Zinkfingerhämmare
Zinkfingerhämmare , eller zinkejektorer, är ämnen eller föreningar som interagerar negativt med zinkfingrar och får dem att frigöra sin zink från dess bindningsställe, vilket stör konformationen av polypeptidkedjan och gör zinkfingrarna ineffektiva, vilket hindrar dem från att utföra sina associerade cellulära funktioner. Detta åstadkommes vanligtvis genom kelering av zinkbindningsstället. Eftersom zinkfingrar är kända för att vara involverade i m-RNA-reglering, omvänd transkription, skydd av syntetiserat viralt DNA, transkriptionsinhibering och initiala integrationsprocesser, kan förhindrande av zinkfingerfunktion ha drastiska effekter på cellens eller virusets funktion.
Zinkfingerhämmare används vanligtvis för att bekämpa HIV . HIV-behandlingar är vanligtvis beroende av inriktning mot omvända transkriptaser och proteaser. Dessa metoder har dock visat sig vara ineffektiva på grund av utvecklingen av resistenta stammar av viruset eller på grund av att behandlingen avbryts. Denna metod att använda zinkfingerhämmare för att rikta och destabilisera zinkfingrar representerar en ny metod för att bekämpa HIV. Andra virus som SARS, polio, ebola, mässling, human coxsackie, Dengue, rabies, human hepatit, human parainfluensa och human respiratorisk syncytical har liknande zinkfingermotiv och kan potentiellt dra nytta av zinkfingerhämmarteknologi.
Zinkejektorer patenterades 2008 och några har gått in i fas I/II-studier som ett HIV-läkemedel.
Zinkfingerinhibitormål: Nukleokapsidprotein
HIV-1-nukleokapsidproteinet 7 (NCp7) är det protein som målriktas av zink-ejektorer. NCp7 bildas initialt som en del av gag-polypeptiden och följer en gag-knuckle zinkfingerkonformation. Under sin livstid underlättar NCp7 avvecklingen av tRNA, fungerar som en primer för omvänd transkription, chaperoner nukleinsyror i kapsiden av HIV-1, hjälper till att integrera viral RNA i spirande virioner och är intimt involverad i replikeringen av HIV - 1 både i tidig fas och sen fas. Dessa processer spelar avgörande roller i replikeringen av HIV-1 vilket gör NCp7 till ett främsta mål för läkemedel som försöker strida mot replikationsprocessen.
NCp7 är ett protein med 55 aminosyror som är mycket basiskt och består av två gag-knuckle-motiv. Dessa motiv innehåller två peptidenheter av Cys-X2-Cys-X4-His-X4-Cys (CCHC), där X representerar en substituerad aminosyra, som utgör bindningsställena för zink(II)joner. Bindningen av zink (II) i CCHC-bindningsstället är nödvändig för att domänen ska vara funktionell och för att stabilisera strukturens konformation, vilket tillåter NCp7 att utföra de processer som krävs för HIV-replikation. Eftersom CCHC-bindningsstället är mutationsresistent och involverat i replikeringen av HIV-1, är det en främsta kandidat för att förebygga HIV genom zink-ejektorer. Genom att hämma funktionen av NCp7 påverkas den virala replikationen och ett icke-funktionellt virus som inte kan infektera sin värd produceras.
Zinkejektorföreningar
Azodikarbonamid
Azodikarbonamid (ADA) var den första zinkejektorn som gick i klinisk prövning för behandling av HIV. ADA hämmar HIV genom att elektrofilt attackera svavelatomerna i det zinkkoordinerade cysteinet. Denna elektrofila interaktion destabiliserar zinkbindningsstället vilket gör det lättare för zinkjonen att dras ut på grund av det nya arrangemanget av bindningar. Bindningsstället utför sedan ett disulfidutbyte, bildar nya intermolekylära disulfidbindningar, och omarrangemang sker genom att placera zinkfingret i en konformation som hämmar dess funktion.
C-nitroso
3-nitrosobensamid (NOBA) och 6-nitroso-1,2-bensopyron (NOBP) var de första föreningarna som visade en förmåga att hämma infektion av HIV genom att spruta ut zink från NCp7. På samma sätt som ADA interagerar föreningarna med en polypeptid med 18 rester på den N-terminala zinkknogeregionen av HIV-nukleokapsidproteinet, vilket orsakar utstötning av zinken från regionen genom att kovalent modifiera cysteinresterna. Studier tyder på att NOBA och NOBP kunde hämma HIV-1-infektion genom att hämma omvänd transkription utan en uppenbar försämring av omvänt transkriptas. Detta upprepar rollen av NCp7 i omvänd transkription.
2,2'-di-tiobisbensamid (DIBA)
DIBA fungerar på samma sätt som ADA, NOBA och NOBP. De reagerar med cysteinresterna på zinkfingret på NCp7 och orsakar en kovalent konformationsförändring som skjuter ut zinken från zinkfingerdomänen. Även om DIBA från början verkade vara lovande antivirala kandidater, fanns det kliniska problem med deras stabilitet. DIBA tenderar att cyklisera till bensisotiazoloner som inte har samma styrka när de används för att bekämpa retrovirus som den ursprungliga föreningen. Dessutom kan glutation minska disulfidbindningarna i DIBA och därigenom begränsa dess funktion in vitro .
Merkaptobensamider
Mercaptobenzamide prodrugs överför acylgrupp till 36:e cysteinresten av NCp7 och acylgruppen migrerar sedan till närliggande lysinrest som utlöser utstötningen av Zn. Merkaptobensamiden och dess motsvarande prodrug gav additivitet till synergi när de kombinerades med kända HIV-läkemedel. Dessutom visade de ingen cytotoxicitet.
Pyridinioalkanoyltiolestrar (PATES)
N-[2-(5-pyridiniovaleroyltio)bensoyl]sulfacetamidbromid (hänvisad till som förening 45) är en pyridinioalkanoyltiolester som kan fungera som en zinkejektor. När den väl har aktiverats med silver, använder förening 45 sina pyridinioalkanoylgrupper för att kovalent modifiera NCp7, vilket specifikt förändrar cysteinerna 36 och 49 på det karboxylterminala zinkfingret. Den skjuter ut zinken från zinkbindningsställena i två steg. Zinket i det karboxylterminala zinkfingret frigörs först, följt av utstötningen av zink från det aminoterminala zinkfingret.
Bis-tiadizolbensen-1,2-diamin
Bis-tiadizolbensen-1,2-diamin (NV038) är en av de nyare zinkejektorerna. NV038 har visat sig påverka zinkfingrets funktion efter att viruset har kommit in i cellen men innan omvänd transkription är fullbordad. NV038, liksom andra zinkejektorföreningar, kelerar zink för att avlägsna det från dess bindningsställe. Det tros dock agera genom en annan mekanism än många av de andra zinkejektorerna på grund av dess strukturella egenskaper. Dess struktur skulle inte lätt tillåta tioldisulfidutbyte eller acylöverföring till cystein. Istället tros NV038 reagera med zinken med hjälp av dess två karbonylsyrer som finns i estrarna.
Säkerhetsfrågor
Det fanns oro över huruvida dessa zinkejektorer var säkra att använda på grund av osäkerheten om huruvida zinkejektorerna hade tillräcklig selektivitet för att endast rikta in sig på CCHC-bindningsställena för zinkfingrarna i NCp7. Zinkfingerdomäner är inte unika för HIV utan är snarare förekommande i cellbiologi och spelar viktiga roller i många processer som cellulär replikation, protein-proteininteraktioner och DNA-replikation. Om dessa zinkejektorer oavsiktligt binder till fel zinkfingerdomäner har de potential att negativt påverka andra cellulära funktioner som kan vara avgörande för korrekta kroppsfunktioner.
Experiment och modellering av selektiviteten för DIBA-1, ADA och andra zinkejektorer fann att denna säkerhetsoro var väsentligen ogrundad. Alla zinkejektorer visade sig effektivt bekämpa replikationen av HIV vid koncentrationer som inte uppvisade cytotoxiska effekter, vilket tyder på att de specifikt riktade sig mot NCp7 och inte riktade sig mot andra zinkfingrar. Man tror att faktorer såsom ligandbindningsaffinitet, ligandreaktiv närhet och den allmänna sadelformen som krävs för att föreningen ska passa in i bindningsfickan alla spelar en roll i den selektivitet som visas av zinkejektorer.