Studium antivirotického účinku vybraných derivátů nukleosidů a nukleotidů

Mgr. Martina Fojtíková, Ph.D.

Doctoral thesis

Study of antiviral effect of selected nucleoside and nucleotide derivatives

Abstract:

Práce se zabývá studiem nukleotidových a nukleosidových analogů a jejich antivirotického účinku proti vybraným DNA (Aujeszkyho choroba) a RNA (západonilská horečka) virům. Další částí práce byla příprava liposomů novou metodou – mikrofluidním mísením a jejich modifikace s využitím „click“ chemie pro cílení k buňkám imunitního systému. První část byla zaměřena na antivirální aktivitu proti Aujeszkyho chorobě, která způsobuje značné ekonomické ztráty v zemědělství a je nebezpečná zejména pro lovecké psy. Vakcína je zatím jen pro prasata na farmách. Pro tuto závažnou nemoc neexistuje žádná antivirotická léčba. Prokázali jsme antivirotickou aktivitu dvou acyklických nukleosidových fosfonátů na bázi 2,6-diaminopurinu, jeden s cyklopropylovou skupinou na purinovém kruhu a druhý s hydroxylovou skupinou na uhlíkovém řetězci. Zdá se, že u těchto dvou látek je potenciál jako pro léčiva proti Aujeszkyho chorobě nebo jiným herpesvirovým infekcím anebo jako slibné struktury pro vývoj nových léčiv. Dalším zkoumaným virem byl komáry přenášený flavivirus virus západonilské horečky (WNV), proti kterému není žádná antivirová terapie. Imino-C-nukleosid BCX4430 silně inhiboval in vitro replikaci WNV a také dalších flavivirů jako je virus klíšťové encefalitidy (VKE), vrtivky a nemoc Kyasanurského lesa. Další aktivní látkou s širokospektrálním antivirovým účinkem je Arbidol (umifenovir) s mikromolárním antivirovým účinkem proti WNV, VKE a Zika viru. Dalšími látkami s nanomolární nebo nízkou mikromolární anti-WNV aktivitou jsou 7-deaza-2´-C-methyladenosin a 4´-azido-aracytidin. První z nich významně chránila myši infikované WNV s 90% mírou přežití, i když byla léčba zahájena 3 dny po infekci. Při zahájení léčby 8 dnů po infekci však nebyl pozorován žádný antivirotický účinek. Modifikace nukleosidu azido skupinou se zdá být důležitým faktorem inhibice replikace WNV, i když je závislá na buněčném typu. Naše výsledky ukazují, že tyto sloučeniny mají potenciál jako terapeutická činidla a zaslouží si další zkoumání v léčbě proti těmto a příbuzným virům. Liposomy mají velký potenciál v chemoterapeutické léčbě. Navrhli jsme a syntetizovali nové aminoxy lipidy pro formulaci nanoliposomů pomocí mikrofluidního mísení. Povrch nanoliposomů byl modifikován ortogonální vazbou kyseliny hyaluronové (HA) nebo buněčného mananu prostřednictvím „click“ chemie na bázi aminoxy vazby (oximová ligace). Bylo prokázáno, že liposomy s HA se selektivně vážou na buňky pozitivní na CD44. Toto pozorování může být využito pro cílení nosičů pro dodávání léčiv nebo vakcín. Liposomy s mananem navázaným na povrchu mohou stimulovat dendritické buňky a představují nosič pro konstrukci rekombinantních vakcín na bázi liposomů.

Abstract:

The work deals with the study of nucleotide and nucleoside analogues as potential antiviral agents against selected DNA (Aujeszky´s disease) and RNA (West Nile virus) viruses. Another part of the work was preparation of liposomes by new method – microfluidic mixing and their modifications using “click” chemistry to target cells of the immune system. First part was focused on antiviral activity against Aujeszky´s disease (pseudorabies virus) which causes considerable economic losses in agriculture and is dangerous especially for hunting dogs. Vaccination is only used for pigs on farms yet. There is no antiviral treatment for this fatal disease. We demonstrated antiviral activity in two 2,6-diaminopurine-based acyclic nucleoside phosphonates, one with cyclopropyl group on the purine ring and one with hydroxy group on the carbon chain. These two compounds seemed to be potential drugs against Aujeszky´s disease or other herpesviruses infections or as promising structures for further drug development. Another examined virus was mosquito-transmitted flavivirus West Nile virus (WNV) against which there is no antiviral therapy. The imino-C-nucleoside BCX4430 strongly inhibited in vitro replication of WNV and also other flaviviruses like tick-borne encephalitis virus (TBEV), louping ill virus and Kyasanur Forest disease. Another active compound with broad-spectrum antiviral activity is Arbidol (umifenovir) with micromolar-level antiviral effect against WNV, TBEV and Zika virus. Next compounds with nanomolar or low micromolar anti-WNV activity are 7-deaza-2´-C-methyladenosine and 4´-azido-aracytidine. The first of them significantly protected WNV-infected mice with 90% survival rate even if the treatment was started 3 days post-infection. However, no antiviral effect was observed when the treatment was initiated 8 days post infection. The azido modification of nucleoside appears to be an important determinant in inhibition of WNV replication, although it is cell type-dependent. Our results indicate that these compounds have a potential as therapeutic agents and deserve further investigation for treating of these viruses or their relatives. Liposomes have a great potential in chemotherapeutical treatment. We designed and synthesized new aminooxy lipids for formulation of nanoliposomes by microfluidic mixing method. Surface of nanoliposomes was modified by orthogonal binding of hyaluronic acid (HA) or cellular mannan via “click” chemistry based on aminooxy coupling (oxime ligation). Liposomes with HA were proven to bind selectively to cells positive for CD44. This observation can be used for targeting carriers for drug or vaccine delivery. Liposomes with mannan bound onto the surface can stimulate dendritic cells and represents a carrier for construction of liposome-based recombinant vaccines.

Keywords

chemoterapeutika, antivirální látky, nukleosidové analogy, cílení léčiv, liposomy, chemotherapeutics, antiviral agents, nucleoside analogues, drug targeting, liposomes

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 30. 9. 2019
• Supervisor: doc. RNDr. Jaroslav Turánek, DSc.
• Reader: prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc., doc. RNDr. Petr Skládal, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Biochemistry