Entrada del VIH-1 en la célula y fármacos inhibidores

El VIH-1 es un virus con envuelta, siendo la proteína de la envuelta, la que media la entrada del virus en la célula diana tras la unión de la glicoproteína de la envuelta gp120 del VIH al receptor celular CD4 y a un receptor de quimiocinas, CCR5 oCXCR4.

La glicoproteína de la envuelta es una proteína integral de membrana, que se genera como un poliproteína precursora de 160 kDa, denominada gp160. En el aparato de Golgi, mediante la acción de una proteasa celular, se genera la envuelta madura, formada por la unión no covalente de dos subunidades asociadas: la glicoproteína de superficie gp120 y la proteína transmembrana gp41.

La proteína viral gp120 está formada por dos dominios, uno interno y otro externo, unidos por un puente de láminas L. En dichos dominios se localizan cinco regiones conservadas (C1 a C5) y cinco regiones variables (V1 a V5). Las regiones V1/V2, V3 y C4 son las más críticas en el proceso de entrada viral. Los puentes disulfuro formados entre ambos dominios darán lugar a la estructura tridimensional funcional de gp120. Uno de estos dominios, será el encargado del reconocimiento del receptor CD4 y de su unión.

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El proceso de entrada consta fundamentalmente de tres etapas:

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A. Unión de la glicoproteína de superficie gp120 al receptor celular CD4.

La molécula CD4 es el principal receptor del VIH-1 en las células, siendo la interacción de gp120 con el receptor CD4 el primer paso del proceso de entrada viral.

La molécula de CD4 es una inmunoglobulina de unos 55 KDa, localizada principalmente en la membrana plasmática de los linfocitos T, y en menor medida en otros tipos celulares como macrófagos, monocitos, células de la microglía y células dendríticas, que incluyen a las células de Langerhans y a las células de la mucosa rectal, vaginal e intestinal. Su función es la de iniciar la activación de las células T CD4+.

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El sitio de interacción entre CD4 y gp120 no está accesible a la superficie y está bien conservado estructuralmente. Estas características han llevado a considerar dicha unión como una posible diana terapéutica, buscando agentes que puedan unirse específicamente y bloquear esta etapa inicial de la infección viral. Como consecuencia de la unión CD4-gp120, el núcleo conservado de gp120 sufre cambios conformacionales, pasando de un estado flexible a otro rígido, permitiendo la posterior interacción con los receptores de quimiocinas.

B. Interacción del complejo CD4-gp120 con los receptores de quimiocinas, principalmente, CCR5 y/o CXCR4.

Los miembros de la familia de los receptores de quimiocinas son igualmente necesarios para el proceso de entrada del VIH-1 en las células:

– CXCR4 interviene en el proceso de fusión entre la célula T y las variantes virales T-trópicas, pero no se utiliza como correceptor por las cepas M-trópicas en la infección de macrófagos. SDF-1 (“Stromal Cell Derived Factor-1”) es el ligando natural de CXCR4.

– RANTES, MIP-1alfa y MIP-1beta, ligandos naturales de CCR5, son factores supresores del VIH-1, con gran afinidad por el receptor CCR5. El CCR5 es el correceptor principal, que junto a la molécula CD4, facilita la entrada de las cepas M-trópicas al interior de la célula.

No se han encontrado evidencias del uso de correceptores alternativos a CCR5 y CXCR4 in vivo.

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Los correceptores CCR5 y CXCR4 pertenecen a la familia de receptores de siete dominios transmembrana acoplados a la proteína G (“G protein-coupled receptors”). Presentan una estructura Q-hélice de cuatro dominios transmembrana: 3 bucles extracelulares y un dominio N-terminal (Nt).

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La unión del complejo CD4-gp120 a los correceptores se produce a través de la región V3 de gp120, aunque existen otras regiones de gp120 que también participan en esta interacción. En particular, el brazo de la región V3 de gp120, junto con residuos del dominio conservado C4, son los responsables de la unión de gp120 al dominio Nt de CCR5, mientras que tanto la corona como el brazo de V3 son requeridos para la unión de gp120 a la superficie de CCR5. En el caso de CXCR4, es la región V3 de gp120 la que interacciona directamente con CXCR4, con independencia de las regiones V1/V2 de gp120. La consideración de los receptores de quimiocinas CCR5 y CXCR4 como posibles dianas terapéuticas en el tratamiento de la infección por VIH-1, ha promovido el desarrollo de dos nuevas familia de fármacos, los antagonistas de CCR5 y de CXCR4, que actúan inhibiendo la unión de la gp120 con estos correceptores.

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C. Fusión de las membranas viral y celular.

La glicoproteína gp41 es la principal responsable del proceso de fusión de las membranas del VIH-1 y de la célula diana. Si se analiza de forma lineal la estructura de gp41, en el extremo Nt se encuentra el dominio correspondiente al péptido de fusión. Su carácter hidrofóbico permite su inserción en la membrana celular. A continuación se encuentran las regiones repetidas HR1 (“heptad-repeat 1”) y HR2 (“heptad-repeat 2”), que presentan aminoácidos con un patrón de repetición característico de 7 residuos (abcdefg), de los cuales los correspondientes a las posiciones “a” y “d” son aminoácidos hidrofóbicos. Son ellos los que median la unión de los monómeros de gp41 en la forma trimérica de la envuelta viral.

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Durante el proceso de fusión se produce una reorganización estructural de gp41 que provoca la interacción entre las regiones HR1 y HR2 y lleva a la formación de una estructura termoestable de 6 hélices (“six helix bundle”), que es fundamental para que se produzca la fusión entre las membranas del VIH-1 y la célula diana.

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Las interacciones hidrofóbicas entre las regiones HR1 y HR2 confieren a la estructura de 6 hélices una gran estabilidad. El cambio en energía libre asociado a la formación de la estructura de 6 hélices es la que suministra la fuerza necesaria para producir la formación de un poro de fusión y, en consecuencia, la entrada de la cápside viral al interior celular. Enfuvirtida fue el primer inhibidor de la fusión aprobado para el tratamiento de la infección por VIH-1. Actualmente, una segunda generación de inhibidores de la fusión está en desarrollo.

D. Fármacos inhibidores de la Unión y de la Fusión.

Esta es una nueva clase de medicamentos anti VIH. Su intención es proteger a las células de la infección con el VIH, al prevenir que el virus se acople a una célula nueva y penetre por su membrana. Los investigadores esperan que estos medicamentos prevengan la infección de una célula por virus libre (en la sangre) o por contacto con una célula infectada.

Debido a que los ácidos digestivos los inactivan, la mayoría de estos medicamentos se aplican en inyecciones o infusiones intravenosas.

Los fármacos actuales (2011) son:

AK602 bloquea los receptores CCR5. Se desarrolla por Kumamoto University en Japón. Se estudia en ensayos humanos tempranos.

BMS-663068 es un inhibidor de la unión que se ata que se ata al receptor CD4, la primera etapa en el proceso. Buenos resultados de un ensayo de Fase IIa se reportaron en la conferencia CROI en 2011.

Cenicriviroc (TBR-652) de Tobira Therapeutics (antes TAK-652 de Takeda) es un bloqueador de CCR5. Se estudia en ensayos de Fase II.

GSK 706769 de ViiV Healthcare es un nuevo bloqueador de CCR5. Se estudia en ensayos de Fase I.

HGS004 de Human Genome Sciences, un anticuerpo monoclonal que bloquea el receptor CCR5, ha terminado un ensayo de Fase II con éxito.

Ibalizumab (TNX-355) es fabricado por Tanox, bloquea al receptor CD4. Es un medicamento de ingeniería genética, un “anticuerpo monoclonal”. Se toma por infusión intravenosa (IV) cada dos o cuatro semanas. Se administra junto con medicamentos antirretrovirales. Todavía no se han observado efectos secundarios importantes. Está en estudios en fase II.

INCB9471 de Incyte Corporation ha terminado ensayos de Fase II en personas no infectadas con VIH. Ha mostrado muy pocos problemas de tolerabilidad. Cumplió estudios de Fase II con éxito. Sin embargo, Incyte va a licenciar este medicamento a una otra firma. Dejará de trabajar en el VIH.

PF232798 de ViiV Healthcare es un bloqueador de CCR5. Se estudia en ensayos de Fase I.

PRO 140 de Progenics se estudia en ensayos de Fase II. Bloquea la fusión al unirse a una proteína que se encuentra en la parte exterior de las células CD4. PRO140 ha sido otorgado el estado de revisión rápida (Fast Track) por el FDA. Se estudian la administración de PRO140 por via de infusiones intravenosas y por inyecciones subcutáneas.

SCH532706 de Schering se estudia en Fase I. Funciona lo mejor como parte de un régimen incluyendo ritonavir porque puede tomarse una vez al dia.

SP01A por Samaritan Pharmaceuticals es un inhibidor de la entrada de VIH. Se estudia en un ensayo de Fase II.

VCH-286 de ViroChem Pharma es un bloqueador de CCR5. Un ensayo de Fase II ha recibido la sido aprobado.

VIR-576 por Viro Pharmaceuticals mostró buenos resultados en ensayo de Fase I. Es muy costoso producir y la formulación actual es administrada por vía intravenosa.

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Referencias:

1. Doms RW. Fusing HIV and chemokine receptors. J Immunol 2011; 186:6073-5.

2. Wilkin TJ, Gulick RM. CCR5 Antagonism in HIV Infection: Current Concepts and Future Opportunities. Annual review of medicine 2011.

3. Fenyo EM, Esbjornsson J, Medstrand P, Jansson M. Human immunodeficiency virus type 1 biological variation and coreceptor use: from concept to clinical significance. Journal of internal medicine 2011; 270:520-31.

4. Ferain T, Hoveyda H, Ooms F, Schols D, Bernard J, Fraser G. Agonist-induced internalization of CC chemokine receptor 5 as a mechanism to inhibit HIV replication. The Journal of pharmacology and experimental therapeutics 2011; 337:655-62.

5. Clementi M, Lazzarin A. Human immunodeficiency virus type 1 fitness and tropism: concept, quantification, and clinical relevance. Clinical microbiology and infection : the official publication of the European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases 2010; 16:1532-8.

6. Murakami T, Yamamoto N. Role of CXCR4 in HIV infection and its potential as a therapeutic target. Future microbiology 2010; 5:1025-39.

7. Steen A, Schwartz TW, Rosenkilde MM. Targeting CXCR4 in HIV Cell-Entry Inhibition. Mini reviews in medicinal chemistry 2010.

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