Antiviraux
Pr. Colimon
Département de Virologie
CHU de Rennes, 2 rue Henri Le Guilloux, 35033 Rennes Cedex
mis à jour le 27 mars 2002
Objectifs pédagogiques :
Connaître les différentes classes d'antiviraux, leurs modes d'action et leurs limites.
Connaître les examens virologiques à mettre en oeuvre par le clinicien pour le suivi d'un traitement et la caractérisation des mutants résistants.
On distingue 2 types d'action antivirale :
Ce sont des substances qui « tuent » ou inactivent le virus (forte chaleur, eau de javel).
En général elles sont incompatibles avec une thérapeutique par voie générale mais elles sont utilisées pour désinfecter des locaux ou bien du matériel.
Ce sont des substances qui empêchent la multiplication virale.
Cependant elles posent 3 problèmes :
- Toxicité cellulaire
En effet un bon antiviral doit respecter le métabolisme cellulaire et inhiber celui du virus, or les virus utilisent le métabolisme cellulaire. On a donc un problème qui se pose. C'est pour cette raison qu'on définit un rapport entre la toxicité cellulaire et l'action antivirale : (toxicité cellulaire)/(action antivirale). L'action antivirale est mesurée par la production du virus. Donc on aboutit à ce rapport: R=(Toxicité cellulaire en %)/(Production virale en %). La toxicité cellulaire en % devrait être égale à 0 et la production virale devrait être égale à 0 elle aussi. Or suite à nos antécédents de grands mathématiciens nous devrions tous savoir qu'un rapport 0/0 fait intervenir la grande théorie des limites. Le rapport doit tendre vers 0 si on veut une bonne activité. On peut observer une toxicité qui augmente et on peut voir l'inverse avec une production virale qui augmente. Le rapport tend vers 1 quand la substance est très mauvaise. Donc pour résumer le rapport doit être très petit pour que les substances soient efficaces. On peut cibler certains points du virus pour avoir un bon rapport. C'est le problème des antiviraux qu'on vient de décrire. Beaucoup d'antiviraux sont des antimétabolites car il s'agit de bloquer la production d'acide nucléique. Les antiviraux auraient en général les contre-indications et les effets secondaires des anticancéreux donc une action sur toutes les cellules se réplicant rapidement (cellules de la moelle osseuse, cellules digestives) et activement (donc elles seront atteintes et ça sera un effet secondaire des antiviraux). Les antiviraux bloquent le métabolisme à un niveau quelconque.
- Inefficacité contre les virus latents
Ces substances n'ont aucune action sur les virus latents car ces derniers sont des génomes. Ce type de virus est un gène tranquille contre qui on ne peut rien. On a plein de gènes tranquilles contre qui on ne fera rien.
- Acquisition de resistance
On a une variabilité génétique d'où émergence de souches résistantes aux antiviraux.
C'est une classe où les mécanismes d'action sont calqués sur le site d'action du cycle viral. A chaque étape du cycle de réplication du virus on cherche un bloqueur de chaque niveau.
La première étape consiste à ce que le virus pénètre. Ca fait intervenir soit des glycoprotéines membranaires de fonction connue ou bien des glycoprotéines membranaires de fonction inconnue.
On peut prendre des exemples de récepteurs cellulaires : on a l'acide scialique et le virus de la grippe et le récepteur CD4 pour le VIH-1.
2.1.1. Bloquage de l'antirecepteur viral
Dans le cas du VIH :
Par exemple les molécules de CD4 solubles recombinantes se fixent sur la gp 120 et inhibent la fixation membranaire. Donc la CD4 bloque la gp120 et ainsi inhibe la fixation membranaire. Ceci marche bien in vitro.
Des problèmes pharmacologiques apparaissent néammoins: la demi-vie de la molécule CD4 soluble est très courte dans l'organisme. Donc elle se dégrade très vite. C'est pourquoi elle n'est pas utilisée en pratique courante. Pour le VIH on a d'autres molécules qui sont à l'étude.
2.1.2. Utilisation des anticorps neutralisants
Cas du poliovirus :
Ils vont agir au même niveau. Un récepteur membranaire du virus pénètre dans un canyon qui correspond à une dépression à la surface du virus. Les anticorps neutralisants reconnaissent la même structure donc neutralisent la fixation et la pénétration du virus. C'est cette particularité qui est utilisée en sérothérapie. Par exemple pour la rage on fait une sérothérapie par des anticorps neutralisants et on bloque la fixation du virus sur les cellules cibles comme les g-globulines immunologiques qui sont des anticorps neutralisants. C'est à ce niveau qu'on essaie d'agir sur la réplication virale. On essaie donc d'agir au niveau de la fixation du virus.
2.2. Pénétration --> Phagocytose
Cette voie peut s'appliquer même pour les virus enveloppés. On a pas toujours de membrane à la surface mais on a une fusion en retardé après formation de vésicules de pinocytose. Pour les orthomyxovirus et les rhabdovirus on a de la pinocytose. Ce sont des modifications de pH qui permettent à la fusion de se faire. Certains antiviraux agissent à ce niveau du point de vue du pH.
L'Amantadine et la Rimantadine sont des amines synthétiques utilisées dans le traitement préventif de la grippe A.
Elles inhibent la pénétration des virus A en augmentant le pH des vacuoles d'endocytose. Si le virus se réplique c'est déjà trop tard. Le virus qui se fixe rend la molécule qui change le pH donc préventif. La grippe B n'est pas sensible à ces 2 médicaments. Ces 2 médicaments sont aussi prescrits dans le parkinson. C'est le même mécanisme d'action (action sur membrane et pffl. En jouant sur vacuoles on joue sur la transmission synaptique. Ces médicaments sont utilisées en pratique courante.
L'Antineuraminidase agit contre la grippe. On a 2 molécules commercialisées en France : le Zanamivir et l'Oseltamivir. La neuraminidase intervient dans le virus de la grippe. Ce sont des molécules qui miment l'acide neuraminique et empêche l'action de la neuraminidase indispensable pour la pénétration du virus de la grippe. Les antineuraminidases sont actifs contre la grippe A et B.
Là on est dans la situation d'interactions de molécules avec la capside. Un exemple en est le Pléconaril qui est un antirhinovirus et un antientérovirus.
La capside se désaggrège spontanément sous l'influence du changement de pH. Ce sont des forces électrostatiques qui maintiennent les « briques » aggrégées les unes aux autres. Le médicament se fixe sur les molécules de capside comme du ciment. Ainsi si la molécule fait un pont on empêche la décapsidation. En fait on colle quelque chose sur un élément qui a tendance à s'ouvrir. Finalement la molécule empêche l'ouverture.
Ces médicaments sont les plus utilisés.
On a des analogues structuraux des nucléosides, des inhibiteurs non nucléosidiques, des dérivés du pyrophosphate et d'autres.
Rappel : L'ADN est composé de désoxynucléotides car on a une fonction -OH manquante en 2'. Les liaisons entre 3' et 5' sont capitales. On a un -OH en 3' et en 5' on a du triphosphate. On parle de pont phosphodiester entre 3" et 5'. La chaine complémentaire est tête bêche. L'ADN polymérase III intervient aussi. Si on prend l'exemple de la désoxyCTP qui se fixe on a une élimination d'ion pyrophosphate. On a un -OH 3' qui est libre ce qui permet une possible extension.
2.4.1. Analogues structuraux des nucléosides.
Ce sont des inibiteurs des polymérases virales.
Cette action se fait par des analogues nucléosidiques qui sont des didésoxynucléotides (ddN: pas de -OH en Y) ou qui sont encore appelés terminateurs de chaîne. On a un exemple qui est l'AZT : Azidothymidine (en 3' N3 à la place de OH).
Le principe des terminateurs de chaîne est le suivant: une fois incorporée il n'y a plus de - OH en 3' et ainsi ça bloque la chaîne. L'AZT possède un groupe azido qui correspond à N3 en 3' à la place de -OH ce qui en fait un terminateur de chaîne. Ces analogues sont comme des nucléosides mais on leur met quelque chose en particulier.
Parmi ceux-ci on a
- l'Aciclovir où il manque tout le cycle du ribose. Ça s'incorpore quand même mais ça bloque la suite.
- le Valaciclovir possède un groupement en plus par rapport au précédent ce qui lui permet d'avoir une biodisponibilité plus élevée.
- le Penciclovir, Famciclovir, Cidofovir,…
- Le Foscarnet est quand à lui un analogue des PP; il mime le groupement PP. Les PP ont un site de fixation et le foscarnet le bloque.
- Le Ganciclovir est un analogue qui possède une guanosine et qui rentre en compétition avec la guanosine triphosphate ce qui entraine une terminaison de chaîne. Le Ganciclovir se met à la place d'une guanosine et bloque l'élongation.
Affinité plus grande pour les polymérases virales, mais l'activité antipolymérase cellulaire est toujours présente : il existe toujours une certaine toxicité.
L'analogue est inactif, c'est un pro-médicanient : ce sont les enzymes qui phosphorylent le médicament pour le rendre actif.
2.4.2. Mécanisme d'action des inhibiteurs nucléosidiques de la RT : (NRTI)
Ce sont là encore des pro-médicaments
NRTI --> NRTI-p --> NRTI-pp --> NRTI-tri p
Ce sont des analogues de bases qui vont s'incorporer dans l'ADN sans possibilité d'élongation de la chaîne : ce sont des terminateurs de chaine. Ils n'ont pas de OH en 3' qui permettrait la synthèse de la chaîne.
Principaux inhibiteurs:
- AZT (azidotivudine) analogue de l'adénine
- Stavudine
- Zalcitudine : analogue de Cytosine, il est appelé aussi ddC (didesoxycytosine)
- Lainivudine : 3TC (3 thiocytosine - fonction thiol en 3 sur la structure de la cytosine)
- Didanosine: analogue de A
- Carbocavir, abacavir «ca » pour le carbone qui remplace l'oxygène du ribose.
Résistance aux analogues nucléotidiques de la RT
Les polymérases peuvent avoir des mutations qui font perdre affinité pour ces substances et spécificité.
- il existe des mutations spécifiques de chaque inhibiteur
- certaines mutations sont croisées . la mutation rend résistant à plusieurs inhibiteurs
Exemple : position 69 de la RT entraîne une multirésistance si c'est une mutation par insertion. Ceci provoque de graves conséquences sur cette souche de VIH (C'est pas difficile de se rappeler n° de la position… dommage que ce ne soit pas dans les objectifs pédagogiques…)
Remarque : le locus YMDD peut subir une mutation qui rend la souche VHB résistante à la lamivudine. C'est dans ce même motif que le virus VIH est rendu résistant par mutation.
2.4.3. Inhibiteurs non nucléosidiques de la RT du VIH
Les deux principales molécules utilisées sont : Tivirapine, Névirapine (VIRAMINE).
Ces substances se fixent sur les sites actifs de la RT mais ils n'ont pas la structure d'un nucléoside. Ce ne sont pas des substances miniétiques : ils ne s'incorporent pas dans la chaîne.
Ils agissent par forte affinité et blocage du site de la RT.
Résistance :
Il existe aussi des mutations de la RT de VIH responsables de résistance à l'inhibiteur non nucléosidique.
Ces mutations sont différentes de celles qui affectent les inhibiteurs nucléosidiques.
2.5. Etapes finales de la multiplication
Deux types de médicaments agissent à ce niveau
- inhibiteurs de protéases virales
- inhibiteurs de la glycosylation
2.5.1. Inhibiteurs de protéases virales
2.5.1.1. Définition :
Ce sont des atiti-protéases, elles bloquent la maturation des protéines virales.
Ce sont des dipeptides isostères ou oligopeptides isostères.
Isostère signifie que la substance en question mime les sites de coupure des protéines
Il existe des sites dans les gènes Gag. Il y a nécessité de connaissance des sites de coupures des protéines virales les anti-protéases coupent le site actif.
2.5.1.2. Principaux inhibiteurs de protéases :
Saquinovir, ritonavir, indinavir, nelfinavir, amprénavir.
Ils donnent une vision aberrante des virions VIH : on observe au MET des anomalies de l'importance du corps, de la capside...
2.5.1.3. Résistance aux inhibiteurs de protéases virales
Des mutations des protéases virales peuvent être à l'origine d'une résistance par perte d'affinité entre protéase et anti-protéase.
- certaines mutations sont communes à plusieurs substances : c'est une résistance croisée
- des mutations peuvent être spécifiques pour résister à une substance donnée.
D'où la nécessité de bien connaître la souche pour le choix de l'antiviral.
2.5.2. Inhibiteurs de la glycosylation
Ex : 2 desoxy-D-glucose (in vitro, car in vivo, il existe un problème pharmacologique)
C'est un analogue des sucres incorporés dans les glycoprotéines virales.
- Assemblage des virions : l'enveloppement au moment de la libération est perturbé car la charge est modifiée.
2.6. Oligonucléotides anti-sens
On fabrique de l'ARN anti-sens complémentaire de l'ARNm.
L'ARNm (sens) va s'apparier avec l'anti-sens : Formation d'un duplex d'ARN qui a pour effet le blocage de la migration cytoplasmique.
Les duplex ARN sont éliminés par RNAses cellulaires, contenues dans les cellules infectées par le virus. En effet, l'ARN double brin est spécifique des virus et la cellule tente de détruire ces ARN double brin.
Il y a donc blocage de la traduction
- par diminution de la migration cytoplasmique
- mais aussi blocage car il n'y a pas de fixation aux polyribosomes : le duplex empêche la fixation.
Utilisation locale : rétinite à CMV chez les patients VIH
Voie générale : il existe un problème pharmacologique car
- grosses molécules : pb de diffusion, de pénétration cellulaire
- dégradation par les nucléases naturelles de l'organisme.
ARN pourvus d'activité catalytique, simple brin, repliés dans une conformation
spécifique avec un site actif complémentaire de certaines séquences
nucléotidiques qu'ils vont reconnaître et casser.
L'energie libérée par le mouvement du ribozyme va aboutir à la cassure.
3. Conclusion : principaux antiviraux utilisés
Cf les exemples donnés dans chaque chapitre.
HSV : aciclovir
CMV : ganciclovir, foscarnet
VZV : valaciclovir
Orthomyxoviridae : grippe : ozeltamivir, zanamivir.
Enterovirus : pleconaril
HVB : chronique active
IFN alpha : lamivudine
HVC interféron, ribavirine.
VRS Ribavirine.