatiques intéressants après administration orale, intéressant encore en augmentant l ’hydrophilie par remplacement du 4-biphenyl par un 4-heterocycle-phenyl

Dans le cas d ’une pyridine, le dérivé bis-valine nous montre déjà une bonne biodisponibilité oral (22b), mais en substituant un ou même les deux par une tert-leucine on augmente l ’activité inhibitrice mais surtout l ’absorption oral (31,8µM pour Atazanavir CGP 73547) L ’utilisation de Bis tert-leucine et la présence d ’un benzyl substitué par un hétérocycle représente la meilleure combinaison entre puissance antivirale et biodisponibilité orale

6. Synthèse chimique de l ’Atazanavir

Docking de l ’Atazanavir dans le site actif de la protéase

Recherche dans la RCSB Protein Data Bank Sélection de l ’inhibiteur de protéase cristallisé (CGP 53820) dans la protéase du VIH1 Récupération via Internet des fichiers contenant l ’ensemble des coordonnées tridimensionnelles des ligands et des résidus constituants la protéine Extraction de CGP et localisation du site actif Visualisation en 3D de la protéine sur SYBYL 6.9.1 2004 Extraction du ligand et localisation du site actif Etude des acides aminés formant le site actif et identification de l ’Asp 25 pris comme référence, liaison hydrogène avec l ’OH Docking à l ’aide du logiciel Gold Atazanavir (ou CGP 73547) a été positionné dans le site actif de la protéase Alignement sur le CGP 53820 inhibiteur de référence Optimisation de la structure Docking de l ’Atazanavir dans la protéase

Etude de l ’environnement du site actif et des liaisons hydrophobes et hydrogènes induites par l ’inhibiteur dans la protéase Sélection d ’une sphère de 5Å autour du site actif Visualisation des intéractions par liaisons hydrogènes entre les acides aminés de la protéase et des éléments chimiques de l ’Atazanavir, identification de ces AA De même pour les intéractions hydrophobes Utilisation de Molcad, calcul des surfaces de Connolly (surface accessible au solvant) Surface tridimensionnelle visualisation parfaite des poches hydrophobes

ATZ ATZ

Etude des liaisons hydrophobes entre le tertiobutyle et les acides aminés Ile 47, 50, 84, Val 32 et Ala 28

Val32 (B) Ile84 (B) Ile47 (B) Ile50 (A) Ala28 (B)

Etude des liaisons hydrophobes entre la phenyl - pyridine et les acides aminés Ile 50, 84, Pro 81, Leu 23, 10 et Val 82

Val82 (B) Pro81 (B) Leu10 (B) Ile84 (B) Leu23 (B) Ile50 (A)

Etude des liaisons hydrophobes entre le tertiobutyl et les acides aminés Ile 47, 50, 84 et Val 32

Ile50 (B) Ile47 (A) Ala28 (A) Val32 (A) Ile84 (A)

Etude des liaisons hydrophobes entre le groupement phenyl et les acides aminés Pro 81 et Val 82

Val82 (A) Pro81 (A)

Gly48 (B) Asp29 (B) Gly27 (B) Asp25 (A) Asp30 (A) Arg8 (B) Asp29(A) Des études basées sur les données rayons X du complexe enzyme / inhibiteur de l ’aza-dipeptide CGP 53820 nous montre que les dérivés 4- benzyl substitués avait des interactions additionnelles importantes avec Arg8 Visualisation de la liaison de l ’OH de l ’hydroxyethylhydrazine avec l ’Asp25 Gly27 (B) Asp25 (A) Asp30 (A) Arg8 (B) Asp29(A)

2. Etude comparative avec un NNRTI Association avec 2NRTI 67% des patients ont une charge virale <400 copies HIV RNA/ml contre 62% avec Efavirenz (NNRTI) au bout de 48 semaines

3. Etude comparative avec un autre inhibiteur de protéase Association avec 2NRTI 67% des patients ont une charge virale <400 copies HIV RNA/ml contre 59% avec Nelfinavir au bout de 48 semaines

1. Pharmacocinétique Etude des concentrations plasmatiques d ’Atazanavir (400mg dose) réalisée chez patients adultes infecté par le VIH (n=13) Tmax ~2,5h Gélule à prendre avec un repas important (>700kcal, ~35g de lipides, ~30g de protéines)

86% de liaison aux protéines plasmatiques et cette fixation est indépendante de la concentration ~86% de fixation à l ’albumine détection dans le LCR ratio LCR/plasma ~0.0025 Métabolisation par monooxygénation et dioxygénation sont les biotransformations majeures, aussi de façon beaucoup moindre glucuronidation, désalkylation… 2 métabolites d ’Atazanavir dans le plasma ont été caractérisés, ils sont sans activité anti-viral Métabolisation hépatique Cyp3A4 Elimination à 79% dans les fèces et 13% dans les urines, 20% de la molécule est retrouvé inchangé

L ’Atazanavir est boosté par le Ritonavir 2. Interactions médicamenteuses L ’administration d ’Atazanavir/Ritonavir 300/100mg augmente la Cmax de 18%, AUC de 103% et Cmin de 671% administration: Avec Ritonavir Sans Ritonavir Cmax 6129ng/l 5199ng/l AUC 57039ng.h/ml 28000ng.h/ml Cmin 1227ng/ml 160ng/ml L ’Atazanavir est boosté par le Ritonavir

3. Contres - indications Atazanavir est contre-indiqué avec les médicaments ayant une forte dépendance au Cyp3A4

Diminution du cholestérol total Diminution des triglycérides 5. Avantages sur le bilan lipidique Très intéressant au niveau du métabolisme lipidique: Augmentation HDL Diminution des LDL Diminution du cholestérol total Diminution des triglycérides

Dose et administration 6. Posologies et coûts Dose et administration 400 mg/j soit 2 gélules de 200mg ingestion en une seule fois à prendre en mangeant Existe en 100, 150 et 200mg Il est indiqué exclusivement en combinaison avec d ’autres agents antirétroviraux (ATU: 1 gélule de 200mg d ’Atazanavir + 100mg de Ritonavir ) Coût coût mensuel Atazanavir 1 gélule 200mg 700$ + 50$ pour 100mg de Ritonavir

VII. Conclusion Atazanavir est simple à administrer et relativement bien toléré: la tolérance détermine en partie l ’observance, condition essentielle à une efficacité soutenue Chaque augmentation de 10% de l ’observance correspond à une réduction de 28% d ’évolution vers un SIDA

VIII. Bibliographie J. Med. Chem. 1996, 39, 3203-3216 Nejm. Volume 338, Number 18 Nature reviews. Volume 2, Novembre 2003 Acta Chim. Slov. 2002, 49, 649-662

Professeur André TARTAR (tuteur) IX. Remerciements Professeur André TARTAR (tuteur) Professeur Philippe CHAVATTE (modélisation moléculaire)

(aurelien.stek@voila.fr) X. Réalisation Aurelien STEKELOROM (aurelien.stek@voila.fr) Julien MARCQ (marcqjulien@hotmail.com)