les anti-rétroviraux, mécanismes d’action et mécanismes de ... · hospices civils de lyon,...
TRANSCRIPT
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Professeur Patrice ANDRE
Laboratoire de Virologie Nord, Hospices Civils de Lyon.
INSERM unité U1111, CIRI « Biologie cellulaire de l’infection virale »
[email protected]@inserm.fr
Les anti-rétroviraux, mécanismes d’action et mécanismes de
résistance virale
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
RetroviridaleRetroviridae Hepadnaviridae
VIH HBV
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Cycle de réplication du HIV
Engelman
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
HIV virus de l’immunodéficience humaine
singe singe Gorille MangabéSIVrcm SIVgsn SIVsm
chimpanzéP.troglodytes
SIVcpz
H.hominis H.hominis H.hominis H.hominis H.hominisHIV-1M HIV-1OHIV-1N HIV-1P HIV-2
sous types :A,B,C,D, classification surenvF,G,H,J, K variations nucléotiques inter-groupes :20-50%RCF-AG,… variations nucléotiques intra-groupes :10-15%
quasi espèce :5%
Touslesprimatessontinfectésparunlentivirus.
FamilleRetroviridae :oncovirus,lentivirusetspumavirus
OriginedesVIH-1et-2.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Cycle de réplication du HBV
Nassal Gut 2015
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
HBV virus de l’hépatite B
Hepadnaviridae, Orthohepadnavirus, HBV: 8 génotypes; WHV; GSHV…Avihepadnavirus, DHBV, HHBV…
Diversité entre les génotypes < 15%
Strictement humain
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Evolution naturelle des infections HIV et HBV
HIV HBVPrimo-infection :
- ChroniquePrimo-infection :
- Aiguë- Chronique
Réplication continue Réplication continue“functional cure” “functional cure”
- rare, “elite controllers”- “rémissions”
- Fréquente- rémissions
Latence et réservoirPas d’élimination Elimination, non ou parfois ?
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Effets des traitements actuels
HIV HBVvaccin
non oui (prophylactique)antiviraux indirects
no functional cure IFN type 1 functional cure 20%antiviraux directs
(DAA)viro-suppression NRTI viro-suppressionviro-suppression CART -
rare functional cure rare functional curelatency, reservoir latency, reservoir
no HIV cure(one case)
no HBV cure
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Vers une “cure” et l’éradication des virus
- La persistance de l’infection est possible grâce à l’existence de réservoirs silencieux : mécanisme premier de résistance aux anti-rétroviraux
- Une « cure » doit attaquer et détruire ces réservoirs
- Les DAA, s’ils peuvent induire une viro-suppression, sont très généralement inefficaces pour stériliser les réservoirs ou même simplement obtenir une cure fonctionnelle (rémission) : traitement de longue durée (à vie?)
- Les cures fonctionnelles sont dépendantes de la réponse ou de l’état physiologique de l’hôte : recours à des traitements avec des Indirect Acting Antivirals (IAA)
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Les « anti-rétroviraux » actuels
Rappel des cibles accessibles à la thérapeutique.
Les inhibiteurs d’entrée et de fusion.
Les inhibiteurs de la transcriptase inverse.
Les inhibiteurs de la protéase virale.
Les inhibiteurs de l’intégrase
L’evolution des virus résistants.
Les méthodes d’études de la résistance virale.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Cycle de réplication du HIV
Engelman
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Les inhibiteurs d’entrée et de la fusion
Structure et fonction des glycoprotéines d’enveloppe.
Structure de la gp41.
Les trois étapes de l’entrée.
Inhibition du docking.
Inhibition de la liaison aux co-récepteurs.
Inhibition de la fusion.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Les trois étapes de l’entrée
I-Docking II-Liaison aux corécepteurs III-FusionInsertion
Phénomène très rapide dont la cinétique dépend :
• de la qualité des boucles variables V1 et v3,• de la concentration et de la qualité des corécepteurs.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Inhibition de la liaison aux corécepteurs
CXCR4 CCR5
RANTES, MIP-1α, -1β
• Les chimiokines, ligands naturels des récepteurs CXCR4 et CCR5, bloquent la fixation du site, la boucle V3 (11, 24, 25, lysine, arginine X4) dévoilée lors du docking, de la gp120 à ces récepteurs.
• L’inhibition de cette étape est réalisée par masquage des récepteurs.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Le switch des co-récepteurs
• Stade précoce R5: réplication dans un site riche en CCR5, le tractus intestinal• Evolution de la quasi espèce virale de R5 vers X4 ?• Contrôle immunitaire ?• Evolution des populations cellulaires cibles ?• Souches X4 sont plus virulentes (plus cytopathogènes ou plus grand nombre de
cellules infectées), plus fréquentes pour les sous types B que C, A que D…Regoes, Trends in Microbiol, 05
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Liaison de la gp120 à CCR5
Huang, Science, 07
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
La boucle V3
Huang, Science, 05 et 07
• résidus 11, 25, 30 (règle 11-25)• charge nette globale; faible R5 (<5), forte X4 (>5)• score spécifique des aa (glycosylation, N301, absence en faveur de X4)• modèle de structure tridimensionnelle
• MAIS rôle d’autres domaines de gp120 et gp41.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Agonistes et antagonistes de CCR5
Agonistes
Activent CCR5
Internalisation
Absence d’expression
Transduction ?
Résistance ?
PSC-RANTES
Antagonistes
Occupent le site
Pas d’internalisation
Bloqués à la surface
Pas de transduction
Résistance ?
MVC, VVC
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Les antagonistes
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Fixation des antagonistes (MVC)
MARAVIROC VICRIVIROC APLAVIROCaa CCR5 æIC50 si A aa CCR5 æIC50 si A aa CCR5 æIC50 si A
E283 (H7) 2000x E283 (H7) 700x F109 (H3) 158xI198 (H5) 89x Y108 (H3) 60x E283 (H7) 61xY108 (H3) 70x I198 (H5) 25x W86 (H2) 39xY251 (H6) 12x Y251 (H6) 18x I198 (H5) 35x
Kondru, Mol Pharmacol, 08
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Structure et fonctions des glycoprotéines d’enveloppe
• Les GP sont des hétéropolymères constitués de 3 gp120 et de 3 gp41 fichés dans l’enveloppe virale.
• L’ensemble réalise un moteur moléculaire capable de changer deux fois de conformation.
• Ces changements de conformation, en rapprochant les peptides de fusion des domaines transmembranaires, amènent les membranes virales et cellulaires au contact et entraînent la fusion de celles-ci.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Inhibition de la fusion
T20se fixe ici bloque là
• T20 et T1249 sont des peptides, homologues de HR2, qui se fixent sur HR1 et qui empêchent le repliement ultérieur de la gp41.
• L’inhibiteur à 5 hélices est un autre inhibiteur de fusion qui se fixe sur HR2 et bloque le repliement de la gp41.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Structure de la gp41
• Les deux domaines HR1 et HR2 s’organisent en hélice α. Cette structuration rigidifie chaque molécule du trimère et projette les domaines de fusion, hydrophobes, dans la membrane de la cellule cible.
• Les deux domaines des gp41 se replient ensuite pour faire coïncider les résidus hydrophobes de chaque hélice ce qui réalise un faisceau à 6 éléments et entraîne la fusion des membranes.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Mutations de résistance au T20
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Les inhibiteurs de la transcriptase inverse
Deux classes d’inhibiteurs de la reverse transcriptase:
- Les inhibiteurs nucléos(t)idiques (NRTI), analogues de base, inhibiteurs par compétition
- Les inhibiteurs non nucléosidiques, inhibiteurs allostériques
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Structure et fonctions de la RT
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Les analogues nucléosi(ti)diques
ABC abacavirAZT zidovudine
D4T stavudine
ddI didanosine3TC lamivudine *
tenofovir *emtricitabine
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Analogues nucléosidiques et nucléotidiques
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
« Chain terminator »
Pyrophosphorolyse
Les TAMs :
70R, 215Y/F, 41L, 210W, 67N, 219QDiminuent la processivité de la RT.Favorisent la pyrophosphorolyse.
AZT, ABC, et d4T, ddI.
Mécanismes d’action et de résistance aux NRTI
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Mécanismes d’action et de résistance aux NRTI
- Discrimination des ddNTP : affinité ( ^ Kd), la RT mutée présente une affinité beaucoup plus grande pour les dNTP que pour les ddNTP: M184V
- Incorporation des ddNTP (kpol), l’affinité pour le ddNTP n’est pas modifiée, mais la liaison 3’-5’ phosphodiester avec le ddNTP est nettement moins efficace qu’avec le dNTP : K65R L74V Q151M
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
1) Butterfly like, interaction aile avec résidus aromatiques, 181,188,227,229, 3182) Hydrophobic site, collapsed, elastic3) Y181C et Y188L =>défaut des interactions aromatiques, L100I G190A
encombrement stérique, K103N hydrogen bond Y1884) Stabilisation possible par F227 W229
Inhibiteurs non nucléosidiques
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Efavirenz, Nevirapine, Etravirine, Rilpivirine,
TMC125 Etravirine
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Résistance aux non nucléosidiques
Mutations aux codons 98 – 108K103N, DLV, NVP et EFZV106A, NVP et +/- DLVK101I, EFZA98G, K101E, V108I, +/- DLV, NVP et EFZ
Mutations aux codons 179 – 190Y181C/L, NVP et DLVY188C/L/H et G190A/S, NVP et EFZ
Mutations aux codons 225 – 236
Résistance croiséeFaible barrière génétique
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Les inhibiteurs de la protéase
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
fonctions de la protéase du HIV-1
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Structure de la protéase
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Mutations associées à la résistance aux IP
Le site catalytique : le sillon
Mutations majeures qui induisent une résistance à un ou plusieurs IP.
Le volet :
Mutations majeures, 48VM, 50V/LMutations compensatoires, 46I/L, 47A/V, 54*
Les mutations compensatoires ou accessoires :
Non polymorphes : 23, 24, 32, 33, 73, 76, 88Polymorphes : 10, 20, 36, 63, 71, 77, 93
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Résistance aux inhibiteurs de la protéase
Les mutations du site catalytique :
V82A/T/F/S IDV, LPVet contribue à la résistance aux autres IPI84V tous les IP, DRV, sauf NFVD30N NFVI54V tous les IP (46, 47, 53) (I54L)L90M SQV, NFV, IDV et RTV
G48V, V84A/F/T, I84V et L90M sont les déterminants majeurs associés à une résistance aux IP.
Les mutations « compensatoires » :
10, 20, 36, 63, 71, 77, 93 contribuent à la résistance aux IP mais sont aussi des codons polymorphes.
Boost avec le ritonavir
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Anti-intégrases
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Fonctions de l’intégrase
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Fonctions de l’intégrase
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Les étapes de l’intégration
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Engelman 2013 Current Opinion in Chemical Biology
Relations structure-fonction
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Profiles de résistance
Pour Raltegravir et Elvitegravir : Trois voies :- Y143R/C- Q148K/R/H- N155H exclusives
- Cinétique d’apparition:- N155H puis Q148K/R/H qui sont les plus fréquentes des trois voies de résistance
- Mécanisme: dépend des mutations compensatoires; N155H + L74M, E92Q, G163R Q148K/R/H + E138K, G140R Cette dernière association de mutations confère un plus haut degré de résistance que la première
-Faible barrière génétique (moins vrai pour Y143R/C)
Pour Dolutegravir : haute barrière génétique- R263K peut être sélectionnée sans grand impact- N155H avec d’autres mutations ?
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
L’évolution des virus résistants
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Mécanisme de la sélection des mutations associées à la résistance
Prés = Nxrép x Txerreur x Cméd
La probabilité de sélectionner une mutation associée à la résistance à un anti-rétroviral dépend de trois facteurs:• le niveau de réplication du virus• le taux d’erreur de la transcriptase inverse• la présence d’un agent de sélection, l’anti-rétroviral.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Mécanisme de la sélection des mutations
3-5 109 virus/jour
1 à 100 x106 LT CD4 infectés
1 LT CD4 infecte 20 LT CD4
10 à 100 x106 LT CD4 détruits/jour
5 à 50 x109 virions liés au CDF
Une erreur toutes les 5x103 bases, soit environ deux erreurs par réplication du génome.
La probabilité de mutation, une base donnée à une position donnée, est (2 x 10-4) / 4 = 5 x 10-5
Soit P ~ 104 / jour
La réplication Le taux d’erreur(estimation grossière)
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Notion de barrière génétique
M184V M ATGV GTN
L10I, M36I, M46I/M, A71V/A
Faible barrière Forte barrière
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Evolution des quasi-espèces
AR ar ar AR
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Quelques règles virologiques d’usage des anti-rétroviraux
Préférer utiliser une combinaison de molécules agissant sur des cibles différentes.
Sur la même cible, éviter, jusqu’à preuve du contraire, d’utiliser des molécules très proches susceptibles d’avoir les mêmes voies métaboliques et d’entrer en compétition sur leur cible.
Empêcher le virus d’essayer des solutions d’échappement aux anti-rétroviraux; bloquer totalement la réplication virale. Taper fort et bien.
« Once considered an inevitable consequence of HIV treatment, drug resistance isdeclining. This decline supports the hypothesis that antiretroviral therapy can arrestreplication and prevent the evolution of resistance » J. Siliciano and R. Siliciano, 2013
Mais constat fait avant l’essor de la prophylaxie pré-exposition !!!
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Constitution du réservoir
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Les cellules de la réplication et de la latence
Production active de virus, durée de vie des cellules de 2-3 jours, R0 élevé.
Peu nombreuses (1/106
cellules). Provirus défectifs majoritaires
-Prolifération clonaleSilencieuse, pas d’expression virale(mécanismes multiples)
-Evidences cliniques
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Les cellules de la réplication et de la latence
3-5 109 virus/jour
1 à 100 x106 LT CD4 infectés
1 LT CD4 infecte 20 LT CD4
10 à 100 x106 LT CD4 détruits/jour
5 à 50 x109 virions liés au CDF
Latence :
CDFT-CD4 quiescentsmacrophages
L’infection par le VIH est une infection active, génératrice de diversité, chronique et persistante avec latence et sauvegarde de l’information.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Participation cellulaire à la charge virale
NB. Les cellules infectées sont présentes dans les organes lymphoïdes mais aussi dans d’autres sites comme le SNC qui constituent des réservoirs de virus.
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Les approches pour “HIV cure”
Attaquer le réservoir, les cellules de la latence:
Ø les approches “héroïques”, le patient de Berlin
Ø“Shock and kill”
Ø les approches type siRNA, CRISPR/Cas
Les approches pour “HBV cure”
Attaquer le réservoir, les cellules de la latence:
Ø les approches immunologiques
Ø les approches sur les récepteurs nucléaires, le contrôle épigénétique
Ø les approches type siRNA, CRISPR/Cas
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
2,9% de virus X4
Le patient de Berlin
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Shock and kill: principe
Hospices Civils de Lyon, Laboratoire de Virologie et « Biologie cellulaire de l’infection virale » INSERM CIRI U1111
Le contrôle de la transfection
-Histone déacétylase inhibiteurs(HDACi), PKC et MAPK agonistes, BETi, DNA-méthylation- vorinostat, romidepsin, panobinostat…
Mais effets secondaires sur les cellules T et leurs fonctionsimmunitaires