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Metodología Sintética Aplicada
a la Síntesis de Fármacos
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(PriO)2B
Síntesis de losartan
Miguel Carda
Máster en Química Aplicada y Farmacológica
Universidad Jaume I
Tema 6
Enfermedades víricas: síntesis de
antivirales
Máster en Química Aplicada y
Farmacológica
Universidad Jaume I
Tema 6. Enfermedades víricas: síntesis de antivirales
6.1. Los virus
1
6.2. Ácidos nucleicos virales
1
6.2.1. Virus con ADN bicatenario
2
6.2.2. Virus con ADN monocatenario
2
6.2.3. Virus con ARN
2
6.2.3.a Virus con ARN bicatenario
3
6.2.3.b. Virus con ARN monocatenario positivo
3
6.2.3.c. Virus con ARN monocatenario negativo
3
6.2.3.d. Virus con ARN monocatenario y bicatenario retrotranscrito
3
6.3. Morfologia de los virus
4
6.4. Transmisión
6.5. Origen evolutivo
6
7
6.6. Propiedades de vida
6.7. Genoma
6.8. Ciclo de replicación de los virus
7
7
9
6.8.1. Fijación o adsorción
9
6.8.2. Penetración
9
6.8.3. Eclipse
10
6.8.4. Multiplicación
11
6.8.5. Ensamblaje
6.8.6. Liberación de los nuevos virus
6.8.6.a. Infección persistente
11
12
12
6.9. Efectos en la célula huésped
13
6.10. Virus y enfermedades humanas
13
6.11. Epidemiología
13
6.11.1. Epidemias y pandemias
14
6.12. Virus y cáncer
6.13. Respuesta inmune del huésped
15
16
6.14. Vacunas
17
6.15. El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH)
18
6.15.1. Proteínas reguladoras
22
6.15.1.a. Rev
22
6.15.1.b. Tat y Rev: acción conjunta
22
6.15.2. Proteínas accesorias
22
6.15.2.1. Vif: incremento en infectividad y protección del genoma viral
22
6.15.2.2. Vpu
22
6.15.2.2.a. Degradación de la proteína CD4
23
6.15.2.2.c. Desprendimiento de viriones de la membrana celular
6.15.3. Ciclo de replicación
6.16. Fármacos antivirales
23
23
26
6.16.1. Inhibidores de la Transcriptasa Reversa Análogos
de los Nucleósidos (ITRN)
28
6.16.2. Inhibidores de la Transcriptasa Reversa NO Análogos
de los Nucleósidos (ITRNN)
6.17. Síntesis de antivirales
6.17.1. Aciclovir
28
31
31
6.17.1.a. Análisis retrosintético
32
6.17.1.b. Síntesis
33
6.17.1.c. Cuestiones
6.17.2. Azidotimidina (Zidovudina, AZT)
32
33
6.17.2.a. Análisis retrosintético
35
6.17.2.b. Síntesis
35
6.17.2.c. Cuestiones
6.17.3. Ribavirina
36
37
6.17.3.a. Análisis retrosintético
37
6.17.3.b. Síntesis
37
6.17.3.c. Cuestiones
6.17.4. Síntesis de adefovir dipivoxilo
38
37
6.17.4.a. Síntesis
38
6.17.4.b. Síntesis
38
6.17.4.c. Cuestiones
6.17.5. Síntesis de telbivudina
6.17.5.a. Análisis retrosintético
6.17.5.b. Síntesis
6.17.5.c. Cuestiones
6.17.6. Síntesis de clevudina
6.17.6.a. Análisis retrosintético
6.17.6.b. Síntesis
6.17.6.c. Cuestiones
39
40
40
40
41
42
42
42
43
6.17.7. Nevirapina
44
6.17.7.a. Análisis retrosintético
6.17.7.b. Síntesis
48
49
6.17.7.c. Cuestiones
49
6.17.8. Síntesis de efavirenz
49
6.17.8.a. Análisis retrosintético
50
6.17.8.b. Síntesis
51
6.17.8.c. Cuestiones
6.17.9. Síntesis de delavirdina (Rescriptor®)
53
54
6.17.9.a. Análisis retrosintético
54
6.17.9.b. Síntesis
55
6.17.9.c. Cuestiones
56
6.17.10. Síntesis de raltegravir (Isentress®)
58
6.17.10.a. Análisis retrosintético
62
6.17.10.b. Síntesis
63
6.17.10.c. Cuestiones
64
6.17.11. Síntesis de vicriviroc
65
6.17.11.a. Análisis retrosintético
68
6.17.11.b. Síntesis
69
6.17.11.c. Cuestiones
70
6.17.12. Síntesis de plecoranil
71
6.17.12.a. Análisis retrosintético
73
6.17.12.b. Síntesis
74
6.17.12.c. Cuestiones
75
6.17.13. Síntesis de arbidol
75
6.17.12.a. Análisis retrosintético
75
6.17.12.b. Síntesis
76
6.17.12.c. Cuestiones
77
1
Tema 6. Enfermedades víricas
6.1. Los virus
En biología, un virus, del latín virus (toxina o veneno), es una entidad infecciosa
microscópica que sólo puede multiplicarse dentro de las células de otros organismos. Los virus
son fragmentos de ácido nucleico (ADN o ARN), capaces de multiplicarse en una célula y pasar
a otras para iniciar un nuevo ciclo de replicación. Los ácidos nucleicos son muy vulnerables en
el medio extracelular y, antes de abandonar la célula que han infectado, se rodean de una
cubierta de estructura proteica denominada cápside. Algunos virus rodean a la cápside con una
envoltura lipídica denominada peplo.
Los virus infectan todos los tipos de organismos, desde animales y plantas hasta bacterias y
arqueas. El primer virus conocido, el virus del mosaico del tabaco, fue descubierto por Martinus
Beijerinck en 1899. Actualmente se han descrito más de 5.000, si bien algunos autores opinan
que podrían existir millones de tipos diferentes. Los virus se hallan en casi todos los
ecosistemas de la Tierra y son el tipo de entidad biológica más abundante.
Figura 6.1. Virus del mosaico del tabaco
6.2. Ácidos nucleicos virales
Los ácidos nucleicos de los virus contienen la información específica y el potencial para
llevar a cabo reacciones biológicas en el seno de la célula infectada. Existen cuatro tipos de
ácidos nucleicos virales:
1) ADN de cadena sencilla o ssADN (del inglés single stranded DNA).
2) ADN de cadena doble o dsADN (del inglés double stranded DNA).
3) ARN de cadena sencilla o ssARN (del inglés single stranded RNA).
4) ARN de cadena doble dsARN (del inglés double stranded RNA).
La replicación del genoma de la mayoría de los virus ADN se produce en el núcleo de la
célula infectada. Si la célula tiene el receptor adecuado en su superficie el virus accede a ella por
fusión con la membrana celular o por endocitosis. La mayoría de virus ADN son completamente
dependientes de la maquinaria de síntesis de ADN y ARN de la célula hospedadora.
Los virus se pueden clasificar según su forma de replicación que está basada a su vez en el
tipo de ácido nucleico que contienen.
2
Síntesis de antivirales
6.2.1. Virus con ADN bicatenario
Este tipo de virus se replica usando una ADN polimerasa de la célula hospedadora y, por lo
tanto, son altamente dependientes del ciclo celular. Para que pueda realizarse la infección, y la
producción de progenie del virus, se requiere que la célula esté en la fase de replicación, que es
cuando las polimerasas de la célula están activas. En la figura 6.2 se indica esquemáticamente la
estructura de un virus con ADN bicatenario.
Figura 6.2. Virus con ADN bicatenario
6.2.2. Virus con ADN monocatenario
Este tipo de virus posee en su material genético ADN de cadena sencilla y se replica usando
una ADN polimerasa dependiente del ADN, al igual que los virus con ADN bicatenario.Para
que exista la replicación de esta clase de virus, es necesario que el ADN de cadena simple se
convierta en ADN de cadena doble en las células infectadas.
6.2.3. Virus con ARN
Los virus que contienen ARN se replican en el citoplasma y no el núcleo de la célula
infectada. Los virus ARN se pueden clasificar en cuatro grupos según su modo de replicación.
Figura 6.3. Imagen de un virus con ARN (flavivirus)
Tema 6. Enfermedades víricas
3
6.2.3.a Virus con ARN bicatenario
Los virus con ARN bicatenario se replican en el citoplasma y no dependen de las
polimerasas de la célula hospedadora como lo hacen los virus ADN, pues incluyen estas
enzimas en el virión. La traducción suele ser monocistrónica, lo que significa que cada uno de
los segmentos codifica una sola proteína, a diferencia de otros virus que exhiben una traducción
más compleja. Una característica particular de estos virus es su capacidad para llevar a cabo la
transcripción de los segmentos de ARN bicatenarios bajo las condiciones apropiadas dentro de
la cápside.
6.2.3.b. Virus con ARN monocatenario positivo
En virología un ARN viral de sentido positivo es el que puede ser directamente traducido a
las proteínas virales deseadas. Así, el genoma ARN viral es idéntico al ARNm viral y puede ser
inmediatamente traducido usando la maquinaria de traducción de la célula huésped. La
replicación tiene lugar principalmente en el citoplasma. Una de las proteínas codificadas por los
ARN positivos es la ARN replicasa, que es una ARN polimerasa que copia el ARN viral sin
necesidad de pasar por una cadena de ADN intermedia.
6.2.3.c. Virus con ARN monocatenario negativo
El ARN de sentido negativo no puede ser traducido directamente a una proteína, por lo que
tiene que ser convertido en un ARNm de sentido positivo. Los virus ARN de sentido negativo
utilizan una ARN polimerasa o transcriptasa para formar ARN de sentido positivo. Esto
significa que el virus debe aportar la enzima ARN polimerasa puesto que ésta es dependiente
del ARN. Una vez fabricada la molécula de ARN de sentido positivo ésta actúa como un ARNm
viral traduciéndose en proteínas por los ribosomas del huésped. Las proteínas resultantes se
dedican directamente a la producción de los elementos de los nuevos viriones, tales como las
proteínas de la cápside y la ARN replicasa, que se encarga de la producción de nuevas
moléculas de ARN de sentido negativo.
6.2.3.d. Virus con ARN monocatenario y bicatenario retrotranscrito
Un virus que contiene ARN monocatenario retrotranscrito (o virus ssRNA-RT) es un virus
con ARN de cadena sencilla en su genoma que se replica en la célula hospedadora mediante
transcripción inversa, es decir, mediante la formación de ADN a partir del molde ARN. Estos
virus usan transcriptasa reversa codificada viralmente, utilizando una ADN polimerasa
dependiente del ARN para producir ADN a partir del genoma de ARN viral. Este ADN a
menudo se integra en el genoma del huésped, como en el caso de los retrovirus y seudovirus,
donde es replicado y transcrito por el huésped. El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH)
pertenece a esta clase de virus.
4
Síntesis de antivirales
Figura 6.4. Virus VIH
6.3. Morfologia de los virus
Los virus presentan una amplia diversidad de formas y tamaños llamadas «morfologías».
Son unas 100 veces más pequeños que las bacterias. La mayoría de los virus estudiados tienen
un diámetro de entre 10 y 300 nanómetros. Algunos filovirus tienen un tamaño total de hasta
1.400 nm, sin embargo, sólo miden unos 80 nm de diámetro.
La mayoría de los virus no pueden ser observados con un microscopio óptico, de manera
que se utilizan microscopios electrónicos de barrido y de transmisión para visualizarlos. Para
aumentar el contraste entre los virus y el trasfondo se utilizan tinciones densas en electrones,
que son soluciones de sales de metales pesados, como wolframio, que dispersan los electrones
en las regiones cubiertas por la tinción.
Una partícula vírica completa, conocida como virión, consiste en un ácido nucleico rodeado
por una capa de protección proteica llamada cápside que encierra y protege al genoma viral de
la acción de nucleasas y otros factores adversos del medio exterior. Además, en los virus
desnudos carentes de envoltura, la cápside es la encargada de establecer, a través de alguna de
sus proteínas, la unión con la célula que será parasitada por el virus. Asimismo, las proteínas de
la cápside contienen los determinantes antigénicos contra los que el sistema inmune del huésped
elaborará la respuesta de anticuerpos en defensa del organismo. Las cápsides virales pueden
presentar dos tipos básicos de estructura:
a) Cápside icosaédrica, en la que los capsómeros, que suelen ser de varios tipos, se ajustan
formando un icosaedro regular (es decir, 20 caras triangulares y 12 vértices), dejando un hueco
central donde se sitúa el ácido nucleico fuertemente apelotonado. Cuando este tipo de virus se
observan al microscopio se aprecian de forma aproximadamente esférica.
La mayoría de virus que infectan los animales son icosaédricos o casi esféricos. Un ejemplo
de virus icosaédricos lo constituyen los adenovirus, entre los que se encuentran los virus de los
resfriados y la faringitis.
Tema 6. Enfermedades víricas
5
Figura 6.5. Representaciones de virus icosaédricos
b) Cápside helicoidal, que se compone de un único tipo de capsómero apilado alrededor de un
eje central formando una estructura helicoidal que puede tener una cavidad central o un tubo
hueco. Esta formación produce viriones en forma de barra o de hilo, que pueden ser cortos y
muy rígidos, o largos y muy flexibles. El material genético es normalmente ARN
monocatenario, pero a veces también puede ser ADN monocatenario. El ácido nucleico queda
unido a la hélice proteica por interacciones entre la carga negativa de aquél con la carga positiva
de las proteínas. En general, la longitud de una cápside helicoidal está en relación con la
longitud del ácido nucleico que contiene. El diámetro de la cápside depende del tamaño y de la
distribución de los capsómeros. El conocido virus del mosaico del tabaco es un ejemplo de virus
helicoidal (figura 6.6).
Figura 6.6. Representaciones de virus helicoidales
c) Un tercer tipo de virus, denominados complejos, se caracterizan por poseer una cabeza de
estructura icosaédrica que alberga el ácido nucleico, una cola de estructura helicoidal que
constituye un cilindro hueco, un collar de capsómeros entre la cabeza y la cola y una placa basal
al final de la cola, con unos puntos de anclaje que sirven para fijar el virus a la membrana
celular. De la placa salen también unas fibras proteicas que ayudan a la fijación del virus sobre
la célula hospedadora. Entre esta clase de virus se encuentran los denominados bacteriófagos,
los virus que infectan a las bacterias.
6
Síntesis de antivirales
Figura 6.7. Representaciones de bacteriófagos
6.4. Transmisión
Los virus se diseminan de muchas maneras diferentes y cada tipo de virus tiene un método
distinto de transmisión. Entre estos se encuentran los vectores de transmisión, que son otros
organismos que los transmiten entre portadores. Los virus vegetales se propagan frecuentemente
por insectos que se alimentan de su savia, como los áfidos, mientras que los virus animales se
suelen propagar por medio de insectos hematófagos. Otros virus, como el virus de la gripe
(rinovirus), no precisan de vectores propagándose por el aire a través de los estornudos y la tos.
Los norovirus tampoco necesitan de vectores de propagación y se transmiten por vía fecal-oral,
o a través de las manos, alimentos y agua contaminados. Los rotavirus se diseminan, muy a
menudo, por contacto directo con niños infectados. El VIH es uno de los muchos virus que se
transmiten por contacto sexual o por exposición con sangre infectada.
No todos los virus provocan enfermedades, ya que muchos virus se reproducen sin causar
ningún daño al organismo infectado. Algunos virus, como el VIH pueden producir infecciones
permanentes o crónicas porque el virus continúa replicándose en el cuerpo, evadiendo los
mecanismos de defensa del huésped. En los animales, sin embargo, es frecuente que las
infecciones víricas produzcan una respuesta inmunitaria que confiere una inmunidad
permanente a la infección. Los microorganismos como las bacterias también tienen defensas
contra las infecciones víricas, conocidas como sistemas de restricción-modificación. Los
antibióticos no tienen efecto sobre los virus, pero se han desarrollado medicamentos antivirales
para tratar infecciones potencialmente mortales.
Los avances en la caracterización de los virus a nivel molecular sugieren que los virus
coevolucionan con sus organismos hospedadores, debido a que los virus son parásitos
intracelulares extremos y, por lo tanto, requieren de la supervivencia del hospedador para poder
asegurar su propia supervivencia. Es interesante notar que cuando un virus se replica en su
hospedador natural, tiende a no causar enfermedad en el mismo o a causar una enfermedad leve
y autolimitada en la mayoría de los casos. Varios de los virus conocidos producen enfermedades
severas sólo cuando infectan organismos diferentes a sus hospedadores naturales. Lo anterior
sugiere que buena parte de los virus asociados con la producción de enfermedades son virus que
están en proceso de adaptación a un nuevo tipo de hospedador y que, una vez lograda dicha
adaptación, la estrategia del virus consiste en perpetuarse y propagarse sin afectar al organismo
hospedador.
Tema 6. Enfermedades víricas
7
6.5. Origen evolutivo
El origen evolutivo de los virus aún es incierto. Se piensa que algunos podrían haber
evolucionado a partir de plásmidos (fragmentos de ADN que se mueven entre las células),
mientras que otros podrían haberse originado desde bacterias. Desde el punto de vista de la
evolución de otras especies, los virus son un medio importante de transferencia horizontal de
genes, la cual incrementa la diversidad genética.
Los virus son organismos parásitos que infectan células y producen viriones para difundir
sus genes. La mayoría de las proteínas virales no tienen homólogos en las células modernas, en
contradicción con la visión tradicional de los virus como los «ladrones de genes celulares». Esto
sugiere que los genes virales básicamente tienen su origen durante la replicación de los genomas
virales y/o fueron reclutados de linajes celulares ahora extintos. Algunas proteínas virales
específicas están presentes en virus que infectan a los miembros de los tres dominios de la vida,
lo que sugiere que los virus son en realidad muy antiguos. En particular, los análisis
estructurales de proteínas de la cápside han revelado que al menos dos tipos de viriones se
originaron de manera independiente antes que el último antepasado universal celular, conocido
con el acrónimo LUCA (del inglés Last Universal Common Ancestor).
Se pueden encontrar virus dondequiera que haya organismos vivos, y probablemente existen
desde la aparición de las primeras células. Su origen es incierto, puesto que no fosilizan, de
manera que sólo se puede especular a partir de diferentes técnicas y ensayos de biología
molecular. Estas técnicas dependen de la disponibilidad de ADN o ARN vírico antiguo, pero
desgraciadamente la mayoría de virus que han sido preservados y almacenados en laboratorios
tienen menos de 90 años.
6.6. Propiedades de vida
Existen opiniones dispares sobre si los virus son una forma de vida o estructuras orgánicas
que interactúan con los seres vivos. Por ello algunos autores se refieren a ellos como
organismos al límite de la vida. Por una parte, los virus se asemejan a los organismos que tienen
genes y evolucionan por selección natural, y se reproducen creando múltiples copias de sí
mismos para autoensamblarse. Sin embargo, carecen de estructura celular, lo que es considerado
como la unidad básica de la vida. Además, los virus no tienen un metabolismo propio, y
necesitan una célula hospedadora para crear nuevos metabolitos. Por tanto, no se pueden
reproducir en el exterior de una célula hospedadora, aunque bacterias como Rickettsia y
Chlamydia son considerados organismos vivos a pesar de tener la misma limitación.
6.7. Genoma
Las distintas especies de virus contienen una diversidad genómica superior a la de los reinos
de plantas, animales o bacterias. Hay millones de diferentes tipos de virus y únicamente
alrededor de 5.000 de ellos han sido descritos detalladamente. Un virus tiene un genoma
compuesto de ADN o de ARN, y recibe respectivamente el nombre de «virus ADN» y «virus
ARN». La gran mayoría de virus utilizan el ARN. Los virus de las plantas tienden a tener ARN
monocatenario y los bacteriófagos tienden a tener ADN bicatenario.
Los genomas víricos pueden ser circulares, como los polyomaviridae o lineales, como los
adenoviridae. El tipo de ácido nucleico es irrelevante para la forma del genoma. En los virus
8
Síntesis de antivirales
ARN, el genoma está a menudo dividido en partes separadas dentro del virión y se le califica de
«segmentado». Cada segmento suele codificar una proteína y los segmentos suelen estar
reunidos en una cápside.
En los virus ARN o en los virus ADN monocatenarios, las cadenas pueden ser o bien
positivas (cadenas plus) o negativas (cadenas minus), que son complementarias con el ARN
mensajero (ARNm) vírico.
El ARN viral positivo es idéntico al ARNm viral y por tanto puede ser traducido
inmediatamente por la célula huésped.
El ARN viral negativo es complementario del ARNm y por tanto debe ser convertido en
ARN positivo por una ARN polimerasa antes de ser traducido, siendo la nomenclatura del ADN
similar a la del ARN viral negativo.
El tamaño del genoma varía mucho entre especies. Los genomas víricos más pequeños sólo
codifican cuatro proteínas y pesan unos 106 daltons. Los más grandes pesan unos 108 daltons y
codifican más de un centenar de proteínas. Los virus ARN suelen tener genomas más pequeños
que los virus ADN debido a una tasa de error más alta a la hora de replicarse. Así, los virus
ARN tienen un límite superior de tamaño por encima del cual los errores en la replicación del
genoma hacen que el virus sea inofensivo o, incluso, incompetente. Para compensar esto, los
virus ARN a menudo inician un proceso de segmentación que escinde el genoma en moléculas
más pequeñas, reduciendo así las posibilidades de error. En cambio, los virus ADN tienen
genomas mayores gracias a la elevada fidelidad de sus enzimas de replicación.
Los virus sufren cambios genéticos por diversos mecanismos como:
a) El proceso de deriva genética. Este mecanismo provoca la mutación de bases
individuales del ADN o del ARN. La mayoría de estas mutaciones puntuales son imperceptibles
pues la proteína codificada por el gen no cambia, pero aún así, puede conferir ventajas
evolutivas como la resistencia a los medicamentos antivíricos.
b) El cambio antigénico, que se produce cuando hay un cambio significativo en el genoma
del virus como consecuencia de una recombinación genética. Cuando esto se produce, por
ejemplo en los virus de la gripe, pueden resultar pandemias. Los virus ARN suelen existir como
quasiespecies o en enjambres de virus de la misma especie pero con secuencias de nucleósidos
del genoma ligeramente diferentes. Estos grupos son un objetivo destacado por la selección
natural.
c) La recombinación genética, que es el proceso por el cual una cadena de ADN es
escindida y luego unida al extremo de una molécula de ADN diferente. Este proceso puede tener
lugar cuando diferentes virus infectan las mismas células al mismo tiempo. La recombinación es
común en los virus ARN y ADN. Los genomas segmentados ofrecen ventajas evolutivas ya que
diferentes cepas de un virus con el genoma segmentado pueden intercambiar y combinar genes,
produciendo virus progenénicos (o descendientes) con características únicas, lo que se conoce
como «sexo vírico».
Tema 6. Enfermedades víricas
9
6.8. Ciclo de replicación de los virus
El ciclo reproductivo de los virus consta generalmente de las siguientes fases:
1) Fijación
2) Penetración en la célula
3) Eclipse
4) Multiplicación
5) Ensamblaje
6) Liberación
6.8.1. Fijación o adsorción
El primer paso en la infección viral es la fijación del virus sobre la membrana de la célula.
Este proceso tiene lugar mediante adhesión a receptores superficiales de la célula diana de los
ligandos virales, que son proteínas de la cápside o glucoproteínas de las espículas. Algunos
bacteriófagos también son capaces de adherirse a los flagelos, a las vellosidades (pili) o a las
cápsulas presentes en la superficie de la bacteria hospedadora. Para que esto suceda la bacteria
debe contener el factor sexual "F" o ciertas colicinas (factores de resistencia contra agentes
antimicrobianos). Los bacteriófagos filamentosos con ADN de cadena sencilla se adhieren a las
puntas de estos pili, mientras que los bacteriófagos esféricos de ARN se adhieren a los costados
de éstos.
La especificidad de unión proteína-cápside se determina por la variedad de hospedadores de
los virus. Por ejemplo, el VIH sólo infecta linfocitos T humanos, pues su proteína de superficie,
gp120, solo puede interactuar con la CD4 y con receptores de la superficie del linfocito T.
El mecanismo de fijación ha evolucionado para favorecer a los virus que sólo pueden
infectar células en las que se pueden replicar.
6.8.2. Penetración
Después de la adhesión del virus se produce la penetración, introduciéndose el virión en la
célula huésped por endocitosis mediada por receptores, o por fusión de membrana.
Los virus complejos, como los bacteriófagos, producen una rotura en la membrana celular
del hospedador en uno de los puntos de anclaje gracias a la presencia de enzimas hidrolíticas en
las proteínas de la cápside. Después de la rotura, el tubo central inyecta el ácido nucleico vírico,
quedando la cápside vacía en el exterior de la célula diana y el ácido nucleico libre en el
citoplasma de la célula hospedadora. La presencia de cápsides en la superficie celular es un
buen indicio de que se ha sufrido una infección vírica.
10
Síntesis de antivirales
Figura 6.8. Penetración de ADN en una célula de E. coli infectada por un macrófago
Otros virus sin envoltura lipídica se introducen en la célula con cápside, lo cual puede
realizarse de dos maneras:
a) Por penetración directa después de la fijación. En este caso se produce la apertura de una
brecha en la membrana celular que va seguida de la introducción del material vírico en el
citoplasma de la célula huésped.
b) Por endocitosis. En esta forma de penetración la membrana celular forma una
invaginación en torno al virus, llegando éste a formar una vesícula que penetra en la célula. Una
vez formada la vesícula, el virus abre una brecha en la membrana de la misma con ayuda de
algunas enzimas hidrolíticas que él mismo transporta, difundiéndose así en el citoplasma.
Los virus con envoltura lipídica burlan la barrera de la membrana celular porque su cubierta
lipídica se funde con la membrana, ya que son de la misma naturaleza. Esta fusión de
membranas puede realizarse en dos lugares distintos:
c) Fusión en la superficie celular, con penetración directa del virión en el citoplasma.
d) Fusión con un lisosoma, mediante formación de una vesícula por endocitosis a la que se
une un lisosoma para digerir la partícula introducida. A continuación, la cubierta lipídica del
virus se funde con la membrana del lisosoma y el virión se difunde dentro del citoplasma.
6.8.3. Eclipse
Según la duración de la fase de eclipse, se suelen distinguir dos modalidades de ciclo
infeccioso de un virus:
a) Ciclo ordinario o lítico, en el cual el ácido nucleico vírico inicia inmediatamente la
transcripción de su mensaje genético en los ARN necesarios para su multiplicación. Este tipo de
ciclo es el más extendido en la naturaleza.
b) Ciclo lisogénico, en el cual el ADN vírico se cierra por sus extremos generando un ADN
circular. Este ADN se inserta en el ADN bacteriano en un lugar específico, en el cual la
secuencia de nucleótidos bacterianos es semejante a la región del ADN vírico. La bacteria
prosigue sus funciones vitales sin que el virus realice ninguna acción, y cuando el ADN
Tema 6. Enfermedades víricas
11
bacteriano se duplica también lo hace el ADN vírico, de manera que el genoma del virus pasa a
las dos bacterias hijas. La multiplicación bacteriana puede seguir durante generaciones sin que
el virus se manifieste. Pero ante una alteración de las condiciones ambientales, el ADN vírico se
separa del ADN bacteriano y prosigue entonces las restantes fases de ciclo infeccioso,
produciendo la muerte de la bacteria y nuevos ejemplares del virus
Algunos virus que infectan células animales siguen también el ciclo lisogénico, como los
papilomavirus de las verrugas y algunos retrovirus que producen algunos tipos de cáncer.
En el caso de los retrovirus conviene recordar que el ácido nucleico es ARN monocatenario,
por lo que la transcriptasa reversa ha de copiar el genoma vírico en forma de ADN antes de que
pueda insertarse en el ADN celular.
6.8.4. Multiplicación
La multiplicación del virus consta de:
a) La replicación de su material genético.
b) La transcripción de su mensaje en una molécula de ARN.
c) La traducción del mensaje para producir proteínas víricas, tanto las que formarán parte de
la cápside, como las proteínas enzimáticas necesarias para el ensamblaje de las piezas del virión
y para algunas de las funciones anteriores. Los ribosomas y la mayor parte de las enzimas que
los ácidos nucleicos víricos utilizan en estos procesos son los de la célula infectada.
Los virus con ADN realizan la replicación del material genético de la misma manera que las
células.
Los virus con ADN monocatenario, previamente a la replicación, sintetizan una cadena de
ADN complementario para formar la doble hélice.
Los virus con ARN replican el material genético sin necesidad de pasar por ADN, actuando
cada cadena de ARN como molde para la síntesis de su complementaria.
Los retrovirus constituyen una excepción a lo dicho anteriormente, ya que su ARN sintetiza
un ADN bicatenario, que será el que posteriormente realice la síntesis de nuevos ejemplares de
ARN vírico.
6.8.5. Ensamblaje
Posteriormente a la multiplicación tiene lugar el ensamblaje de las piezas para construir
nuevos viriones. En muchos virus, como el del mosaico del tabaco, el ensamblaje es automático
y depende de la concentración salina del medio. En otros virus, el ensamblaje necesita de la
intervención de enzimas codificadas en el ácido nucleico del virus.
Los virus pueden autoensamblarse en un proceso similar a la cristalización, ya que las
partículas virales, al igual que los cristales, constituyen estructuras que se encuentran en un
estado de mínima energía libre. Sin embargo, el genoma viral también puede especificar ciertos
factores morfogenéticos que no contribuyen directamente a formar la estructura del virión, pero
son necesarios para el proceso de ensamblaje.
Tras el ensamblaje de partículas víricas, a menudo se produce una modificación
postraduccional de las proteínas víricas. En virus como el VIH, esta modificación, a veces
12
Síntesis de antivirales
llamada maduración, se produce después de que el virus haya sido liberado de la célula
huésped.
6.8.6. Liberación de los nuevos virus
Después de la multiplicación del virus tiene lugar la salida de los nuevos viriones, que
saldrán con capacidad de infectar nuevas células. Las principales modalidades de liberación dan
nombre a nuevas variantes del ciclo vital de los virus, que se explican a continuación.
6.8.6.a. Infección persistente
En el proceso de infección persistente los nuevos virus no esperan a la muerte de la célula
hospedadora para abandonarla, sino que van saliendo de la célula al mismo tiempo que se van
produciendo, de manera que la célula puede seguir viva produciendo nuevas partículas víricas.
La liberación puede hacerse de dos maneras:
a) Los virus sin envoltura lipoproteica salen directamente, sin arrastrar ningún resto de la
membrana plasmática abriendo una brecha en la membrana o aprovechando los mecanismos de
exocitosis o de salida de sustancias al exterior de la célula.
b) Los virus con envoltura lipoproteica salen por gemación, rodeándose de una porción de
membrana plasmática que acaba separándose de la célula y constituye la cubierta.
En la figura 6.9 se indican esquemáticamente las fases del ciclo de replicación de un
bacteriófago.
1. Adsorción viral
2. Penetración y liberación
del ácido nucleico
7. Lisis celular y
liberación de nuevos
viriones
6. Autoensamblaje de
las cápsides
3. Integración del ácido
nucleico viral
4. Producción de
ARNm viral
5. Producción de proteinas
virales de la cápside
Figura 6.9. Ciclo de replicación de un bacteriófago
Tema 6. Enfermedades víricas
13
6.9. Efectos en la célula hospedadora
La mayoría de infecciones víricas acaban provocando la muerte de la célula hospedadora,
entre cuyas causas están la lisis de la célula, las alteraciones de la membrana superficial de la
célula y la apoptosis. A menudo, la muerte de la célula es causada por el paro de sus actividades
normales debido a la acción de proteínas específicas del virus.
Algunos virus no causan cambios aparentes en la célula infectada. Este es el caso de los
virus del herpes simple, incluyendo el virus de Epstein-Barr (que causa mononucleosis
infecciosa) y el virus de la varicela zoster (que causa la varicela), que pueden existir de manera
relativamente inofensiva en un organismo, permaneciendo en un estado durmiente dentro del
cuerpo humano. Las infecciones latentes de varicela pueden provocar en la etapa adulta del ser
humano la enfermedad del herpes zóster. Sin embargo, otros virus son altamente dañinos para el
organismo hospedador, como los papilomavirus, que son una causa demostrada de cáncer.
6.10. Virus y enfermedades humanas
Las enfermedades humanas provocadas por virus incluyen, entre otras, el resfriado, la gripe,
la varicela, el herpes simple, el ébola, el VIH, la hepatitis B, la gripe aviar y el SARS (Severe
Acute Respiratory Syndrome).
La capacidad relativa de los virus de provocar enfermedades se describe en términos de
«virulencia». Los virus tienen diferentes mecanismos mediante los cuales causan enfermedades
a un organismo, que dependen en gran medida en la especie de virus. Los mecanismos a nivel
celular incluyen principalmente la lisis de la célula, es decir, la ruptura y posterior muerte de la
célula.
Algunos virus pueden causar infecciones permanentes o crónicas, en las cuales los virus
continúan replicándose en el cuerpo a pesar de los mecanismos de defensa del hospedador. Este
es el proceso habitual en las infecciones provocadas por el virus de la hepatitis B y de la
hepatitis C. Los enfermos crónicos son conocidos como portadores, pues sirven de reservorio de
los virus infecciosos. En poblaciones con una proporción elevada de portadores, se dice que la
enfermedad es endémica. Algunos virus pueden mutar dentro de las células hospedadoras,
reforzando sus defensas contra diversos antivirales, proceso conocido como mutación.
6.11. Epidemiología
La epidemiología viral es la rama de la ciencia médica que estudia la transmisión y el
control de infecciones víricas en los humanos. La transmisión de virus puede ser vertical (de
madre a hijo) u horizontal (de una persona a otra). Ejemplos de transmisión vertical incluyen el
virus de la hepatitis B o el VIH, en cual el bebé ya nace infectado con el virus. Otro ejemplo
más raro es el virus de la varicela zóster que, normalmente, causa infecciones relativamente
leves en los humanos, pero puede resultar fatal para los fetos y los bebés recién nacidos.
La transmisión horizontal es el mecanismo de contagio de virus más extendido. La
transmisión puede ser por intercambio de sangre o por el cambio de fluidos en la actividad
sexual (infecciones por VIH, hepatitis B y hepatitis C), por el intercambio de saliva (infecciones
por virus de Epstein-Barr), por alimentos o agua contaminados (infecciones por norovirus), por
la respiración de virus en forma de aerosol (infecciones por el virus de la gripe) o por insectos
vectores como los mosquitos (infecciones por dengue o malaria).
14
Síntesis de antivirales
La tasa y la velocidad de la transmisión de infecciones víricas dependen de factores como la
densidad de población, el número de individuos susceptibles (los que no son inmunes), la
calidad del sistema sanitario y el tiempo.
La epidemiología se utiliza para romper la cadena de infecciones en poblaciones durante
brotes de enfermedades víricas, utilizándose medidas de control basadas en el conocimiento del
modo de transmisión del virus.
Una vez identificado el virus se puede romper la cadena de infecciones por medio de
vacunas. Cuando no se puede contar con vacunas pueden resultar eficientes el saneamiento y la
desinfección. A menudo se aíslan las personas o animales infectados del resto de la comunidad
y los que han estado expuestos al virus son puestos en cuarentena. Para controlar el brote de
fiebre aftosa en bovinos británicos en 2001, se sacrificaron miles de cabezas de ganado.
La mayoría de infecciones víricas de los humanos y otros animales tienen un periodo de
incubación durante el cual la infección no causa ningún síntoma. Los períodos de incubación de
las enfermedades víricas van desde unos días hasta semanas. Tras el periodo de incubación hay
un «periodo de comunicabilidad», un tiempo durante el cual el individuo o animal infectado es
contagioso y puede infectar a otra persona o animal. Este periodo también es conocido en
muchas infecciones, y el conocimiento de la longitud de ambos periodos es importante en el
control de brotes. Cuando un brote causa una proporción inusualmente elevada de infecciones
en una población, comunidad o región, se le llama epidemia. Si un brote se extiende en todo el
mundo se le llama pandemia.
6.11.1. Epidemias y pandemias
Una pandemia es una epidemia global. Las poblaciones amerindias fueron devastadas por
enfermedades contagiosas, especialmente la viruela, llevada a América por los colonos
europeos. La pandemia de gripe de 1918, a menudo llamada gripe española, fue una pandemia
de gripe de categoría 5 provocada por un virus de la gripe A inusualmente grave y mortal. Las
víctimas a menudo eran adultos jóvenes sanos, en contraste con la mayoría de brotes de gripe,
que afectan predominantemente niños, ancianos o pacientes débiles. La pandemia de gripe
española duró de 1918 a 1919. Las estimaciones más recientes sugieren que podrían haber
muerto hasta 100 millones de personas, un 5% de la población mundial en 1918.
La mayoría de investigadores creen que el VIH se originó en el África subsahariana durante
el siglo XX. Actualmente es una pandemia, con un número estimado de 38,6 millones de
enfermos en todo el mundo. El Programa Conjunto de las Naciones Unidas sobre el VIH/SIDA
(UNAIDS) y la Organización Mundial de la Salud (OMS) estiman que el sida ha matado a más
de 25 millones de personas desde que la enfermedad fue reconocida por primera vez el 5 de
junio de 1981, siendo una de las epidemias más destructivas de la historia. En 2007 hubo 2,7
millones de infecciones con VIH.
Algunos patógenos víricos muy letales son miembros de la familia de los Filoviridae. Los
Filovirus son virus similares a filamentos que causan la fiebre hemorrágica vírica, e incluyen el
Ébola y los virus de Marburg. El virus de Marburg atrajo la atención de la prensa en abril de
2005 por un brote en Angola. El brote, que comenzó en 2004 y se extendió en 2005, fue la peor
epidemia del mundo de cualquier tipo de fiebre hemorrágica vírica.
Tema 6. Enfermedades víricas
15
En 2009 surgió en México una supuesta pandemia de Influenzavirus A (H1N1), conocida
como Virus H1N1/09 Pandémico. El origen de la infección es una variante de la cepa H1N1,
con material genético proveniente de una cepa aviaria, dos cepas porcinas y una humana que
sufrió una mutación y dio un salto entre especies (o heterocontagio) de los cerdos a los
humanos, contagiándose posteriormente de persona a persona. La pandemia fue clasificada,
según la OMS, de Nivel 6. Aproximadamente, unas 14.000 personas han muerto en todo el
mundo a causa de esta enfermedad.
6.12. Virus y cáncer
Los virus son una causa establecida de cáncer en los humanos y otras especies. Los virus
que producen cáncer pueden provenir de muchas familias, tanto de virus ADN como de virus
ARN, y no únicamente del oncovirus, un término obsoleto para referirse a los retrovirus. El
desarrollo del cáncer puede deberse a gran cantidad de factores como la debilidad inmunitaria
del huésped y mutaciones en éste. Los virus más importantes asociados con cánceres humanos
son el papilomavirus humano, el virus de la hepatitis B, el virus de Epstein-Barr, y el virus Tlinfotrópico humano. El más reciente descubrimiento de un virus que causa cáncer es el
poliomavirus (Merkel cell polyomavirus) que es la causa de un raro cáncer de piel denominado
carcinoma de células de Merkel. Los virus de la hepatitis pueden causar una infección crónica
que provoca cáncer de hígado. La infección con virus T-linfotrópico humano puede causar
paraparesia espástica tropical y leucemia de linfocitos T del adulto. Los papilomavirus humanos
son una causa establecida de cáncer de cérvix, piel, ano y pene. Dentro de los Herpesviridae, el
human herpesvirus 8 causa sarcoma de Kaposi y linfoma de las cavidades corporales, y el virus
de Epstein-Barr causa linfoma de Burkitt, enfermedad de Hodgkin, trastorno linfoproliferativo
de los linfocitos B y carcinoma nasofaríngeo. El Merkel cell polyomavirus está estrechamente
relacionado con el SV40 y con los poliomavirus del ratón que han sido usados como modelos de
animales para los virus del cáncer desde hace 50 años.
Figura 6.10. Infección de una célula por virus asociado a cáncer
16
Síntesis de antivirales
6.13. Respuesta inmune del hospedador
La primera línea de defensa del organismo contra los virus es el sistema inmunitario innato,
que incluye a las células y a los mecanismos que defienden al organismo de la infección de una
forma no específica. Así, las células del sistema innato reconocen y responden a los agentes
patógenos de una manera genérica, pero, a diferencia del sistema inmune adaptativo, no
confieren protección de larga duración o inmunidad.
Muchos virus tienen una estrategia de replicación que implica ARN bicatenario (dsARN).
Cuando tales virus infectan a una célula y liberan sus moléculas de ARN, inmediatamente una
proteína compleja denominada DICER se une al ARN y lo corta en pedazos más pequeños.1 La
protección celular se pone en marcha mediante la activación de una vía bioquímica denominada
complejo RISC que degrada el ARNm viral. Los rotavirus inhiben este mecanismo evitando
desnudarse completamente dentro de la célula de manera que el dsARN genómico continúa
protegido en el interior del núcleo del virión, liberando los nuevos ARNm producidos a través
de los poros de la cápside.
Figura 6.11. Imagen de dos rotavirus: el derecho está cubierto por anticuerpos que
impiden la adhesión a la célula huésped
Cuando el sistema inmunitario adaptativo de un vertebrado encuentra un virus, produce
anticuerpos específicos que se unen al virus y lo hacen no infeccioso, lo que se denomina
inmunidad humoral.
Existen dos tipos de anticuerpos antivirales. El primero se denomina IgM (Inmunoglobulina
M) y es altamente eficaz para neutralizar los virus, pero sólo es producido por las células del
sistema inmune durante unas pocas semanas. El segundo, denominado IgG (Inmunoglobulina
G), se produce indefinidamente.
La presencia de IgM en la sangre del huésped se utiliza para determinar una infección
aguda, mientras que el IgG indica una infección en el pasado. Los dos tipos de anticuerpos se
analizan cuando se llevan a cabo las pruebas de inmunidad.
Una segunda línea de defensa de los vertebrados frente a los virus se denomina inmunidad
celular. Las células del organismo muestran cortos fragmentos de sus proteínas en la superficie
celular. Si un linfocito T reconoce en una célula un fragmento sospechoso de ser viral, destruye
1
Para una visualización animada del modo de actuación de DICER véase:
http://www.youtube.com/watch?v=RdxtoTRkHSk
17
Tema 6. Enfermedades víricas
dicha célula y, a continuación, se produce una proliferación de los linfocitos T específicos para
ese virus.
Los interferones, que son glicoproteínas, impiden la replicación de una amplia variedad de
virus de tipo ssARN y ssADN. Los interferones son secretados por las células infectadas
estimulando, en las células no infectadas, la producción de proteínas que inhiben la replicación
de diferentes tipos de virus.
Figura 6.12. Interferon beta-05
No todas las infecciones por virus producen una respuesta inmune protectora como la que se
acaba de comentar. El VIH evade al sistema inmunológico por el cambio constante de la
secuencia de aminoácidos de las proteínas en la superficie del virión. Estos persistentes virus
eluden el control mediante el secuestro y bloqueo de la presentación antigénica, resistencia a las
citoquinas, evasión a las actividades de los linfocitos T, inactivación de la apoptosis y mediante
el cambio antigénico. Otros virus, denominados virus neurotróficos, se propagan en el sistema
neural, donde el sistema inmunológico es incapaz de llegar a ellos.
6.14. Vacunas
La vacunación es una forma barata y eficaz en la prevención de las infecciones causadas por
los virus. Las vacunas se han utilizado para prevenir las enfermedades virales desde mucho
antes del descubrimiento de los virus. Su uso ha dado lugar a una espectacular disminución de la
morbilidad (enfermedad) y mortalidad (muerte) asociada a infecciones virales como
poliomielitis, sarampión, paperas y rubeola.
En la actualidad se dispone de vacunas para prevenir más de trece infecciones virales en los
seres humanos y algunas otras se utilizan para prevenir infecciones virales en animales. La
vacunación provoca la infección en condiciones controladas, estimulando el sistema inmune del
individuo vacunado para que produzca un arsenal de anticuerpos y células inmunes con
capacidad para destruir o neutralizar cualquiera otra invasión por parte del mismo agente
infeccioso.
Las vacunas pueden consistir en virus vivos atenuados, en virus muertos, o contener sólo las
proteínas virales (antígenos).
18
Síntesis de antivirales
Las vacunas vivas contienen formas debilitadas del virus que causa la enfermedad. Las
vacunas vivas pueden ser peligrosas cuando se administran a las personas inmunodeficientes,
puesto que en estas personas incluso el virus debilitado puede causar la enfermedad original. Sin
embargo, la vacuna contra el virus de la fiebre amarilla, obtenida de una cepa atenuada
denominada 17D, es posiblemente una de las vacunas más seguras y eficaces fabricadas hasta la
fecha.
La biotecnología y las técnicas de ingeniería genética se utilizan para producir vacunas de
subunidades. Estas vacunas usan sólo la cápside de proteínas del virus. La vacuna de la hepatitis
B es un ejemplo de este tipo de vacuna. Las vacunas de subunidades son seguras para pacientes
inmunodeficientes, ya que no pueden causar la enfermedad.
6.15. El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH)
El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) fue descubierto por Luc Montagnier en
Francia en 1983. La estructura del virus es esférica, con un diámetro de aproximadamente 100
nanómetros (véase la figura 6.13). Su parte exterior contiene una membrana, que originalmente
pertenecía a la célula de donde el virus emergió, en la que se encuentra una proteína del virus, la
gp41, o glicoproteína transmembrana. Conectada a la gp41 está la gp120. Estos antígenos
proteicos de la envoltura exterior se acoplan de forma específica con proteínas de la membrana
de las células infectables, especialmente de los linfocitos T4.
Figura 6.13. Virus VIH
En el núcleo del virus se encuentra la cápside, compuesta por la proteína p24. En su interior
está el ARN que contiene varios genes, cada uno de los cuales codifica las diversas proteínas
que el VIH necesita para reproducirse. Dentro de la cápside también se encuentran las
transcriptasas reversas (TR, también denominas transcriptasas inversas) y las integrasas.
El genoma del virus está contenido en una cadena de ARN monocatenario (ssARN) , que
debe copiarse provisionalmente a ADN para poder multiplicarse e integrarse en el genoma de la
célula que infecta.
Tema 6. Enfermedades víricas
19
El proceso de conversión de ARN en ADN es la principal característica de los retrovirus y
se lleva a cabo mediante acciones enzimáticas de la transcriptasa reversa (TR).
Cuando el virus VIH entra en la célula hospedadora, la cadena simple de ARN viral
comienza su transformación en una doble cadena de ADN por acción de la enzima viral
transcriptasa reversa (TI). La integrasa y otros cofactores actúan para que el ADN del virus se
fusione con el ADN de la célula huésped a través de la transcripción en el genoma de la célula
que aloja al virus. De esta manera, la célula queda infectada por el virus. Después de este
proceso, puede ocurrir que el virus entre en latencia mientras la célula infectada continúa sus
funciones, o bien que el virus comience a replicarse activamente y libere viriones capaces de
infectar otras células.
Existen dos tipos del VIH, llamados VIH-1 y VIH-2. El primero de ellos corresponde al
virus descubierto originalmente. Es más virulento e infeccioso que el VIH-2 y es el causante de
la mayoría de infecciones por VIH en el mundo. El VIH-2 es menos contagioso y se encuentra
confinado casi exclusivamente en los países de África occidental.
Los genomas del VIH-1 y VIH-2 son muy similares. Ambos están compuestos por los tres
genes básicos de la familia de los retrovirus (genes gag, pol y env), codificando cada uno de
éstos proteínas que ayudan a la reproducción del virus. El genoma del VIH posee otros seis
genes adicionales: tat, rev, vpu (vpx en el caso del VIH-2), vif y nef.
Figura 6.14. Estructura del virus VIH-2
Las proteínas estructurales son codificadas por los genes gag, pol y env, y su secuencia
cubre la mayor parte del genoma viral, quedando sólo una parte menor para el resto de los
genes.
El gen gag es traducido a una proteína precursora, la p55, que luego, durante la gemación,
se asocia a dos copias del ARN viral.
El gen pol codifica una proteasa que se encarga de cortar a la proteína p55, durante la
maduración del virión, en otras cuatro proteínas que son:
1) La proteína p24, que es la que forma la cápside.
20
Síntesis de antivirales
2) La proteína p17, que constituye la matriz, situada bajo la envoltura, a la que estabiliza.
3) Las proteínas p6 y p7 (ó p9), que son las que forman la nucleocápside. La región de la
p55 correspondiente al polipéptido p6 es responsable de la incorporación de la proteína
accesoria Vpr (producto de la traducción del gen vpr) al virión en formación y de la interacción
con la membrana de la célula que hace posible la gemación. La p7 (ó p9) es responsable del
reconocimiento y la incorporación del ARN al virión y además interviene en la transcripción
inversa.
Dentro de la cápside coexisten dos copias idénticas del ARN viral junto con las enzimas
necesarias para la multiplicación del virus: una transcriptasa reversa, una integrasa, una proteasa
y una ARNasa. Todos estos enzimas se producen a partir de la proteína Pol.
a) La transcriptasa reversa (p50), que es una ADN-polimerasa y tiene como función la
síntesis del ADN de doble cadena del provirus, usando como patrón la cadena singular del ARN
viral. Así, una vez formada la primera cadena de ADN, complementaria del ARN viral, la
ARNasa lo separa de él, lo que permite a la transcriptasa inversa ejecutar la síntesis de la
segunda cadena de ADN tomando como molde la primera que se formó. Así pues, en la síntesis
de la primera cadena la actividad de la transcriptasa reversa es ARN-dependiente, pero en la
síntesis de la segunda cadena es ADN-dependiente.
Existen múltiples fármacos que ejercen su acción inhibiendo la actividad de la transcriptasa
reversa.
b) La integrasa (p31), que realiza la inserción del ADN proviral en el genoma de la célula
hospedadora. No se requiere ATP para su actividad y debe cumplir sucesivamente tres
funciones:
.- Actividad exonucleasa, cortando dos núcleótidos del extremo 3' de cada una de las dos
cadenas del ADN proviral.
.- Actividad endonucleasa (de doble cadena), cortando el ADN de la célula huésped en el
punto de integración.
.- Actividad ligasa, uniendo el ADN proviral en el ADN celular mediante un sólo enlace
covalente en cada extremo.
En la actualidad existe un fármaco comercializado contra la actividad de la integrasa
denominado raltegravir.
Figura 6.15. Imágenes de la integrasa de VIH
21
Tema 6. Enfermedades víricas
c) La proteasa (p10), que es una aspartil-proteasa que actúa cortando las piezas de las
proteínas Gag, Pol y Gag-Pol. Una parte de los fármacos empleados contra el VIH son
inhibidores de su función.
d) La ARNasa (p15), que separa la cadena de ARN de la de ADN durante el proceso de la
transcripción inversa.
La envoltura del VIH consta de una bicapa lipídica, lo mismo que cualquier membrana
biológica, y sus componentes estructurales básicos proceden de la membrana plasmática de la
célula parasitada. La envoltura del VIH porta regularmente espaciadas 72 espículas, que son
complejos proteicos integrados en la membrana formados por proteínas virales codificadas por
el gen env. Cada espícula está formada por una pieza de la proteína gp41, integrada en la
membrana, y una cabeza externa formada por la proteína gp120, esencial para el acoplamiento
con el exterior de las células que van a ser infectadas por el VIH.
Cuando no se produce la interacción con receptores de la superficie celular, la gp41 está
cubierta por la gp120, lo que la hace indetectable por el sistema inmunológico. Una vez que la
gp120 se ha unido con receptores CD4 y otros correceptores de la célula hospedador, la gp120
cambia su conformación y permite la exposición de la gp41, que asiste en la fusión del virus con
la célula hospedadora.
Glicoproteína gp120
Glicoproteína gp41
Membrana viral
ARN
Transcriptasa
reversa
Figura 6.16. Virus VIH mostrando las proteínas transmembrana gp120 y gp41
Entre los dos componentes de las espículas existe una unión no covalente. Las proteínas
gp41 y gp120 se sintetizan como una sola poliproteína, gp160, con la información del gen env
22
Síntesis de antivirales
antes de que sea cortada por una proteasa de la célula. La proteína Env existe como trímero en la
superficie de los viriones y las células infectadas.
Los fármacos inhibidores de la fusión funcionan contra la proteína gp41, para evitar su
unión a los linfocitos.
6.15.1. Proteínas reguladoras
La proteína Tat existe en dos formas, una larga, de 101 aminoácidos de longitud, y otra más
corta, de sólo 72. La segunda se produce cuando en fase temprana se produce una edición
completa del ARNm viral, la primera cuando en una fase más tardía sólo se realiza una edición
parcial. La proteína Tat (por transactivator) promueve activamente la producción de nuevos
viriones. Así, se une a una región de 59 nucleótidos situada en el extremo 5' del ARN viral
llamada TAR (Transactivator Active Region) y actúa como un transactivador, algo excepcional,
puesto que éstos suelen unirse al ADN, no al ARN. En cuanto este extremo inicial del genoma
viral ha sido transcrito desde el ADN proviral, la proteína Tat se une a él y promueve su
elongación favoreciendo la transcripción del resto de la cadena.
6.15.1.a. Rev
La proteína Rev regula la expresión del ARN viral controlando el ritmo de exportación del
ARNm.
6.15.1.b. Tat y Rev: acción conjunta
La acción sinergística de Tat y Rev incrementa fuertemente la expresión de proteínas
virales. Los papeles que Tat y Rev desempeñan en la regulación transcripcional del VIH-1 y en
la expresión de proteínas estructurales, respectivamente, hacen que Tat y Rev sean esenciales
para el ciclo de vida del VIH. Sus funciones facilitan la expresión de proteínas virales en dos
etapas. Después de la integración del ADN proviral y de su transcripción en un nivel basal,
solamente los ARNm de 2 KB se transportan al citoplasma, lo que permite la síntesis de Tat,
Rev y Nef. Una vez sintetizadas, las proteínas Tat y Rev son transportadas al núcleo, donde
actúan aumentando la transcripción del ADN del provirus (Tat) y el transporte de todos los
ARNm virales al citoplasma (Rev).
6.15.2. Proteínas accesorias
6.15.2.1. Vif: incremento en infectividad y protección del genoma viral
Vif es una proteína de 193 aminoácidos que está presente en bajos niveles dentro de los
viriones donde interactúa con ARN genómico viral. La proteína Vif se emplea en la eliminación
del factor ApoBEC3G, una desaminasa de citidinas que convierte la citosina en uracilo, y
emplea como sustrato el ADN de cadena sencilla.
6.15.2.2. Vpu
La Vpu es una proteína de 81 aminoácidos que es insertada en las membranas vía su
terminal nitrogenado. La Vpu se acumula en el aparato de Golgi y en los endosomas celulares.
La Vpu es única en VIH-1 y no hay homólogos en lentivirus relacionados como el VIH-2 y el
VIS. A la VPU se le han atribuido dos actividades que se explican a continuación.
Tema 6. Enfermedades víricas
23
6.15.2.2.a. Degradación de la proteína CD4
En ausencia de la Vpu, la proteína CD4 interactúa con la proteína viral gp160 recién
sintetizada para formar un complejo insoluble, el cual retiene gp120 dentro de la célula. La
región citoplásmica de la Vpu se puede unir con CD4 y con la proteína β-TrCP lo que induce la
ubiquitinizacion de CD4 y su subsiguiente degradación por el proteasoma, incrementando así la
expresión de gp120 en la superficie celular.
6.15.2.2.b. Desprendimiento de viriones de la membrana celular
Esta actividad depende de la región transmembranal de la Vpu. En ausencia de Vpu, los
viriones se acumulan en la superficie celular en un estado parcialmente desprendido. La
expresión de la Vpu tiene como resultado la liberación de viriones de la membrana celular. Este
efecto no está restringido solamente al VIH-1, puesto que la Vpu también facilita el
desprendimiento de otros virus no relacionados. El mecanismo mediante el que actúa la Vpu no
está claro aunque se ha sugerido que la Vpu facilita la fluidez de la membrana celular por medio
de un canal de cationes y también que la Vpu causa disrupción de interacciones entre proteínas
del VIH y de la superficie celular; lo que previene la endocitosis de viriones recientemente
desprendidos de la célula.
6.15.3. Ciclo de replicación
Las células que el VIH invade son esencialmente los linfocitos T CD4+, pero también en
menor medida los monocitos/macrófagos, las células dendríticas, las células de Langerhans y
las células de microglía del cerebro. La replicación viral tiene lugar en tejidos diversos, como
por ejemplo de ganglios linfáticos, intestino, cerebro, timo, etc. Los órganos linfoides, sobre
todo los ganglios linfáticos, constituyen la principal sede de su replicación. El virus está
presente en numerosos líquidos del organismo, en particular la sangre y las secreciones
genitales.
La replicación del virus se desarrolla en las siguientes etapas:2
1) Fijación. La fijación representa la primera etapa en la invasión de una célula. Se basa en
el reconocimiento mutuo y acoplamiento de proteínas de la envoltura del virión, las gp120 y
gp41, y los receptores de la célula blanca, los CD4. Este reconocimiento no es posible sin ayuda
de correceptores propios de las células susceptibles de ser invadidas, que en el caso de los
macrófagos son los CCR5 y en el caso de los LT4, los CXCR4, que interactúan con la proteína
superficial. Los macrófagos y los LT4 tienen en común el receptor CD4. Este reconocimiento es
condición obligada para que el virus llegue a penetrar en la célula y continuar con el proceso de
infección.
2
En las siguientes páginas web se puede visualizar el proceso de replicación del virus VIH:
http://www.youtube.com/watch?v=36UDFKEpc2E
http://www.youtube.com/watch?v=hdgNnXLY8LU
24
Síntesis de antivirales
Figura 6.17. Acoplamiento de la proteína gp120 a un receptor CD4 de linfocito
2) Penetración. Una vez reconocido el virión por los receptores de superficie se vacía
dentro de la célula, fusionándose la envoltura lipídica del virión con la membrana plasmática de
la célula. Los dos ARN mensajeros, que forman el genoma viral, y sus proteínas asociadas
pasan al citoplasma de la célula hospedadora protegidos por la cápside y las nucleocápsides.
3) Eliminación. En el tercer paso se produce la eliminación de las cubiertas proteicas:
cápside y nucleocápsides. Una vez dentro de la célula hospedadora, el ARN vírico es liberado
en el citoplasma y listo para ser procesado.
4) Transcripción inversa. El cuarto paso es el de la transcripción inversa del ARN vírico
para formar ADNc (ADN complementario, monocatenario). Cada una de las dos moléculas de
ARN llega desde el virión asociada a una molécula de transcriptasa reversa que es la encargada
de traducir el ARN en ADNc. Las moléculas de ADNc se asocian para formar una molécula de
ADN, que es la forma en la que guarda la información la célula eucariota. El paso siguiente es la
integración del genoma vírico en el genoma de la célula huésped. Para ello el ADN viral penetra
en el núcleo y se inserta en el ADN celular con ayuda de una integrasa, que procede del virión
infectante.
La transcripción del ADN vírico se lleva a cabo mediante la maquinaria bioquímica que
contiene la célula hospedadora. El resultado de la transcripción es un ARNm que está
constituido por una sucesión de intrones (partes no informativas) y exones (partes informativas).
El ARNm viríco debe ser procesado mediante cortes y reempalmes antes de que la información
que contiene pueda servir para fabricar las proteínas víricas.
Tema 6. Enfermedades víricas
25
Figura 6.18. Ciclo de replicación del VIH
5) Salida del ARNm. En el quinto paso el ARNm sale, a través de las nucleoporinas, del
núcleo de la célula huesped y pasa al citoplasma.
6) Traducción del ARNm. Una vez en el citoplasma el ARNm proporciona la información
para su traducción en proteínas. Esta operación se realiza usando el sistema de la célula
hospedadora. El resultado de la traducción no consiste inmediatamente en proteínas víricas
funcionales, sino en poliproteínas que deben ser cortadas en fragmentos. En este punto entran en
acción las proteasas específicas del VIH que cortan las poliproteínas producto de la traducción
dando lugar a las proteínas constitutivas del virus. Las proteínas víricas fabricadas se
ensamblan, junto con ARN provirales, para formar los componentes internos de la estructura del
virión que constituyen la cápside y su contenido.
7) Gemación. El último paso del proceso infeccioso es la gemación. Los nucleoides víricos
se aproximan a la membrana plasmática y se hacen envolver en una verruga que termina por
desprenderse, formando un nuevo virión o partícula infectante. En cada célula infectada se
26
Síntesis de antivirales
ensamblan varios miles de nuevos viriones, aunque muchos son incompletos y no pueden
infectar.
Figura 6.19. Imágenes de la transcriptasa reversa mostrando la molécula de ARN y de
ADN transcrito
El VIH sólo se puede transmitir a través del contacto entre fluidos corporales que poseen
una alta concentración viral. El virus no se transmite de manera casual. No se han reportado
casos en los que abrazos, besos secos o saludos con las manos hayan sido causantes de
infección. El virus ha sido aislado en la saliva, las lágrimas y la orina, el semen, el líquido
preseminal, los fluidos vaginales, el líquido amniótico, la leche materna, el líquido
cefalorraquídeo y la sangre, entre otros fluidos corporales humanos.
6.16. Fármacos antivirales
El primer agente antiviral verdaderamente eficiente fue el aciclovir, que se empleó como
tratamiento profiláctico del herpes genital y cutáneo, y también en el tratamiento de las lesiones
causadas por el Herpes zoster.
Durante los últimos veinte años, el desarrollo de fármacos antivirales ha continuado
aumentado impulsado por la epidemia del sida. Los medicamentos antivirales son a menudo
análogos de nucleósidos (falsos nucleósidos, los bloques de construcción de los ácidos
nucleicos) que los virus incorporan a sus genomas durante la replicación. Los análogos de
nucleósidos consiguen detener el ciclo de vida del virus porque las nuevas cadenas de ADN
sintetizadas son defectuosas debido a que los análogos de nucleósidos carecen de los grupos
hidroxilos que, junto con los grupos fosfato, forman los enlaces de la columna vertebral de la
molécula de ADN.
Ejemplos de análogos de nucleósidos son el aciclovir, que se emplea en el tratamiento del
virus del herpes y la lamivudina, que se utiliza en el tratamiento de las infecciones de VIH y
27
Tema 6. Enfermedades víricas
hepatitis B. El aciclovir es uno de los fármacos antivirales más antiguos y más frecuentemente
prescritos.
O
O
NH2
O
N
N
O
NH2
HO
HO
S
N
O
HO
Aciclovir
N
NH
N
NH
N
H3C
Lamivudina
O
N
O
HO
O
N3
Azidotimidina (AZT)
N
NH2
N
O
HO HO
Ribavirina
Figura 6.20. Estructuras de fármacos antivirales
La hepatitis C es causada por un virus ARN. En el 80% de las personas infectadas, la
enfermedad es crónica y sin tratamiento continúan siendo infecciosas para el resto de sus vidas.
El tratamiento actual de la hepatitis C emplea el fármaco ribavirina, un análogo de nucleósido,
en combinación con interferón. Actualmente se está desarrollando una estrategia similar con
lamivudina para el tratamiento de los portadores crónicos de hepatitis B. Otros fármacos
antivirales en uso tienen como objetivo diferentes etapas del ciclo replicativo viral.
El VIH depende de una enzima proteolítica denominada proteasa VIH-1 para ser
plenamente infeccioso. Existe una clase de medicamentos, denominados inhibidores de la
proteasa, que han sido diseñados para inactivar esta enzima.
El sida, provocado por el VIH, tiene un tratamiento antiviral de zidovudina (azidotimidina o
AZT). La zidovudina es un potente inhibidor de la transcriptasa reversa (TR), enzima esencial
en el proceso de replicación del VIH.
Figura 6.21. Modo de acción de los inhibidores de la transcriptasa reversa
Desgraciadamente, los efectos del AZT no son duraderos y, en algunos casos, son inútiles
porque la zidovudina no tiene ningún efecto sobre el ADN vírico (provirus), ya que sólo inhibe
la formación de éste pero no su expresión en las células huésped.
Por otro lado, el consumo prolongado de zidovudina puede provocar mutaciones del VIH,
haciendo que el virus se haga resistente al tratamiento.
28
Síntesis de antivirales
6.16.1. Inhibidores de la Transcriptasa Reversa Análogos de Nucleósidos (ITRN)
El tratamiento actual de la infección por VIH se basa en una combinación de fármacos que
incluye un inhibidor de la transcriptasa reversa análogo de nucleósido (ITRN), un inhibidor de
la transcriptasa reversa no análogo de nucleósido (ITRNN) y un inhibidor de proteasa (IP). De
entre los fármacos ITRN destacan la azidotimidina (AZT), la didanosina (Videx®,
zalcitabina®), la lamivudina (3TC) y la estavudina (Zerit®).
Al grupo de medicamentos anteriores se le ha añadido la emtricitabina (Emtriba®) y el
abacavir (Ziagenavir®). Este compuesto es un análogo de guanosina con una excelente
actividad antiviral in vitro. Desafortunadamente el abacavir produce una reacción de
hipersensibilidad hasta en el 3% de los casos y no es activo en contra de virus que son
resistentes a AZT o 3TC.
Figura 6.22. Inhibidores de la transcriptasa reversa análogos de nucleósidos (ITRN)
6.16.2. Inhibidores de la Transcriptasa Reversa No Análogos de Nucleósidos (ITRNN)
Los inhibidores de la transcriptasa reversa no análogos de nucleósidos (ITRNN) también
inhiben la mencionada enzima pero, aunque son muy potentes, originan una rápida resistencia,
incluso con la aparición de una sola mutación. En el grupo de los ITRNN cabe mencionar la
nevirapina (Viramune®), el efavirenz (Stocrin®) y la delavirdina (Rescriptor®).
CH3
H3C
H3C
H
N
HN
O
F3C
Cl
N
N
Nevirapina
N
O
O
N
H
Efavirenz
H3C
H
N
S
O O
N
N
N
N
H
O
Delavirdina
Figura 6.23. Inhibidores de la transcriptasa reversa no análogos de nucleósidos (ITRNN)
Tema 6. Enfermedades víricas
29
En la figura 6.24 se indica esquemáticamente el modo de acción de los ITRNN (en inglés
NNRTI).
Figura 6.24. Modo de acción de los fármacos ITRNN
6.16.3. Inhibidores de Proteasa (IP)
En su proceso de replicación el virus VIH produce largas cadenas de proteínas que
necesitan ser fragmentadas en trozos más pequeños para dar lugar a las proteínas y a las enzimas
que se empleará el virus en su proceso de reproducción. La fragmentación de las cadenas más
largas se lleva a cabo por una proteasa y sus inhibidores impiden dicha fragmentación. De este
modo, las proteínas no cortadas originan a copias defectuosas del virus VIH que, si bien pueden
destruir la célula que infectaron, ya no pueden infectar más células.
Al producir nuevos virus defectuosos se logra parar la propagación del virus dentro del
organismo, consiguiéndose una cronificación de la infección del VIH. Como el organismo del
individuo infectado contiene menos virus, son también menos las células CD4 infectadas, con lo
que el paciente puede combatir mejor las infecciones y vivir durante más tiempo.
Los inhibidores de la proteasa (IP) no pueden eliminar completamente el VIH del
organismo. Sin embargo, con este tipo de medicamentos, se ha observado que pueden reducir la
cantidad del VIH hasta en un 99% aunque algunos sigan latentes dentro de las células
infectadas.
Entre los fármacos inhibidores de proteasa se encuentran el indinavir (Crixivan®), ritonavir
(Norvir®), saquinavir (Invirase®, Fortovase®), nelfinavir (Viracept®), fosamprenavir calcio
(Lexiva®, Telxir®), tripanavir (Aptivus®), darunavir (Prezista®) y atazanavir sulfato
(Reayataz®).
30
Síntesis de antivirales
Figura 6.25. Estructuras de fármacos inhibidores de proteasa (IP) del VIH
Tema 6. Enfermedades víricas
31
6.17. Síntesis de antivirales
6.17.1. Aciclovir
El año 1962 la compañia Burroughs Wellcome & Company, actualmente GlaxoSmithKline,
inició una línea de investigación en drogas antivirales. En 1974 Howard Schaeffer y Lilia
Beauchamp, investigadores de Burroughs Wellcome & Co, descubrieron el aciclovir. Las
pruebas clínicas se iniciaron en 1977 y en el año 1982 se comercializó el aciclovir para uso
tópico. El aciclovir significó el comienzo de una nueva era en la terapia antiviral ya que es
extremadamente selectivo y posee un bajo nivel de citotoxicidad. La farmacóloga Gertrude
Belle Elion y George H. Hitchings recibieron el Premio Nobel de Medicina en 1988 debido, en
parte, al desarrollo de este compuesto.
El aciclovir es un fármaco antiviral que se usa en el tratamiento de las infecciones
producidas por el virus herpes humano (VHH), entre las que se incluyen el herpes genital, el
herpes bucal, el herpes zóster, la varicela y la mononucleosis infecciosa. Este fármaco impide la
replicación viral disminuyendo la extensión y duración de la enfermedad. El aciclovir es un
análogo de la guanosina cuyo anillo de ribosa ha sido reemplazado por una cadena abierta.
Figura 6.26. Estructuras de la guanosina y del aciclovir
El aciclovir se considera una prodroga ya que son sus metabolitos las sustancias antivirales
activas. Los virus sensibles al aciclovir lo convierten selectivamente, por intervención de una
timidina quinasa, en una forma monofosfatada A continuación, el monofosfato, por acción de
quinasas celulares, es convertido, primero en difosfato y luego en trifosfato, que es el metabolito
activo capaz de inhibir la síntesis de ADN viral (véase el esquema 6.1).
Esquema 6.1. Fosforilación del aciclovir
Uno de los mecanismos de acción de los análogos de nucleósido antivirales se inicia con la
penetración de fármaco en la célula. A continuación, el fármaco es fosforilado por quinasas
virales, lo que permite su incorporación a la cadena de ADN viral que se está replicando. La
incorporación del análogo provoca la terminación de la cadena de ADN viral (véase el esquema
32
Síntesis de antivirales
6.2). El efecto final es la detención de la replicación del virus. Este efecto es muy selectivo en
los virus herpes simple tipos 1 y 2 (VHH 1 y 2), virus varicela-zóster (VZV), virus de EpsteinBarr (VEB) y virus herpes humano 6 (VHH6).
Esquema 6.2
La baja toxicidad del fármaco se explica por su escasa afinidad hacia las polimerasas
celulares y a que su fosforilación ocurre sólo en células infectadas.
6.17.1.a. Análisis retrosintético
En el esquema 6.3 se indica el análisis retrosintético para el aciclovir que se inicia con la
desconexión, basada en una reacción SN2, de la cadena lateral oxigenada. Esta operación genera
el sintón aniónico nucleofílico 6.1 y el sintón catiónico electrofílico 6.2. El precursor del
equivalente sintético del sintón aniónico 6.1 será la guanina protegida 6.3 mientras que el
equivalente sintético del sintón catiónico 6.2 será el haloéter 6.4 (X=halógeno).
Esquema 6.3
6.17.1.b. Síntesis
El compuesto de partida para la síntesis del aciclovir es la guanina 6.5 (esquema 6.4).3 La
reacción de este compuesto con bis(trimetilsilil)amina proporciona la guanina protegida 6.3 que
reacciona con el 1-benzoiloxi-2-clorometoxietano 6.4 para dar lugar, después de la hidrólisis, al
compuesto 6.7. La eliminación del grupo benzoilo, por reacción con una disolución metanólica
de amoníaco, permite la obtención del aciclovir.
3
(a) Patente US 4,294,831. (b) Patente US 4,294,831,
33
Tema 6. Enfermedades víricas
Esquema 6.4
El compuesto 6.4 se prepara mediante la secuencia de reacciones que se indica a
continuación:
Esquema 6.5
6.17.1.c. Cuestiones
1) La reacción SN2 entre la guanina protegida 6.3 sobre el cloroéter 6.4 se produce de forma
regioselectiva, siendo el grupo NH del anillo imidazólico el que provoca el desplazamiento
nucleofílico del cloro ¿por qué el grupo NH del anillo imidazólico es más nucleofílico que el
grupo NH del anillo de pirimidinona?
Esquema 6.6
2) Explique mecanísticamente las reacciones implicadas en la síntesis del compuesto 6.4 a partir
de benzonitrilo.
6.17.2. Azidotimidina (Zidovudina, AZT)
La azidotimidina, también denominada Zidovudina o AZT, se aprobó en 1987 para el
tratamiento de personas infectadas con el VIH. Se comercializa bajo el nombre de Retrovir® y
Retrovis®, y es un ingrediente en el Combivir®, Epzicom® y Trizivir®. El AZT fue sintetizado
en 1964 por Jerome Horwitz en el Wayne State University School of Medicine como agente
anticáncer. El AZT es un análogo de la timidina.
34
Síntesis de antivirales
O
H3C
O
H3C
NH
HO
N
O
O
N3
Azidotimidina (AZT)
NH
HO
N
O
O
OH
Timidina
Figura 6.27. Estructuras de AZT y de la timidina
En febrero de 1985, Samuel Broder, Hiroaki Mitsuya y Robert Yarchoan, tres cientificos del
National Cancer Institute (NCI), en colaboración con Janet Rideout y otros cientificos del
Burroughs Wellcome (ahora GlaxoSmithKline) comenzaron a investigar la potencialidad del
AZT como fármaco contra el sida. En ese mismo año los laboratorios Burroughs Wellcome Co.
presentaron una patente sobre el AZT.
El 20 de marzo de 1987, la Food and Drug Administration (FDA) dio su aprobación al
empleo del AZT como fármaco para su uso contra el VIH. En un principio este fármaco era
administrado en elevadas dosis (unos 400 mg cada cuatro horas), lo que provocaba anemia,
entre otros efectos secundarios. En los tratamientos actuales se suelen recetar dosis más bajas de
AZT (por ejemplo, 300 mg) dos veces al día.
Desde 1996, el AZT, al igual que otros medicamentos antirretrovirales, se utiliza como
parte de la terapia antirretroviral de gran actividad (TARAA, en inglés HAART de Highly
Active Antriretroviral Therapy), en combinación con otros fármacos, con el fin de evitar la
mutación del VIH resistente al AZT. El virus incorpora el AZT a su genoma durante la
replicación, deteniéndose su ciclo de vida porque las nuevas cadenas de ADN viral son
defectuosas.
En la figura 6.28 se indica esquemáticamente el modo de acción de los análogos de
nucleósidos. En esta figura se representa a la transcriptasa reversa, la enzima que convierte a la
hebra de ARN en una hebra de ADN, con un círculo de color verde.
Figura 6.28. Representación del modo de acción de los análogos de nucleósidos
35
Tema 6. Enfermedades víricas
La zona de unión del cebador (primer) se indica con un círculo de color azul (P). La zona de
unión del análogo de nucleósido con un círculo de color blanco (N). La plantilla de ARN viral
está coloreada en azul y la hebra de (-)-ADN en granate. El análogo de nucleósido fosforilado
(dibujado en color verde) se incorpora en la cadena de ADN creciente pero la elongación de esta
cadena queda bloqueada por la ausencia de grupo hidroxilo en la posición 3 o, como en el caso
de AZT, por la presencia del grupo azida en esta posición.
6.17.2.a. Análisis retrosintético
El análisis retrosintético del AZT (esquema 6.7) se inicia con la desconexión de la función
azida, que se instalará mediante reacción SN2 del anión azida sobre el compuesto 6.8 (X=grupo
saliente), que procederá del compuesto 6.9. Este intermedio se obtendrá del nucleósido timidina
6.10.
O
H3C
O
H3C
NH
HO
N
O
O
SN2
PO
6.8
N3
Azidotimidina (AZT)
X
O
NH
N
O
O
PO
IGF
H3C
N3
H3C
NH
OH N
O
6.9
+
O
O
NH
HO
N
O
O
OH
6.10
Esquema 6.7
6.17.2.b. Síntesis
El compuesto de partida para la síntesis del AZT es el nucleósido desoxitimidina 6.10
(esquema 6.8).4 La tritilación selectiva del hidroxilo primario, por reacción con Ph3CCl (cloruro
de tritilo) en piridina, proporciona la 5-O-tritiltimidina 6.11, que se convierte en el mesilato
6.12. Cuando el compuesto 6.12 se trata con hidróxido sódico acuoso en etanol, a temperatura
ambiente durante toda la noche, se obtiene el producto de ciclación 6.13 como resultado del
desplazamiento nucleofílico intramolecular de la agrupación mesilato. El calentamiento de 6.13
a reflujo de hidróxido sódico acuoso proporciona el compuesto 6.9, que se convierte en el azido
derivado 6.7 mediante mesilación del hidroxilo y desplazamiento SN2 con azida de litio. La
escisión del tritil éter, mediante reacción de 6.7 con cloruro de hidrógeno clorofórmico,
proporciona el AZT.5
4
(a) Fox, J. J.; Miller, N. C. J. Org. Chem. 1963, 28, 941-936. (b) Lin, T-S.; Prusoff. W. H. J. Med.
Chem. 1978, 21, 109-112.
5
Horwitz, J.; Chua, J. Noel, M. J. Org. Chem. 1964, 29, 2076-2078.
36
Síntesis de antivirales
Esquema 6.8
6.17.2.c. Cuestiones
1) ¿Por qué se produce la tritilación selectiva del hidroxilo primario de la timidina en la reacción
con cloruro de tritilo (Ph3CCl) en piridina?
Esquema 6.9
2) Explique mecanísticamente la conversión de 6.13 en 6.9.
O
N
TrO
N
O
O
CH3
NaOH ac.
H3C
TrO
reflujo, 5 h
O
6.13
NH
OH N
O
6.9
Esquema 6.10
O
37
Tema 6. Enfermedades víricas
3) Explique mecanísticamente la reacción de destritilación que se emplea en la conversión de
6.7 en AZT.
Esquema 6.11
6.17.3. Ribavirina
La ribavirina, también conocida como virazole, es un nucleósido sintético que inhibe in
vitro el crecimiento de virus tanto ADN como ARN, tales como mixovirus, paramixovirus,
arenavirus, bunyavirus, virus del herpes, adenovirus y poxvirus.
En las células infectadas la ribavirina sufre un proceso de fosforilación provocado por
enzimas tisulares como la adenosina-quinasa. La ribavirina monofosfato inhibe la síntesis de
guanosína monofosfato, reduciendo sus niveles intracelulares. Por otro lado, la ribavirina
trifosfato inhibe la enzima mRNA-guanililtransferasa inhibiendo la síntesis de ARN mensajero
vírico y también de la ARN polimerasa. A altas concentraciones la ribavirina inhibe in vitro la
transcriptasa inversa del VIH.
6.17.3.a. Análisis retrosintético
El análisis retrosintético de la ribavirina implica la desconexión del enlace C-N del
glucósido (esquema 6.12). Esta operación genera el sintón catiónico 6.15 y el sintón aniónico
6.14.
O
O
N
HO
N
N
NH2
N
N
O
NH2
N
6.14
HO
O
HO HO
Ribavirina
HO HO
6.15
Esquema 6.12
6.16.3.b. Síntesis
Para la síntesis de la ribavirina se eligen como materiales de partida el 1,2,4-triazol-3carboxilato de metilo 6.166 y la 1,2,3,5-tetra-O-acetyl-β-D-ribofuranosa 6.17 (esquema 6.13).7
El calentamiento de estos dos compuestos a 160-165ºC en presencia de fosfato de bis(p6
de Keczer1, A. A.; R. Masjedizadeh1, M. R.; Wu, S-Y.; Lara-Jaime, T.; Comstock1, K.; Charles
Dvorak, C.; Liu, T-Y.; Berger, W. J. Label. Compd. Radiopharm. 2006, 49, 1223-1236.
7
Witkowski, J. T.; Robins, R. K.; Sidwell, R. W.; Simon, L. N. J. Med. Chem. 1972, 15, 1150-1154.
38
Síntesis de antivirales
nitrofenilo) proporciona el análogo de nucleósido 6.18. La ribavirina se obtiene mediante
desacetilación de 6.18 por reacción con amoníaco metanólico.
O
N
OMe
N
H
N
N 6.16
AcO
(pNO2C6H4O)2P(O)OH
+
AcO
O
O
160-165ºC (78%)
OAc
O
N
N
O
AcO OAc
HO
NH3, MeOH
25ºC, 18h (90%)
6.18
AcO
OAc
N
OMe
N
NH2
N
O
HO HO
Ribavirina
6.17
Esquema 6.13
6.17.3.c. Cuestiones
Proponga un mecanismo que explique la formación del compuesto 6.18.
Esquema 6.14
6.17.4. Síntesis de adefovir dipivoxilo
La hepatitis B es una infección que afecta a más de 400 millones de personas. Esta
enfermedad puede provocar cirrosis, bloqueo de la función del hígado y carcinoma
hepatocelular. El adefovir dipivoxilo (Hepsera®) fue el primer análogo de nucleósido aprobado
por la FDA para el tratamiento de la hepatitis crónica tipo B. Este fármaco actúa bloqueando la
replicación viral.
6.17.4.a. Análisis retrosintético
En el esquema 6.15 se indican los tres principales bloques de construcción en la síntesis del
adefovir dipivoxilo. Estos son la adenina 6.19, el carbonato de etileno 6.20 y el ptoluensulfoniloximetanofosfato de dietilo 6.21.
39
Tema 6. Enfermedades víricas
Esquema 6.15
6.17.4.b. Síntesis
La síntesis del antiviral se inicia con la reacción de la adenina 6.19 con carbonato de etileno
6.20 en DMF en presencia de NaOH (esquema 6.16). La reacción de la adenina con el carbonato
de etileno proporciona la (2-hidroxietil)adenina 6.22 (esquema 6.16).8 La alquilación de 6.22
con el p-toluensulfoniloximetanofosfonato de dietilo 6.21 en DMF, en presencia de t-butóxido
de sodio, conduce al fosfonato 6.23. La hidrólisis del fosfonato se lleva a cabo por reacción con
TMSBr en acetonitrilo. El correspondiente ácido alquilfosfónico (intermedio 6.24) se convierte
en adefovir dipivoxilo por reacción con pivalato de clorometilo 6.25.
Esquema 6.16
6.17.4.c. Cuestiones
1) Explique mecanísticamente la formación del compuesto 6.22.
Esquema 6.17
8
Yu, R. H.; Schultze, L. M.; Rohloff, J. C.; Dudzinski, P. W.; Kelly,D. E. Org. Process Res. Dev. 1999,
3, 53.
40
Síntesis de antivirales
6.17.5. Síntesis de telbivudina
La telbivudina, denominada Tyzeka® en Estados Unidos y Sebivo® in Suiza, es un fármaco
empleado en el tratamiento de la hepatitis crónica tipo B. La resistencia a este fármaco afecta,
después de dos años de tratamiento, al 2.5% de los pacientes, lo cual es un porcentaje mucho
menor que el que presentan otro antivirales como el adefovir dipivoxilo. La telvibudina es
fosforilada por las células humanas al correspondiente trifosfato. Este compuesto inhibe a la
polimerasa del virus de la hepatitis B pero no a las polimerasas humanas.
6.17.5.a. Análisis retrosintético
La desconexión de la base pirimidínica conduce a la timina 6.26 y al carbohidrato 6.27 que
por adición de grupo funcional hidroxilo se convierte en 6.58 cuya estructura remite a la del
carbohidrato L-arabinosa 6.59 (esquema 6.18).
Esquema 6.18
6.17.5.b. Síntesis
La síntesis de la telbivudina comienza con la reacción de glicosidación de la L-arabinosa
6.29 por reacción con metanol en presencia de ácido sulfúrico y sulfato cálcico (esquema 6.19).9
El subsiguiente tratamiento con cloruro de benzoilo proporciona el furanósido 6.30. La
acetolisis de este compuesto conduce a la mezcla de acetatos anoméricos 6.28. Esta mezcla se
condensa directamente con la sililtimina para dar lugar al nucleósido benzoilado 6.31 el cual,
mediante metanolisis, se convierte en el nucleósido 6.32. Para conseguir la desoxigenación
reductiva de la posición 2´-OH se opera del siguiente modo. El nucleósido 6.32 se silila
selectivamente en los hidroxilos 3´ y 5´-OH mediante reacción con 1,3-dicloro-1,1,3,3tetraisopropildisiloxano en piridina. El producto de esta reacción, compuesto 6.33, se somete a
la desoxigenación de Barton-McCombie. Así, la reacción de 6.33 con O-fenil
clorotionoformiato (PhOC(S)Cl) conduce al tionocarbonato 6.34 que se trata con Bu3SnH en
presencia de azobis-isobutironitrilo (AIBN), como iniciador radicalario, en tolueno a reflujo. El
resultado de esta reacción es el compuesto 6.35 que por desililación con fluoruro de tetra-nbutilamonio se convierte en la telbivudina.
9
(a) Czernecki, S.; Le Diguarher, T. Synthesis, 1991, 683. (b) Genu-Dellac, C.; Gosselin, G.; Imbach, J.L. Tetrahedron Lett., 1991, 32, 79.
41
Tema 6. Enfermedades víricas
Esquema 6.19
6.17.5.c. Cuestiones
1) Explique la exclusiva formación del anómero beta 6.31 en la reacción entre la timina sililada
y la mezcla de acetatos anoméricos 6.28.
O
H3C
O
BzO O
OAc
H3C
NH
+
BzO
OBz
6.28
N
H
O
(Me3Si)2NH
TMSCl, SnCl4
BzO O
CH3CN, reflujo (60%)
6.26
BzO
NH
N
O
OBz
6.31
Esquema 6.20
2) Explique mecanísticamente el proceso de desoxigenación radicalaria reductiva que convierte
6.34 en 6.35.
42
Síntesis de antivirales
Esquema 6.21
6.17.6. Síntesis de clevudina
La clevudina (Levovir®) es un inhibidor de polimerasa que se emplea en el tratamiento de
la hepatititis B. Estructuralmente es el enantiómero fluorado de la desoxitimidina.
Figura 6.29. Estructuras de la clevudina y de la desoxitimidina
6.17.6.a. Análisis retrosintético
La desconexión de la base pirimidiníca conduce a la timina y al fluorocarbohidrato 6.36
cuya estructura remite a la del carbohidrato L-arabinosa 6.29 (esquema 6.22).
Esquema 6.22
6.17.6.b. Síntesis
La síntesis de la clevudina se inicia con la acetilación de la L-arabinosa por reacción con
HBr del 30% en AcOH/Ac2O. Esta reacción proporciona el bromoglicósido 6.38 con un 57% de
rendimiento después de la cristalización en éter etílico (esquema 6.123).10 Cuando el
10
Sznaidman, M. L.; Almond, M. R.; Pesyan, A. Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids, 2002, 21, 15563.
43
Tema 6. Enfermedades víricas
bromoazúcar se trata con zinc en polvo, en presencia de CuSO4 y NaOAc en AcOH/H2O, se
obtiene el L-arabinal 6.39. La reacción de 6.39 con Selectflúor (FTEDA-BF4) a reflujo en una
mezcla de nitrometano/H2O proporciona el correspondiente fluoroazúcar diacetilado el cual,
mediante metanolisis básica, forma el compuesto 6.37. El tratamiento de este compuesto con
metanol en presencia de ácido sulfúrico lleva al furanósido 6.40 que por benzoilación conduce a
la correspondiente mezcla de benzoatos anoméricos, de la cual se separa el anómero alfa
mediante cromatografía. Este anómero se transforma en el bromoglicósido 6.36 por reacción
con HBr del 30% en AcOH/CH2Cl2. El bromoglicósido 6.36 se disuelve en cloroformo y se
condensa con la timina sililada 6.41, preparada por reacción de la timina con
bis(trimetilsilil)amina a reflujo en presencia de sulfato amónico. El producto de la reacción de
condensación es la 3,5-di-O-benzoilclevudina 6.42 que se obtiene en un 42% de rendimiento
después de la recristalización de etanol. La clevudina se consigue por desbenzoilación de 6.42
con n-butilamina a reflujo de metanol.
Esquema 6.23
6.17.6.c. Cuestiones
1) Explique mecanísticamente la reacción de formación del L-arabinal 6.39.
Esquema 6.24
2) El 1-clorometil-4-fluoro-1,4-diazoniabiciclo[2.2.2]octano bis(tetrafluoroborato), se conoce
comercialmente como Selectfluor® y se emplea como reactivo dador de fluoro electrofílico. La
44
Síntesis de antivirales
síntesis del Selectfluor® se indica en el esquema 6.25 y se inicia con la alquilación del
diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO) con diclorometano. El producto de la reacción, compuesto
6.43, se trata con tetrafluoroborato sódico mediante una resina de intercambio iónico para
reemplazar el anión cloruro por el anión tetrafluoroborato. Por último, la sal 6.74 se convierte en
Selectfluor® por reacción con fluoro elemental y tetrafluoroborato sódico.
Cl
N
CH2Cl2, 40ºC
Cl
Cl
Cl
BF4
N
N
N
DABCO
6.43
NaBF4
CH3CN, 20ºC
BF4
N
F2, NaBF4
N
CH3CN, -35ºC
6.44
N
N
F BF4
Selectfluor®
Esquema 6.25
Explique mecanísticamente la formación de 6.37 por reacción de 6.39 con Selectfluor® en
nitrometano acuoso seguida de metanolisis básica.
Esquema 6.26
6.17.7. Síntesis de nevirapina
La nevirapina, comercializada con el nombre de Viramune® por Boehringer Ingelheim, es
un inhibidor de la transcriptasa reversa (TR) no análogo de los nucleósidos (ITRNN) que se
emplea en el tratamiento de la infección por VIH tipo 1.
En la figura 6.30 se representa la estructura de la transcriptasa reversa de VIH-1. La enzima
tiene dos dominios: el p66 (el coloreado en la figura 6.30) y el p51 (de color gris en la figura
6.30).
El dominio polimerasa muestra una forma que se parece a la de la mano derecha. La parte
de los dedos está colorada en magenta en la figura 6.30, la de la palma está coloreada en morado
y la parte del dedo pulgar en azul. La subunidad p66 también contiene el domino de conexión
(coloreado en naranja en la figura 6.30) y el dominio RNasa-H (coloreado en amarillo).11
En el dominio polimerasa el ssARN viral se transcribe a una doble hélice ARN-ADN. A
continuación, el sitio ARnasa separa la cadena de ARN de la de ADN. Luego el sitio polimerasa
completa la hebra que queda de ADN formando el dsADN.
11
Esposito, F.; Corona, A.; Tramontano, E. Mol. Biol. Inter. 2012, doi:10.1155/2012/586401
Tema 6. Enfermedades víricas
45
Figura 6.30. Representación de la transcriptasa reversa
La zona catalítica de la parte de polimerasa está situada en los subdominios de la palma, de
los dedos y del pulgar. En la zona de la palma se encuentran tres residuos de ácido aspártico
(Asp-110, Asp-185 y Asp-186) que son claves en la actividad catalítica de este dominio. El
dominio RNasa-H está localizado en la zona C-terminal de la subunidad p66, a una distancia de
60Å de la zona de actividad polimerasa.
En la figura 6.31 se representa el dominio p66 de la transcriptasa reversa. Se puede apreciar
su forma de mano (véase la parte derecha de la figura). Los dedos de la mano se indican en azul,
la palma en rosa y el dedo pulgar en verde. El sitio activo son los átomos de color rojo, donde
se produce la elongación del ADN (la zona de la palma de la mano). En amarillo se representa
la colocación de un inhibidor de la transcriptasa reversa.12
Figura 6.31. Representación del dominio polimerasa de la transcriptasa reversa
12
Béthune, M-P. Antiviral Res. 2010, 85, 75-90.
46
Síntesis de antivirales
La nevirapina fue descubierta por el equipo de Hargrave en los laboratorios de Boehringer
Ingelheim Pharmaceuticals, Inc. y cubierta por la patente 5,366,972 de los Estados Unidos y sus
correspondientes en otros países. Este fármaco fue el primero de los ITRNN aprobados por la
Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA). El visto bueno de esta
agencia estadounidense fue concedido el 21 de junio de 1996 para el tratamiento de adultos
seropositivos al VIH, y el 11 de septiembre de 1998 fue aprobado su empleo en niños infectados
por VIH. En 1997 fue aprobado su uso en Europa.
La nevirapina pertenece a la familia de los inhibidores de la transcriptasa reversa no
nucleósidos (ITRNN). La nevirapina es ineficaz en contra del VIH tipo 2, debido a la distinta
estructura de la transcriptasa reversa de esta variedad del virus, que le confiere una resistencia
inherente a los ITRNN. Si la reproducción del virus no es suficientemente suprimida por la
acción de la nevirapina, las posibilidades de una mutación resistente a este fármaco se
incrementan. Las mutaciones más frecuentes que son capaces de desarrollar los virus de
inmunodeficiencia humana a la nevirapina son las conocidas como Y181C y K103N, que
también son típicas en pacientes que han sido tratados con otros ITRNN. Desafortunadamente,
cuando el VIH ha desarrollado resistencia a un medicamento de la familia de los ITRNN es muy
probable que también haya desarrollado resistencia a otros ITRNN, como la delavirdina y el
efavirenz. En la figura 6.32 se esquematiza el modo de acción de un ITRNN.
Figura 6.32. Modo de acción de los fármacos ITRNN
En el proceso de retrotranscripción el ARN viral de una única hebra (ssARN) es convertido
en ADN de doble hebra (dsADN). Cada partícula de VIH contiene dos copias de (+)-ssARN de
9,7 kb. Cerca del extremo 5´ del genoma viral existe una secuencia de 18 nucleótidos
denominada sitio de unión del cebador (en inglés primer binding site PBS), que es
complementaria con el extremo 3´ del ADN humano denominado tARNLys3. La secuencia de
retrotranscripción consta de los siguientes pasos (véase la figura 6.33).
1) El tARNLys3 celular es hibridizado a PBS cerca del extremo 5´ de la cadena de (-)-ARN
viral (en naranja en la figura 6.33) y la polimerasa asociada a la transcriptasa reversa inicia la
síntesis de la cadena (-)-ADN (en azul en la figura 6.33) empleando el genoma del ARN viral
como plantilla.
2) La RNasa-H hidroliza una parte del ARN viral y la cadena híbrida de (-)-ADN queda
liberada para unirse a la secuencia complementaria del extremo 3´ de uno de los dos ssARN
virales.
47
Tema 6. Enfermedades víricas
3) La unión a la región R del extremo 3´ del genoma de ssARN inicia la síntesis de la
cadena (-)-ADN.
4) Mientras tiene lugar la síntesis de ADN (mediada por la transcripta reversa), la RNasa-H
rompe la cadena de ARN viral en numerosos puntos, dejando intactos dos secuencias
específicas ricas en purinas, denominadas cPPT y 3´PPT (del inglés PolPurine Tracts) que son
resistentes a la RNasa-H.
5) Se inicia la síntesis de la cadena (+)-ADN (en verde) utilizando como cebadores los
segmentos PPT y en dirección 5´.
6) La RNasa-H hidroliza los segmentos PPT y corta también el segmento híbrido tARNADN, liberando la secuencia PBS de la hebra (+)-ADN
7) La transferencia de la secuencia PBS de la cadena (+)-ADN permite la anelación con el
sitio complementario del extremo 3´ de la cadena (-)-ADN.
8) Se produce una síntesis bidireccional, lo que permite completar el dsADN viral.
9) Finalmente, se produce una ruptura específica de los cebadores PPT exponiéndose la
secuencia de integración para facilitar la inserción del dsADN viral en el cromosoma de la
célula hospedadora.
Iniciación de la síntesis
de (-)-ADN
Transferencia de (-)-ADN
Síntesis de (-)-ADN
Ruptura por RNasa-H
y selección de PPT
Síntesis de (+)-ADN y
eliminación de tARN y PPT
Transferencia de (+)-ADN
y síntesis bidireccional
Figura 6.33. Representación del proceso de retrotranscripción
En la figura 6.34 se indica la colocación de la nevirapina en la transcriptasa reversa. Este
fármaco ejerce un efecto de cuña, impidiendo el completo cierre de la zona bisagra de la
48
Síntesis de antivirales
enzima, lo que tiene como consecuencia la colocación de la zona de agarre y la triada catalítica
(compuesta por unidades de ácido aspártico), demasiado alejadas para que puedan ejercer su
función catalítica.13
A
Triada de
aspártico
Zona de
agarre
Nevirapina
Figura 6.34. Colocación de la nevirapina en el centro activo de la transcriptasa reversa
6.17.7.a. Análisis retrosintético
La retrosíntesis de la nevirapina se inicia con la desconexión del anillo de diazepinona que
se preparará mediante reacción SNAr intramolecular en la nicotinamida 6.45 (X=halógeno,
esquema 6.27). Una nueva desconexión, basada esta vez en una reacción SNuAr intermolecular,
desconecta la función ciclopropilamina y proporciona la amida 6.46 (X=halógeno). Por último,
la desconexión del enlace amida conduce a la aminopiridina 6.48 y al derivado del ácido
nicotínico 6.49 (X=halógeno).
Esquema 6.27
13
Ivetac, A.; McCammon. J. A. J. Mol. Biol. 2009, 388, 644-658.
49
Tema 6. Enfermedades víricas
6.17.7.b. Síntesis
La síntesis de la nevirapina se inicia con la reacción de amidación entre la 2-cloro-4-metilpiridin-3-amina 6.48 y el cloruro del ácido 2-cloronicotínico 6.49 (esquema 6.28).14 La
amidación proporciona la nicotinamida 6.46, que por reacción SNAr con la ciclopropilamina
conduce a la amida 6.45. La nevirapina se obtiene mediante reacción SNAr intramolecular por
calentamiento del compuesto 6.45 en diglime (bis(2-metoxietil)éter) a 160ºC en presencia de
hidruro sódico.
Esquema 6.28
6.17.7.c. Cuestiones
¿Por qué la reacción SNAr de la ciclopropilamina sobre la amida 6.46 se produce sobre el átomo
de cloro del anillo de nicotinamida y no sobre el átomo de cloro del anillo de piridina?
6.17.8. Síntesis de efavirenz
El efavirenz se emplea como parte de la terapia antirretroviral altamente activa (TARAA)
en el tratamiento de la infección por virus de inmunodeficiencia humana tipo 1 (VIH-1).
El efavirenz fue aprobado por la FDA de los Estados Unidos el 21 de septiembre de 1998,
convirtiéndose en el decimocuarto medicamento antirretroviral aprobado en ese país.
El efavirenz, al igual que los otros ITRNN, se adhiere a la transcriptasa inversa y evita que
el ARN del VIH se transforme en ADN. De esta manera, el virus no puede insertar su
información genética en las células sanas impidiéndose su reproducción. El fármaco es ineficaz
contra el VIH tipo 2, porque la transcriptasa inversa de este tipo del virus posee una estructura
distinta a la del VIH-1, lo que le confiere una resistencia intrínseca a los medicamentos de la
familia de los ITRNN.
14
Hargrave, K. D.; Proudfoot, J. J. R.; Grozinger, K. G.; Cullen, E.; Kapadia, S. R.; Patel, U. R.; Fuchs,
V. U.; Mauldin, S. C.; Vitous, J.; Behnke, M. L.; Klunder, J. M.; Pal, K.; Skiles, J. W.; McNeil, D. W.;
Rose, J. M.; Chow, G. C.; Skoog, M. T.; Wu. J. C.; Schmidt, G.; Engel, W. W.; Eberlein, W. G.; Saboe,
T. D.; Campbell, S. J.; Rosenthal, A. S.; Adams, J. J. Med. Chem. 1991, 34, 2231-2241.
50
Síntesis de antivirales
En la figura 6.35 se indica la colocación del efavirenz en la subunidad p66 del heterodímero
p66/p51 de la transcriptasa reversa.15
Sitio ADN
polimerasa
Sitio
RNasa
Sitio de unión
del efavirenz
Figura 6.35. Colocación del efavirenz en el heterodímero p66/p51
6.17.8.a. Análisis retrosintético
El análisis retrosintético del efavirenz se inicia con la desconexión del anillo de
benzoxacinona (esquema 6.29). Esta operación genera el anilinocloroalcohol 6.50 que por
desconexión de la agrupación ciclopropilacetiluro proporciona la triflurometil aril cetona 6.51.
Este compuesto se obtendrá a partir de la 4-cloroanilina 6.53.
6.52
F3C
Cl
Cl
O
N
H
Efavirenz
O
F3C
OH
C-C
Cl
CF3
NH2
O
6.50
NHP
6.51
Esquema 6.29
15
Cl
Sluis-Cremer, N.; Tachedjian, G. Virus Res. 2008, 134, 147-156.
NH2
6.53
51
Tema 6. Enfermedades víricas
6.17.8.b. Síntesis
El compuesto de partida para la síntesis del efavirenz es la p-cloroanilina 6.53. La reacción
de este compuesto con el cloruro de pivaloilo 6.53 proporciona la amida 6.55 (esquema 6.30).
Cuando la amida se trata con 2 equivalentes de n-BuLi se genera el dianión lítico 6.56 que
reacciona con trifluoroacetato de etilo para dar lugar a la amidocetona 6.51. La hidrólisis ácida
de la función amida genera el cloridrato hidratado 6.57 que se transforma en la aminocetona
6.58 mediante reacción con acetato sódico.
Esquema 6.30
Antes de la instalación del estereocentro cuaternario se procede a la protección del grupo
amino, lo que se consigue mediante la reacción de 6.58 con el alcohol p-metoxibencílico en
presencia de cantidades catalíticas de ácido p-toluensulfónico. Esta reacción proporciona la
52
Síntesis de antivirales
trifluorocetona 6.59, el sustrato sobre el que se llevará a cabo la instalación asimétrica del grupo
ciclopropilacetileno.16
La adición enantioselectiva de ciclopropilacetileno se consigue del siguiente modo: se añade
una disolución de n-butil-litio (mínimo 4 equivalentes) y tetrametiletilendiamina (TMEDA), en
metil t-butil éter (MTBE), a una disolución de (1R,2S)-N-propilidinilnorefedrina 6.60 (2
equivalentes) y ciclopropilacetileno 6.61 (2 equivalentes) a -10ºC. La mezcla resultante se deja
calentar hasta 0ºC. En estas condiciones se genera el complejo quiral responsable de la
inducción asimétrica (véase la estructura I del esquema 6.19. Nota: en esta estructura el éter que
se coordina con el litio es THF en lugar de MTBE).
La disolución que contiene el complejo quiral se enfría a -50ºC y se le añade la
trifluorocetona 6.59 disuelta en THF. Después de la agitación durante 1 hora a -50ºC se añade
ácido cítrico acuoso a la mezcla de reacción. La fase orgánica se extrae con tolueno y el
producto se cristaliza de hexano. El alcohol 6.62 se obtiene con un rendimiento químico del
93% y un exceso enantioselectivo del 99.5%.
La eliminación del grupo p-metoxibencilo del compuesto 6.62 se consigue en dos pasos. En
primer lugar la reacción con diclorodicianoquinona (DDQ) forma el aminal 6.63. A
continuación, este compuesto se convierte en el aminoalcohol 6.50 por reacción con metóxido
sódico en metanol. A la reacción se le añade borohidruro sódico para transformar in situ el pmetoxibenzaldehído, generado como consecuencia de la metanolisis básica del aminal, en
alcohol p-metoxibencílico. Si no se añade NaBH4, la mezcla de aminoalcohol 6.50 y pmetoxibenzaldehído resulta difícil de separar. El efavirenz se obtiene por reacción del
aminoalcohol 6.50 con fosgeno.
La enantioselectividad de la reacción de alquinilación se explica del siguiente modo. La
desprotonación de la (1R,2S)-N-propilidinilnorefedrina 6.60 y del cicloprilacetileno 6.61 genera
el agregado mixto I, que presenta simetría C2 (esquema 6.31).17 El intercambio del ligando THF
por la trifluorometilcetona 6.59 dispone el escenario para la adición intramolecular del
ciclopropilacetiluro (complejo II del esquema 6.31).
El ataque a la cara Si de la cetona se produce mediante la intervención de estado de
transición III, que está favorecido sobre el estado de transición IV (ataque a la cara Re) porque
en éste las interacciones estéricas desfavorables son más desestabilizantes debido a la fuerte
interacción estérica del voluminoso grupo arilo con el grupo metilo y el grupo fenilo de la parte
de propilidinilnorefedrina.
16
Pierce, M. E. ; Parsons, R. L.; Radesca, L. A.; Lo, Y. S.; Silverman, S.; Moore, J Islam, J. R. Q.;
Choudhury, A.; Fortunak, J. M. D.; Nguyen, D.; Luo, C.; Morgan, S. J.; Davis, W. P.; Confalone, P. N.;
Chen, C.; Tillyer, R. D.; Frey, L.; Tan,L.; Xu, F.; Zhao, D.; Thompson, A. S.; Corley, E. G.; Grabowski,
E. J. J.; Reamer, R.; Reider, P. J. J. Org. Chem. 1998, 63, 8536-8543.
17
Thompson, A.; Corley, E. G.; Huntington, M. F.; Grabowski, E. J. J.; Remenar, J. F.; Collum, D. B. J.
Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2028-2038.
53
Tema 6. Enfermedades víricas
Esquema 6.31
6.17.8.c. Cuestiones
1) ¿Por qué se convierte la p-cloroanilina 6.53 en la amida del ácido piválico 6.55? ¿Por qué no
se convierte la p-cloroanilina 6.53 en otra amida, por ejemplo en la amida de ácido acético?
2) Explique mecanísticamente la conversión del compuesto 6.62 en el aminal 6.63 mediante
reacción con DDQ.
54
Síntesis de antivirales
Esquema 6.32
3) Proponga un mecanismo que explique la conversión del aminal 6.63 en el aminoalcohol 6.50.
Esquema 6.33
6.17.9. Síntesis de delavirdina (Rescriptor®)
La delavirdina (Rescriptor®) fue el segundo inhibidor de la transcriptasa reversa no análogo
de nucleósido (ITRNN) aprobado por la FDA, en abril de 1.997, para uso en combinación con
otros agentes antirretrovirales en el tratamiento de la infección VIH/SIDA. Al igual que otros
ITRNN, no se debe emplear como droga única (monoterapia), para evitar la aparición de
resistencia al fármaco.
In vitro, la delavirdina inhibe selectivamente al VIH-1 (pero no al VIH-2) de manera no
competitiva, pero puede ser inactivo frente al grupo O del VIH-1. Es inactiva frente a otras
polimerasas de ADN humano, por lo que, in vitro, presenta escasa toxicidad celular y en
cultivos celulares ha demostrado un efecto aditivo o sinérgico con AZT, ddI, ddC, 3TC e
inhibidores de la proteasa. La delavirdine se une directamente a la transcriptasa reversa y
bloquea las actividades de las polimerasas ARN yt ADN-dependientes.
6.17.9.a. Análisis retrosintético
El análisis retrosintético de la delavirdina se inicia con la desconexión de la función
metanosulfonamida que se obtendrá de la amina 6.65 mediante metanosulfonilación (esquema
6.34). El intercambio del grupo funcional amino por nitro conduce al nitrocompuesto 6.66 que
por escisión del enlace amida origina el ácido 6-nitroindol-2-carboxílico 6.68 y la
piridilpiperazina 6.67. Una operación IGF sobre la parte de isopropilamina de 6.67 genera la
imina 6.69 que se desconecta a la aminopiridilpiperazina 6.70. El intercambio del grupo amino
por nitro conduce a la nitropiridilpiperazina 6.71 que se obtendrá mediante reacción SNAr entre
la piperazina 6.72 y la 2-halo-3-nitropiridina 6.73.
55
Tema 6. Enfermedades víricas
Esquema 6.34
6.17.9.b. Síntesis
La síntesis de la delavirdina se inicia con la reacción SNAr entre la piperazina 6.72 y la 2cloro-3-nitropiridina 6.73 (esquema 6.35).18 La síntesis de 6.71 se lleva a cabo mediante
reacción de la 2-cloro-3-nitropiperidina 6.73 con 10 equivalentes de piperazina 6.72 en
presencia de diisopropiletilamina. La reacción proporciona un 60% de 1-(3-nitro-2piridil)piperazina 6.71 junto con un 15% del producto de di-sustitución 1,4-bis-(3-nitro-2piridil)piperazina. El producto 6.71 se obtiene puro mediante cromatografía sobre alúmina. La
N-Boc protección de 6.71, mediante reacción con bicarbonato de di-t-butilo, conduce a la NBoc-nitropiridilpiperazina 6.74. La reducción del grupo nitro a amino, con hidrógeno molecular
en presencia de Pd/C proporciona la N-Boc-aminopiridilpiperazina 6.75. Este compuesto se
somete a aminación reductiva con acetona en presencia de NaBH3CN. El producto resultante de
la reacción anterior se trata con ácido trifluoroacético, lo que conduce a la
isopropilaminopiridilpiperazina 6.67. El acoplamiento de este compuesto con el ácido 6nitroindol-2-carboxílico 6.68 se lleva a cabo en presencia de 1,1´-carbonildiimidazol (CDI) o en
presencia del clorhidrato de 1-etil-3-(3-dimetilamino)propilcarbodiimida (EDCI), lo que permite
la obtención de la amida 6.66. La reducción del grupo nitro proporciona el compuesto 6.65 el
18
(a) Patente US 5,563,142. (b) Romero, D. L.; Merge,, R. A.; Biles, C.; Norman Berrios-Pena, et al. J.
Med. Chem. 1994, 37, 999-1014. (d) Pinna, G. A.; Loriga, G.; Murineddu, G.; Grella, G,: Mura, M.;
Vargiu, L.; Murgioni, C.; La Colla, P. Chem. Pharm. Bull. 2001, 49, 1406-1411.
56
Síntesis de antivirales
cual, mediante sulfonilación con cloruro de metanosulfonilo en piridina-diclorometano,
proporciona la delavirdina, que se transforma en el mesilato de delavirdina (la forma en la que
se comercializa el fármaco) mediante reacción con ácido metanosulfónico.
Esquema 6.35
6.17.9.c. Cuestiones
1) ¿Por qué se protege el grupo amino de 6.71?
2) La reacción ajustada para el acoplamiento amídico en presencia de 1,1´-carbonildiimidazol
(CDI) se da en el esquema 6.36. Proponga un mecanismo para esta reacción.
57
Tema 6. Enfermedades víricas
Esquema 6.36
3) El clorhidrato de 1-etil-3-(3-dimetilamino)propilcarbodiimida (EDCI) se emplea en el
acoplamiento peptídico en presencia de cantidades catalíticas de N,N-dimetilaminopiridina
(DMAP). La ventaja que ofrece la EDCI es que la urea resultante del acoplamiento es soluble en
agua, con lo que resulta muy fácil su separación de la amida que se forma en la reacción.
En el esquema 6.37 se indica la reacción ajustada para el proceso de amidación con EDCI.
Proponga un mecanismo para esta reacción.
Esquema 6.37
4) En el esquema 6.38 se indica una síntesis del ácido 6-nitroindol-2-carboxílico 6.68. El
proceso se inicia con la reacción de Japp-Klingemann sobre la 4-nitroanilina 6.76, que se
convierte en la hidrazona 6.79 mediante transformación de 6.76 en la sal 4-nitrofenildiazonio
6.77 seguida de reacción con 2-metil-3-oxobutanoato de etilo en medio básico.19
Esquema 6.38
Proponga un mecanismo que explique la formación de la hidrazona 6.79.
5) Explique mecanísticamente la formación del ácido 6-nitroindol-2-carboxílico 6.68 por
reacción de la hidrazina 6.79 con ácido polifosfórico (PPA) seguida de saponificación.
19
Tois, J.; Franzén, R.; Aitio, O.; Huikko, K.;Taskinen, J. Tetrahedron Lett. 2000, 41, 2443-2446.
58
Síntesis de antivirales
6.17.10. Síntesis de raltegravir (Isentress®)
El raltegravir en un fármaco antirretroviral producido por la compañía farmacéutica Merck
& Co. Fue aprobado por la FDA en octubre de 2007 y se emplea en el tratamiento de la
infección por VIH (véase su estructura en la figura 6.35).
Figura 6.35
El raltegravir actúa inhibiendo la integrasa viral e impidiendo la fusión del ADN del virus
con el ADN de la célula hospedadora. De momento, el raltegravir sólo está aprobado para
pacientes con VIH resistente al resto de fármacos antirretrovirales de alta eficacia (TARGA). Se
recomienda utilizarlo en politerapia, dado que se prevé la aparición de resistencias si se utiliza
como único fármaco.
Cuando una célula es infectada por el virus VIH el ssARN se convierte en dsADN. Una
copia de este ADN viral es insertada en el ADN de la célula hospedadora (véase la figura 6.36).
Figura 6.36. Representación del modo de acción de un inhibidor de integrasa
La inserción del ADN viral la lleva a cabo la enzima viral denominada integrasa. En primer
lugar la integrasa forma un complejo con el ADN viral. Este complejo entra en el núcleo de la
célula infectada y allí la integrasa elimina dos nucleótidos desde cada final 3´ del ADN viral. En
el esquema 6.39 se representa la reacción de corte del extremo 3´ del ADN viral provocado por
la integrasa. Tres residuos ácidos del centro activo de esta enzima se coordinan con dos cationes
59
Tema 6. Enfermedades víricas
Mg2+ que quedan expuestos sobre la superficie de la enzima. Esta colocación facilita su
cooordinación con la parte de fosfato del extremo 3´ del ADN viral (representado en azul en el
esquema 6.39), que experimenta un proceso de hidrólisis, escindiéndose el dinucleótido del
dicho extremo 3´.20
Esquema 6.39
A continuación, el ADN viral es integrado covalentemente en el ADN de la célula
hospedadora. En el esquema 6.40 se representa la unión covalente del ADN viral con el ADN de
la célula infectada provocada por el ataque nucleofílico SN2 del grupo hidroxilo 3´ del ADN
viral sobre el fosfato de la cadena de ADN de la célula hospedadora.
Esquema 6.40
El inhibidor de integrasa se coordina con los dos átomos metálicos del centro activo
bloqueando la unión al ADN de la célula infectada. En el esquema 6.41 se representa esta
inhibición.
20
Kawasuji, T.; Fuji, N.; Yoshinaga, T.; Sato, A.; Fujiwara, T.; Kiyama, R. Bioorg. Med. Chem. 2006,
14, 8420-8429.
60
Síntesis de antivirales
Esquema 6.41
En la figura 6.37 se muestra la colocación del raltegravir bloqueando el extremo 3´ del
ADN viral e impidiendo la unión de éste al centro activo de la integrasa. Se puede apreciar la
interacción entre los átomos de oxígeno quelantes del raltegravir (en rojo) con los cationes
magnesio (en verde) del centro activo.21
Figura 6.37. Colocación del raltegravir entre el sitio catalítico de VIH-1 y el extremo 3´ del
ADN viral
La integrasa es una proteína dimérica. Cada monómero contiene un centro catalítico, un
dominio C-terminal y uno N-terminal (véase la figura 6.38 para la estructura de la integrasa de
VIH-1).22 La estructura del dímero tiene forma de Y provocada por la presencia de seis hélices
alfa que unen, en cada uno de los monómeros, el sitio catalítico con el dominio C-terminal. Una
pequeña diferencia en una de las hélices alfa, que tiene lugar en la treonina-210, actúa de pivote
flexible y permite orientar las dos hélices en un ángulo de 90º. Esta flexibilidad juega un papel
clave en el proceso de integración del ADN.
21
22
http://www.proteopedia.org/wiki/index.php/Retroviral_Integrase.
http://maptest.rutgers.edu/drupal/?q=node/436.
61
Tema 6. Enfermedades víricas
Dominios C-terminales
Hélices alfa
Dominios
catalíticos
Figura 6.38. Estructura de la integrasa de VIH-1
A lo largo del dímero que constituye la integrasa se encuentra una banda de residuos
cargados positivamente que van desde Lys-159 en un monómero a Lys-219 en el otro. Esta
banda se extiende desde el final del sitio catalítico de un monómero al domino C-terminal del
otro monómero (véase la figura 6.39).
Figura 6.39. Estructura de la integrasa de VIH-1 con indicación de los aminoácidos clave
62
Síntesis de antivirales
Debido a la carga positiva, se cree que esta es la zona de estabilización del ADN, lo que
permite el corte de los dos nucleótidos del extremo 3´ y la transferencia del ADN viral al ADN
de la célula hospedadora.
En la figura 6.40 se indica la estructura tridimensional del sitio catalítico de la integrasa de
VIH-1. La estructura del raltegravir se indica en esferas de color amarillo. Los residuos activos
del centro catalítico (Asp-64, Asp-116, Glu-152) se muestran en blanco. En rojo se muestran los
residuos (Glu-92, Glu-138, Gly-140, Gln-148 y Asn-155) cuyas mutaciones provocan
resistencia a raltegravir.23
Figura 6.40. Colocación del raltegravir en el sitio catalítico de VIH-1
6.17.10.a. Análisis retrosintético
El análisis retrosintético del raltegravir se indica en el esquema 6.41 y se inicia con la
escisión del enlace de la parte de amida de (4-fluorofenil)metanamina. Este proceso forma la
estructura 6.80, en la cual el grupo hidroxilo del anillo de 5-hidroxipirimidin-4-ona se indica en
su forma protegida (en esta operación retrosintética no se ha dibujado la estructura de la (4fluorofenil)metanamina que surge del proceso de desconexión). La segunda operación
retrosintética se encarga de escindir el otro enlace amidíco, lo que conduce al compuesto 6.81
(de nuevo en esta operación retrosintética no se ha dibujado la estructura del ácido 5-metil1,3,4-oxadiazol-2-carboxílico que surge del proceso de escisión del enlace amídico). La tercera
operación del análisis retrosintético se encarga de desconectar el anillo de 5-hidroxipirimidin-4ona. Esta operación no es evidente y baste ahora decir que este anillo se obtendrá por
condensación entre la hidroxiacetimidamina 6.82 y el acetilendicarboxilato 6.83. El compuesto
6.78 se sintetizará a partir del ácido 2-amino-2-metilpropanoico 6.84.
23
http://hivdb.stanford.edu/pages/3DStructures/in.html.
63
Tema 6. Enfermedades víricas
Esquema 6.41
6.17.10.b. Síntesis
La síntesis del raltegravir se inicia con la protección del grupo amino del ácido 2-amino-2metilpropanoico 6.84, por reacción con cloroformiato de bencilo y carbonato de potasio,
seguida de tratamiento con cloroformiato de etilo en presencia de amoniaco. Esta secuencia
conduce a la amida 6.85 (esquema 6.42).24 La deshidratación de este compuesto con anhidrido
trifluoroacético y trietilamina conduce al nitrilo 6.86 que se convierte en la
hidroxiacetimidamina 6.82 por reacción con hidroxilamina en presencia de KOH. El anillo de 5hidroxipirimidin-4-ona se obtiene en dos pasos. Así, la reacción de 6.82 con
acetilendicarboxilato de dimetilo (DMADC) proporciona el compuesto 6.87, que se convierte en
la 5-hidroxipirimidin-4-ona 6.88 por calentamiento a reflujo de xileno. La benzoilación del
hidroxilo conduce al compuesto 6.89, el cual, mediante reacción con hidruro de lito y sulfato de
dimetilo proporciona el producto de N-metilación 6.90. La eliminación del grupo
benciloxicarbonilo, mediante hidrogenolisis en medio ácido, conduce al clorhidrato 6.81. La
reacción de este compuesto con el cloruro de ácido 6.91, en presencia de trietilamina,
proporciona la amida 6.80 que se convierte en el raltegravir mediante reacción con (4fluorofenil)metanamina 6.92. El tratamiento del raltegravir con KOH permite la obtención de su
sal potásica (raltegravir potasio).
24
Summa, V.; Petrocchi, A.; Bonelli, F.; Crescenzi, B.; Donghi, M.; Ferrara, M.; Fiore, F.; Gardelli,
C.; González Paz, O.; Hazuda, D. J.; Jones, P.; Kinzel, O.; Laufer, R.; Monteagudo, E.; Muraglia, E.;
Nizi, E.; Orvieto, F.; Pace, P.; Pescatore, G.; Scarpelli, R.; Stillmock, K.; Witmer, M. V.; Rowley, M.
J. Med. Chem. 2008, 51, 5843-5855.
64
Síntesis de antivirales
1) CbzCl, K2CO3
O
COOH 2) ClCOOEt, NH , H O
CbzHN
3
2
NH2
Me Me
Me Me
6.84
6.85
H2N
(CF3CO)2O, Et3N CbzHN
Me Me
6.86
NH2OH·HCl
KOH
O
OH
HN
CbzHN
Xileno
reflujo
OMe
N
Me
Me
CN
6.88
N
CbzHN
Me
O
COOMe
O
N
OH
DMADC CbzHN
NH2
COOMe
CHCl3
NH2
Me Me
Me
6.87
6.82
(PhCO)2O
piridina
O
HN
CbzHN
O
OBz
Me
LiH, Me2SO4
OMe
N
F
Me
Me
N
H
N
O
6.92
Me
6.90
N
N
O
Me
OBz
O
N N
O
O
6.91 Cl
Me
OMe
N
Me
H2, 10% Pd/C, HCl
OMe
N
O
H2N
MeOH
CbzHN
dioxano
Me
O
6.89
Me
OBz
N
O
N
N
O
Me
Me
Me
N
Me
OBz
N
H3N
Et3N
Me
OMe
N
Me
O
6.81
O
O
Me
N
H
N
Cl
6.80
Me
O
O
OH
H
N
O
Raltegravir
F
O
KOH
CH3CN
N
N
O
Me
Me
N
H
N
Me
Me
N
OK
H
N
F
O
Raltegravir Potasio
Esquema 6.42
6.17.10.c. Cuestiones
1) La reacción ajustada para la conversión de la amida 6.85 en el nitrilo 6.86 se indica en el
esquema 6.43.
Esquema 6.43
Proponga un mecanismo que explique la reacción anterior.
65
Tema 6. Enfermedades víricas
2) Explique mecanísticamente la reacción indicada en el esquema 6.44.
Esquema 6.44
3) La síntesis del cloruro del ácido 5-metil-1,3,4-oxadiazol-2-carboxílico 6.91 se lleva a cabo a
partir del 5-metil-1H-tetrazol 6.93, tal y como se indica en el esquema 6.45.25
Esquema 6.45
Explique mecanísticamente la formación del 5-metil-1,3,4-oxadiazol-2-carboxílato de etilo 6.95.
6.17.11. Síntesis de vicriviroc
La gran mayoría de los compuestos anti-VIH permiten la entrada del virus en la célula,
actuando a continuación sobre las células ya infectadas mediante inhibición de la transcriptasa
reversa o de otras proteasas. Una vía de acción muy diferente a la anterior se centra en impedir
la entrada del virus en la célula. Este es el modo de acción del vicriviroc, cuya estructura se
indica en la figura 6.41.
Figura 6.41
El virus VIH se une a los macrófagos o a las células T con la ayuda de las proteínas gp120 y
gp41. Estas moléculas se asocian entre sí de forma no covalente en la membrana del virus,
formando un heterotrímero gp120/gp41. La fusión comienza con la unión de la proteína gp120 a
la glicoproteína CD4, que está situada en la superficie de la membrana de la célula hospedadora.
Para que el proceso de fusión pueda continuar, la proteína gp120 debe unirse a unos
25
Wang, Z.; Wang, M.; Yao, X.; Li, Y.; Qiao, W.; Geng, Y.; Liu, Y.; Wang, Q. Eur. J. Med. Chem.
2012, 50, 361-369.
66
Síntesis de antivirales
determinados correceptores ubicados en la membrana de la célula hospedadora. En el caso de
los virus VIH-1 estos correceptores son las proteínas transmembrana denominadas CCR5 y
CXCR4 (véase la parte A de figura 6.42). Así, después de la unión de la proteína gp120 a CD4
aquélla cambia su conformación, lo que provoca la formación del sitio de unión del correceptor
en la gp120. Una vez ocurrido este cambio, gp120 se une al correceptor y la proteína gp41
experimenta un cambio conformacional que provoca la inserción de su dominio hidrofóbico Nterminal (conocido como dominio de fusión) en la membrana de la célula hospedadora. La
inserción de la gp41 hace que esta proteína atraiga hacia sí a dos colas triméricas, denominadas
HR1 y HR2, formando una hélice sextuple que provoca la aproximación de las membranas del
virus y de la célula y, finalmente, la fusión, con el subsiguiente vertido en la célula hospedadora
del genoma viral (véase la parte B de la figura 6.42).
A
B
Virus
Fusión virus-célula
Sitio de unión
del correceptor
Membrana
celular
Correceptor
(CCR5 o CXCR4)
Célula
Figura 6.42. Representación del proceso de fusión virus-célula hospedadora
Los correceptores CCR5 y CXCR4 son receptores transmembrana acoplados a proteína G.
Los virus VIH se pueden clasificar según se unan a uno u otro correceptor. Los denominados
virus R5, o virus M-trópicos, son los que se unen al correceptor CCR5 de los macrofágos,
mientras que los virus X4, o virus T-trópicos, son los que se unen al correceptor CXCR4 de las
células T. También existen virus duales, capaces de unirse a ambos correceptores. La
selectividad hacia uno u otro correceptor depende del bucle V3, una región estructuralmente
flexible y altamente variable, compuesta por 35 aminoácidos y ubicada en la proteína gp120.
En la figura 6.43 se representa con más detalle la unión de la proteína gp120 de un virus R5
(M-trópico) y de un virus X4 (T-trópico) a su correceptor. Se puede apreciar el bucle V3 que
marca la selectividad hacia uno u otro correceptor.
67
Tema 6. Enfermedades víricas
Virus R5 (M-trópico)
Receptor
CD4
Virus X4 (T-trópico)
Correceptor
CCR5
Receptor
CD4
Bucle V1/V2
Correceptor
CXCR4
Bucle V3
Bucle V3
Lámina puente
Figura 6.43. Representación de la unión gp120-correceptor
El empleo de un correceptor u otro depende del curso de la infección. En los estadíos
tempranos de la enfermedad por VIH el 90% de los pacientes presentan virus R5. Sin embargo,
después de unos cinco años de sufrir la infección, un 50% de los pacientes tienen cantidades
apreciables de virus X4. Estos cambios de correceptor aceleran el progreso de la enfermedad.
El vicriviroc es un inhibidor antagonista alostérico no-competitivo de CCR5. Se une a un
pequeño bolsillo hidrofóbico que se encuentra ubicado entre dos hélices transmembrana, cerca
de la superficie extracelular de CCR5. La unión a este bolsillo provoca un cambio
conformacional del segmento extracelular de CCR5 impidiendo de este modo la unión de gp120
a la célula hospedadora.
Las interacciones que se establecen entre el vicriviroc y el correceptor CCR5 se detallan en
la figura 6.44.26 El grupo trifluorometilo del vicriviroc establece una fuerte interacción
hidrofóbica con el residuo de isoleucina I-198 de la quinta hélice transmembrana (TM5). Otras
interacciones importantes son el puente salino que se establece entre el átomo de nitrógeno
terciario positivamente cargado del vicriviroc y el glutámico E-283 de la séptima hélice
transmembrana (TM7), la interacción π-stacking del anillo de pirimidina con el triptófano W-86
de TM2, la interacción π-stacking del anillo aromático con el triptófano W-248 de TM6, la
26
Kondru, R.; Zhang, J.; Ji, C.; Mirzadegan, T.; Rotstein, D.; Sankuratri, S.; Dioszegi, M. Mol.
Pharmacol, 2008, 73, 789-800.
68
Síntesis de antivirales
interacción por puente de hidrógeno de la tirosina Y-108 (TM3) y la interacción hidrofóbica de
la tirosina Y-251 de TM6 con el anillo de piperazina.
Puente salino
Puente de hidrógeno
-Stacking aromático
Interacciones hidrofóbicas
Figura 6.44. Interacciones del vicriviroc con el correceptor CCR5
6.17.11.a. Análisis retrosintético
El análisis retrosintético del vicriviroc se inicia con la desconexión del enlace amídico. Esta
operación genera el compuesto 6.96 y el ácido 4,6-dimetilpirimidin-5-carboxílico (esquema
6.46). La siguiente operación retrosintética se encarga de adicionar dos grupos carbonilo sobre
el anillo de metilpiperazina, lo que conduce a la piperazinodiona 6.98 (en este paso también se
ha incluido un grupo protector en el átomo de nitrógeno del anillo de piperidina). En la siguiente
operación retrosintética se lleva a cabo una doble desconexión sobre el anillo de
piperazinodiona, lo que conduce al amidoéster 6.99 y a la 4-amino-4-metilpiperidina protegida
6.100. La escisión del enlace amidíco en el compuesto 6.99 forma el aminoéster 6.101 cuya
ruptura del enlace C-N origina el alcohol 6.102 y el aminoéster 6.103. Esta desconexión, basada
en una reacción SN2, se produce sobre un carbono estereogénico, por lo que derivado activado el
alcohol 6.102, y su derivado activado que es el que debe participar en el proceso SN2, deben ser
de configuraciones opuestas a la de la aminoéster 6.101.
El alcohol 6.102 se obtendrá de la metoxicetona 6.104 mediante un proceso de reducción
enantioselectiva. Este último compuesto se obtendrá de la 4-trifluorometilfenil metil cetona
6.105.
69
Tema 6. Enfermedades víricas
Esquema 6.46
6.17.11.b. Síntesis
La síntesis del vicriviroc se inicia con la bromación de la 4-trifluorometilfenil metil cetona
6.105 que se lleva a cabo mediante reacción con bromo molecular (esquema 6.47).27 La
bromocetona 6.106 se convierte en la metoxicetona 6.104 mediante reacción con metanol en
presencia de trifluoruro de boro y óxido de plata. Para la reducción enantioselectiva de la
metoxicetona 6.104 se aplica el método de Corey-Bakshi-Shibata empleando el complejo
BH3·SMe2 como agente reductor en presencia de la oxazaborilidina quiral derivada de Lprolina.28 El alcohol resultante de esta reducción, compuesto 6.102, se convierte en el mesilato
6.107, el cual se somete a la reacción SN2 con alaninato de metilo en acetonitrilo a reflujo en
presencia de carbonato potásico. Este proceso permite la obtención del aminoéster 6.100 que se
convirte en la clorometilamida 6.99 por reacción con cloruro de cloroacetilo. El tratamiento de
6.99 con la 4-amino-4-metilpiperidina N-Boc protegida 6.101 proporciona la piperazinodiona
6.98. La N-Boc desprotección con TFA seguida de reducción de las funciones amida con borano
permite la obtención de la piperazina 6.96 la cual, por reacción de amidación con el ácido 4,6dimetilpirimidin-5-carboxílico 6.97 se convierte en el vicriviroc.
27
Feng, D-Z.; Song, Y-L.; Jiang, X-H.; Che, L.; Long, T-Q. Org. Biomol. Chem. 2007, 5, 2690-2697.
(a) E. J. Corey, S. Shibata, R. K. Bakshi. J. Org. Chem. 1988, 53, 2861-2863. (b) E. J. Corey, K.
Bakshi, S. Shibata, C. Chen, V. K. Singh. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 7925-7926. Para el mecanismo
de esta reacción véase la síntesis de sertralina en el tema 3.
28
70
Síntesis de antivirales
Esquema 6.47
6.17.11.c. Cuestiones
1) Dibuje el ciclo catalítico y el modelo estereoquímico para la reacción indicada en el esquema
6.48.
Esquema 6.48
71
Tema 6. Enfermedades víricas
2) La síntesis de la 4-amino-4metilpiperidina N-Boc protegida 6.100 se indica en el esquema
6.49. El compuesto de partida es el etil éster del ácido isonipecótico (compuesto 6.108). La NBoc protección conduce al compuesto 6.109.29 La enolización de este compuesto con LDA,
seguida de C-alquilación del correspondiente enolato lítico con yoduro de metilo, proporciona el
éster 6.110.30 La saponificación conduce al ácido 6.111 que se somete a reacción de
transposición de Curtius. Para ello se convierte en primer lugar en el anhidrido mixto 6.112 el
cual, por reacción con azida sódica, conduce a la azida de acilo 6.113. Cuando este compuesto
se calienta en tolueno a 90ºC experimenta el proceso de transposición de Curtius y se convierte
en el isocianato 6.114. Finalmente, la hidrólisis básica del isocianato proporciona la 4-amino-4metilpiperidina N-Boc protegida 6.100.
Esquema 6.49
Explique mecanísticamente la reacción de transposición de Curtius que convierte la azida de
acilo 6.113 en el isocianato 6.114.
6.17.12. Síntesis de pleconaril
Los Enterovirus constituyen un amplio grupo de virus causantes de importantes infecciones
humanas. La familia Picornaviridae está constituida por los géneros Poliovirus, Echovirus,
Coxsackievirus A y B, Enterovirus y Rhinovirus, los cuales presentan más de 200 serotipos
diferentes.
Las infecciones causadas por Enterovirus van desde cuadros benignos y autolimitados,
como la rinitis y el catarro común, hasta procesos graves como la sepsis neonatal, la meningitis
linfocitaria, la miocarditis y las infecciones crónicas y debilitantes en pacientes
inmunodeprimidos.
29
Jansen, M.; Rabe, H.; Strehle, A.; Dieler, S.; Debus, F.; Dannhardt, G.; Akabas, M. H.; Lüddens, H. J.
Med. Chem. 2008, 51, 4430-4448.
30
Jiang, X-H.; Song, Y-L.; Long, Y-Q. Biorg. Med. Chem. Lett. 2004, 14, 3675-3678.
72
Síntesis de antivirales
Los estudios de cristalización y difracción con rayos X han permitido conocer con gran
exactitud la estructura tridimensional de la cápside de los Enterovirus y establecer la
localización en ella de las diferentes proteínas estructurales. La cápside de los Enterovirus está
formada por 60 protómeros, cada uno de los cuales contiene una copia de cada una de las
proteínas estructurales designadas como VP1, VP2, VP3 y VP4. La unión de las proteínas VP1
y VP3 da lugar a la formación de un canal estructural que es utilizado por el virus para unirse al
receptor celular. En el interior de este canal se localiza una cavidad hidrofóbica llamada bolsillo
de fijación, una estructura prácticamente constante en todos los Enterovirus estudiados con sólo
pequeñas variaciones en su longitud y carga hidrofóbica entre los diferentes enterovirus.
A partir del conocimiento de la existencia de esta zona de fijación se han ido probando
diferentes compuestos químicos, como la rodamina, los flavonoides, las chalconas, algunas
aralquilamino-piridinas, oxazolinil-isoxazoles, piridazinaminas y fenoxil-imidazoles, capaces de
unirse a ella y, por lo tanto, de disminuir o eliminar la fijación de los Enterovirus al receptor
celular.
Se han establecido diferentes hipótesis para explicar la acción de los anteriores compuestos.
1) Una de ellas establece que la liberación del RNA viral de Enterovirus necesita de un
cierto grado de flexibilidad en la cápside. Así, la unión de estos compuestos al bolsillo de
fijación reduciría esta flexibilidad, dando lugar a estructuras virales mucho más rígidas y menos
adaptables al proceso de infección celular.
2) Otra hipótesis indica que el bolsillo de fijación y su cavidad interna actúan como
conducto iónico, permitiendo la entrada de iones al interior del Enterovirus. De acuerdo con esta
hipótesis, los compuestos que se unen al bolsillo de fijación actuarían como bloqueantes físicos
del flujo iónico, alterando el pH del entorno bloqueando el proceso de descapsidación.
El pleconaril (véase la estructura en la figura 6.45) pertenece a la serie de compuestos
oxazolinil-isoxazoles con demostrada actividad frente a la mayoría de Enterovirus.
Figura 6.45
Su estructura se adapta perfectamente al bolsillo de fijación de los Enterovirus, bloqueando
la fijación del virus a la célula e impidiendo su descapsidación. Como el bolsillo de fijación
existente en la cápside de la mayoría de los Enterovirus tiene una estructura altamente
conservada, el pleconaril muestra un potente y amplio espectro de actividad que abarca a la casi
totalidad de los miembros de esta familia de virus.
En la figura 6.46 se representa en la parte A la estructura de Enterovirus (virus
eicosaédrico) mostrando en color rojo un corte en la zona del bolsillo de fijación. En la parte b
dela figura 6.46 se observa aumentado este corte y en la parte c de la figura se indica el bolsillo
de fijación.
73
Tema 6. Enfermedades víricas
Figura 6.46
El pleconaril se une al bolsillo de fijación mediante interacciones hidrofóbicas con los 17
aminoácidos que se indican en la parte de la izquierda de la figura 6.47.31 La integración del
plecoranil provoca un cambio conformacional en la cápside del virus, lo que impide la unión al
receptor celular ICAM-1 (empleado por más del 90% de los rinovirus) aumentando la rigidez de
la cápside, lo que inhibe la descapsidación del virión y la liberación del ARN dentro de la célula
hospedadora.
Figura 6.47. Interacciones del plecoranil con los aminoácidos del bolsillo de fijación
6.17.12.a. Análisis retrosintético
En el esquema 6.50 se indica el análisis retrosintético del plecoranil.
Esquema 6.50
31
Ledford, R. M.; Patel, N. R.; Demenczuk, T. M.; Watanyar, A.; Herbertz, T.; Collett, M. S.; Pevear, D.
C. J. Virol. 2004, 78, 3663-3674.
74
Síntesis de antivirales
El proceso se inicia con la desconexión del anillo de oxadiazol, que se obtendrá mediante
reacción de ciclodeshidratación sobre la amidoxima 6.115 que, a su vez, derivará del nitrilo
6.112. Por último, la desconexión del enlace C-O, basada en una reacción SN2, conduce al
isoxazol 6.118 y al 4-hidroxi-3,5-dimetilbenzonitrilo 6.117.
6.17.12.b. Síntesis
Para la síntesis del pleconaril se elige como compuesto de partida el 3,5-dimetilisoxazol
6.119 (esquema 6.51). La desprotonación de este compuesto, mediante reacción con BuLi,
seguida de C-alquilación con el 1-bromo-2-cloroetano, proporciona el 5-(3-cloropropil)-3metilisoxazol 6.118.32 La reacción SN2 del 4-hidroxi-3,5-dimetilbenzonitrilo 6.117 con el
isoxazol 6.118 se lleva a cabo en N-metilpirrolidona (NMP) en presencia de yoduro potásico y
cabonato potásico y proporciona el compuesto 6.112. La reacción con clorhidrato de
hidroxilamina, en etanol, en presencia de carbonato potásico, conduce a la amidoxima 6.115.33
El tratamiento de este compuesto con anhidrido trifluoroacético en piridina proporciona el
plecoranil.34
Esquema 6.51
32
Diana, G. D.; Cutcliffe, D.; Volkots, D. L.; Mallamo, J. P.; Bailey, T. R.; Vescio, N.; Oglesby, R. C.;
Nitz, T. J.; Wetzel, J.; Giranda, V.; Pevear, D. C.; Dutko, F. J. J. Med. Chem. 1993, 36, 3240-3250.
33
Diana, G. D.; Volkots, D. L.; Nitz, T. J.; Bailey, T. R.; Long, M. A.; Vescio, N.; Aldous, S.; Pevear, D.
C.; Dutko, F. J. J. Med. Chem. 1994, 37, 2421-2436.
34
Diana, G. D.; Rudewicz, P.; Pevear, D. C.; Nitz, T. J.; Aldous, S. A.; Aldous, D. J.; Robinson, D. T.;
Draper, T.; Dutko, F. J.; Aldi, C.; Gendron, G.; Oglesby, R. C.; Volkots, D. L.; Reurnan, M.; R.; Bailey,
T. R.; Czerniak, R.; Block, T.; Roland, R.; Oppermann, J. J. Med. Chem. 1996, 38, 1355-1371.
75
Tema 6. Enfermedades víricas
6.17.12.c. Cuestiones
1) Explique mecanísticamente la formación del 5-(3-cloropropil)-3-metilisoxazol 6.118 a partir
del 3,5-dimetilisoxazol 6.119. ¿Por qué se produce la C-alquilación en el metilo en la posición
en C-3?
2) En el esquema 6.52 se indica una síntesis para el 4-hidroxi-3,5-dimetilbenzonitrilo 6.117.35
Esquema 6.52
Explique mecanísticamente la formación de 6.117 por reacción del 4-bromo-2,6-dimetilfenol
6.125 con cianuro cuproso.
6.17.12. Síntesis de arbidol
El arbidol es un fármaco antiviral, comercializado en Rusia y China, que se emplea en el
tratamiento de la gripe.36 El arbidol inhibe la entrada del virus en la célula hospedadora y
estimula la respuesta inmune.37 Algunos estudios han demostrado que el arbidol es más efectivo
en infecciones por virus ARN que por virus ADN.38
7.17.12.a. Análisis retrosintético
El análisis retrosintético del arbidol se indica en el esquema 6.53 y se inicia con la
desconexión del fragmento de dimetilamino metilo. Esta operación conduce al compuesto 6.126
el cual, por escisión del grupo tiofenilo, origina el indol dihalogenado 6.127 (X=halógeno) que
se obtendrá a partir hidroxi-indol 6.129. Este compuesto se sintetizará mediante reacción de
Nenitzescu de la 1,4-benzoquinona 6.130 con el acetilacetato de etilo 6.131 y la metilamina
6.132.
35
Wang, W.; Wu, W.; Shen, Z.; Chen, L. J. Label. Compd. Radiopharm. 2011, 54, 371-373.
Leneva, I. A.; Russell, R. J.; Boriskin, Y. S.; Hay, A. J. Antiviral Res. 2009, 81, 132-140.
37
Boriskin, Y. S.; Leneva, I. A.; Pécheur, E. I.; Polyak, S. Curr. Med. Chem. 2008, 15, 997-1005.
38
Shi, L.; Xiong, H.; He, J.; Deng, H.; Li, Q.; Zhong, Q.; Hou, W.; Cheng, L.; Xiao, H.; Yang, Z. Arch.
Virol.2007, 152, 1447-1455.
36
76
Síntesis de antivirales
Esquema 6.53
7.17.12.b. Síntesis
La síntesis del arbidol se inicia con la reacción de Nenitzescu. Así, la metilamina se calienta
con acetilacetato de etilo, a reflujo de tolueno en presencia de TsOH y la enamina resultante se
hace reaccionar con 1,4-benzoquinona en nitrometano,39 lo que proporciona el hidroxi-indol
6.129 (esquema 6.54).
O
COOEt
COOEt
+
CH3
O
CH3NO2
6.132
CH3
H3CHN
6.133
6.131
N
6.135
CH3
COOEt
HO
AcO
AcO
Br
ClCH2CH2Cl, reflujo
(60%)
COOEt
COOEt
Br
6.130
O
TsOH
CH3NH2
Br2
CH3
CCl4, 2h
(87%)
SH
N
6.134
COOEt
HO
6.128
N
KOH, MeOH Br
3h, rt (96%)
6.126
S
CH3
CH3COCl
N
piri-acetona
CH3
6.129
CH3
Me2N
HCHO
Me2NH
AcOH
CH3
COOEt
HO
N
Br
Arbidol
S
CH3
Esquema 6.54
39
Pawlak, J. M.; Khau, V. V.; Hutchison, D. R.; Martinelli, M. J. J. Org. Chem. 1996, 61, 9055-9059.
77
Tema 6. Enfermedades víricas
La acetilación del hidroxilo fenólico conduce al compuesto 6.134 que se convierte en el
derivado dibromado 6.135 mediante reacción con bromo molecular.40 El tratamiento de 6.135
con tiofenol, en presencia de KOH, permite la obtención del compuesto 6.126 que se convierte
en el arbidol por reacción de Mannich con formaldehído y dimetilamina.
7.17.12.c. Cuestiones
1) Explique mecanísticamente la reacción de Nenitzescu que permite la obtención del hidroxiindol 6.129.
Esquema 6.55
2) Explique mecanísticamente la reacción indicada en el esquema 6.56.
Esquema 6.56
40
(a) Chai, H.; Zhao, Y.; Zhao, C.; Gong, P. Biorg. Med. Chem. 2006, 14, 911-917 (b) Boriskin, Y. S.;
Leneva, I. A. ; Pécheur, E.-I. ; Polyak, S. J. Curr. Med. Chem. 2008, 15, 997-1005.