It is widely recognized that monocytes/macrophages (M/M) represent a crucial target of HIV-1 in the body and play a pivotal role in the pathogenic progression of the HIV-1 infection. This strongly supports the clinical relevance of therapeutic strategies able to interfere with HIV-1 replication in M/M. The important role of M/M in HIV-1 transmission, dissemination of infectious virus throughout the body, and in virus persistence, even in patients treated successfully with HAART therapy, suggests the necessity to identify new treatments against HIV-1 replication active at different stages of virus infection. HIV-1 cellular entry inhibitors are a promising class of potential anti-HIV-1/AIDS drugs. By interacting with the viral envelope glycoproteins (gp120 or gp41), and/or with CD4 or the coreceptors, these inhibitors block different steps in the complex sequence of events leading to virus–cell fusion, counteracting in this way the HIV-1 infection of the target cells. We focused on two CCR5 inhibitors, DAPTA and TAK-779, both able to inhibit the R5 HIV-1 replication in M/M. Our results indicate that DAPTA and TAK-779 are potent anti-HIV-1 compounds able to block the virus entry of R5 HIV-1 strains in M/M, suppressing viral replication in the cells. In particular, DAPTA proved to be able to inhibit the virus replication at extremely low drug concentrations. The use of coreceptor inhibitors, such as DAPTA and TAK-779, could be important to contribute to a possible synergism with other antiretroviral treatments. Another class of compounds able to act before HIV-1 entry, is represented by carbohydrate-binding agents (CBAs). These agents are recently proposed as innovative anti-HIV compounds selectively targeting the glycans of the HIV-1 envelope glycoprotein gp120 and preventing DC-SIGN-directed HIV capture by dendritic cells (DC) and subsequent transmission of the virus to CD4+ T-lymphocytes. We now found that CBAs also efficiently prevent R5 HIV-1 infection of human primary M/M that do not measurably express DC-SIGN but markedly express the macrophage mannose-binding receptor (MMR). We observed also that pre-exposure of X4 HIV-1 to CBAs is able to prevent efficient virus capture by M/M and subsequent syncytia formation in co-cultures of uninfected CD4+ T-lymphocyte C8166 cells and CBA-X4 HIV-1 exposed M/M. The potential of CBAs to impair M/M in their capacity of hosting virus replication and chronic production of new virus particles, but also preventing M/M to efficiently capture and transmit HIV to T-lymphocytes might be an important property to be taken into consideration in the eventual choice to select microbicide candidate drugs for clinical investigation. Since M/M represent chronically infected cells, it will be also interesting to study new drugs acting at a post-integration stage in the replication cycle of HIV-1. A unique class of drugs that may contribute to the control of the latent HIV-1 reservoir includes the quinolone derivatives, first reported as an important class of broad-spectrum antibacterials. Two novel 6-desfluoroquinolone derivatives (6-DFQs), HM-12 and HM-13, were evaluated for their anti-HIV activity in acutely, chronically and latently HIV-1-infected cell cultures (including M/M) and found to behave as potent HIV-1 transcription inhibitors. Interestingly, in a murine in vivo model in which mice are inoculated with latently HIV-1-infected human cells, 6-DFQs were shown to efficiently prevent virus activation upon TNFα triggering. Thus, these compounds are able to slow down virus replication, and should be interesting candidate drugs to be combined with entry, integrase or reverse transcriptase inhibitors that acts prior to the proviral integration in the treatment of HIV-1 infections. Because it is known that HIV-1 infection induces a significant perturbation of the oxidative status of M/M, it can be interesting also to study new drugs able to counteract the cell damage correlated with this oxidative condition. In particular, we studied MnTBAP (Mn(III)tetrakis(4-benzoic acid)porphrin chloride), a synthetic peroxynitrite decomposition catalyst, able to reduce oxidative stress subsequent to peroxynitrite generation in HIV-1-infected M/M and found the compound efficient in inhibiting HIV-1 replication in M/M. In summary, the inherent properties of HIV-1 infection of M/M should be taken into account to design therapeutic strategies aimed at achieving an optimal therapeutic effect in all tissue compartments where the virus hides and replicates. We have investigated four possible new drug classes of compounds that represent interesting candidate drug leads for further (pre)clinical studies.

E’ riconosciuto che monociti/macrofagi (M/M) rappresentano un bersaglio cruciale per il virus dell’immunodeficienza umana (HIV) e giocano un ruolo chiave nella progressione patogenetica dell’infezione da HIV-1. Questo supporta la rilevanza clinica delle strategie terapeutiche in grado di interferire con la replicazione di HIV-1 nei M/M. L’importante ruolo rivestito dai M/M nella trasmissione, nella disseminazione nell’organismo e nella persistenza del virus anche in pazienti trattati con successo con terapia antiretrovirale suggerisce la necessità di identificare nuovi trattamenti contro la replicazione di HIV-1, capaci di agire a differenti stadi del ciclo virale. Obiettivo della ricerca qui presentata è stato quello di valutare l’efficacia di differenti classi di farmaci capaci di agire a diversi livelli del ciclo replicativi di HIV-1. Abbiamo dapprima studiato inibitori dell’entrata di HIV-1 che agiscono a livello della complessa sequenza di eventi che portano all’entrata del virus nella cellula bersaglio. Gli inibitori dell’entrata possono dividersi in: i) inibitori della glicoproteina virale gp120; ii) inibitori della glicoproteina gp41 (inibitori della fusione); iii) inibitori del recettore virale CD4; iv) inibitori dei principali corecettori virali CXCR4 e CCR5. Il nostro studio è stata incentrato sullo studio dell’attività antivirale di due inibitori del CCR5: DAPTA (D-Ala-Peptide T-amide) e TAK-779. I risultati ottenuti indicano che DAPTA e TAK-779 sono potenti composti anti-HIV-1 in grado di bloccare l’entrata di ceppi virali che usano il CCR5 nell’infezione dei M/M. In particolare, DAPTA è in grado di inibire la replicazione virale a concentrazioni estremamente basse. L’utilizzo di inibitori dei corecettori, come DAPTA o TAK-779, potrebbe agire in maniera sinergica col trattamento antiretrovirale nel contrastare l’infezione da HIV-1 e i danni direttamente o indirettamente indotti dal virus. Altra classe di composti capaci di inibire l’entrata di HIV-1 nelle cellule bersaglio, è rappresentata dagli agenti che legano i carboidrati (CBAs), recentemente proposti come composti innovativi che legano selettivamente i glicani della glicoproteina dell’envelope gp120 e prevengono nelle cellule dendritiche (DC) le cattura di HIV mediata dal DC-SIGN e la trasmissione dell’infezione ai linfociti T CD4+. I risultati ottenuti hanno dimostrato che le CBAs prevengono efficacemente l’infezione di R5 HIV-1 nei M/M che non esprimono livelli misurabili di DC-SIGN, mentre esprimono il recettore per il mannosio (MMR). Abbiamo anche osservato che la pre-esposizione di X4 HIV-1 alle CBAs è in grado di prevenire la cattura del virus da parte dei M/M e la conseguente formazione di sincizi nelle coculture di cellule linfocitarie C8166 non infette e M/M esposti a CBA-X4 HIV-1. Prevenendo l’entrata e quindi la replicazione virale nei M/M e riducendo la capacità degli stessi M/M di catturare e trasmettere HIV-1 ai linfociti T le CBAs potrebbero essere considerate nella selezione di farmaci microbicidi per studi clinici. Poiché i M/M rappresentano cellule cronicamente infettate, abbiamo anche studiato l’efficacia di nuovi farmaci che agiscono ad uno stadio post-integrazionale nel ciclo di replicazione di HIV-1. In particolare ci siamo focalizzati su una classe di farmaci che comprende i derivati dei quinoloni, noti antibatterici ad ampio spettro. Nei nostri esperimenti due nuovi 6-desfluoro-quinolone derivati (6-DFQs), HM-12 e HM-13, sono stati valutati per la loro attività anti-HIV-1 in cellule acutamente, cronicamente e latetemente infettate da HIV-1 e si sono rivelati agire come potenti inibitori della trascrizione virale. In un modello murino in vivo in cui i topi venivano inoculati con cellule umane patentemente infettate da HIV-1, 6-DFQs prevenivano efficacemente l’attivazione di HIV-1 guidata da TNFα. Questi composti, in grado di ridurre la replicazione virale, potrebbero essere combinati con inibitori dell’entrata, dell’integrasi o della trascrittasi inversa nel trattamento dell’infezione da HIV-1. Inoltre, poiché è noto che l’infezione da HIV-1 induce una significativa perturbazione dello stato ossidativo nei M/M, è interessante studiare nuovi farmaci capaci di contrastare il danno correlato con tale condizione di stress ossidativo. In particolare abbiamo studiato l’MnTBAP (Mn(III)tetrakis(4-benzoic acid)porphrin chloride), un catalizzatore sintetico della decomposizione del perossinitrito, in grado di ridurre la condizione di stress ossidativo dovuta al perossinitrito in M/M infetti da HIV-1. I risultati ottenuti hanno dimostrato che l’MnTBAP è in grado di inibire la replicazione e la maturazione di HIV-1 in M/M. Le caratteristiche dell’infezione di HIV-1 nei M/M potrebbero essere prese in considerazione per ideare nuove strategie terapeutiche con lo scopo di raggiungere un effetto terapeutico ottimale in tutti i compartimenti corporei in cui il virus si nasconde e replica.

Pollicita, M. (2009). New classes of anti-HIV-1 compounds active at different stages of infection.

New classes of anti-HIV-1 compounds active at different stages of infection

POLLICITA, MICHELA
2009-02-18

Abstract

It is widely recognized that monocytes/macrophages (M/M) represent a crucial target of HIV-1 in the body and play a pivotal role in the pathogenic progression of the HIV-1 infection. This strongly supports the clinical relevance of therapeutic strategies able to interfere with HIV-1 replication in M/M. The important role of M/M in HIV-1 transmission, dissemination of infectious virus throughout the body, and in virus persistence, even in patients treated successfully with HAART therapy, suggests the necessity to identify new treatments against HIV-1 replication active at different stages of virus infection. HIV-1 cellular entry inhibitors are a promising class of potential anti-HIV-1/AIDS drugs. By interacting with the viral envelope glycoproteins (gp120 or gp41), and/or with CD4 or the coreceptors, these inhibitors block different steps in the complex sequence of events leading to virus–cell fusion, counteracting in this way the HIV-1 infection of the target cells. We focused on two CCR5 inhibitors, DAPTA and TAK-779, both able to inhibit the R5 HIV-1 replication in M/M. Our results indicate that DAPTA and TAK-779 are potent anti-HIV-1 compounds able to block the virus entry of R5 HIV-1 strains in M/M, suppressing viral replication in the cells. In particular, DAPTA proved to be able to inhibit the virus replication at extremely low drug concentrations. The use of coreceptor inhibitors, such as DAPTA and TAK-779, could be important to contribute to a possible synergism with other antiretroviral treatments. Another class of compounds able to act before HIV-1 entry, is represented by carbohydrate-binding agents (CBAs). These agents are recently proposed as innovative anti-HIV compounds selectively targeting the glycans of the HIV-1 envelope glycoprotein gp120 and preventing DC-SIGN-directed HIV capture by dendritic cells (DC) and subsequent transmission of the virus to CD4+ T-lymphocytes. We now found that CBAs also efficiently prevent R5 HIV-1 infection of human primary M/M that do not measurably express DC-SIGN but markedly express the macrophage mannose-binding receptor (MMR). We observed also that pre-exposure of X4 HIV-1 to CBAs is able to prevent efficient virus capture by M/M and subsequent syncytia formation in co-cultures of uninfected CD4+ T-lymphocyte C8166 cells and CBA-X4 HIV-1 exposed M/M. The potential of CBAs to impair M/M in their capacity of hosting virus replication and chronic production of new virus particles, but also preventing M/M to efficiently capture and transmit HIV to T-lymphocytes might be an important property to be taken into consideration in the eventual choice to select microbicide candidate drugs for clinical investigation. Since M/M represent chronically infected cells, it will be also interesting to study new drugs acting at a post-integration stage in the replication cycle of HIV-1. A unique class of drugs that may contribute to the control of the latent HIV-1 reservoir includes the quinolone derivatives, first reported as an important class of broad-spectrum antibacterials. Two novel 6-desfluoroquinolone derivatives (6-DFQs), HM-12 and HM-13, were evaluated for their anti-HIV activity in acutely, chronically and latently HIV-1-infected cell cultures (including M/M) and found to behave as potent HIV-1 transcription inhibitors. Interestingly, in a murine in vivo model in which mice are inoculated with latently HIV-1-infected human cells, 6-DFQs were shown to efficiently prevent virus activation upon TNFα triggering. Thus, these compounds are able to slow down virus replication, and should be interesting candidate drugs to be combined with entry, integrase or reverse transcriptase inhibitors that acts prior to the proviral integration in the treatment of HIV-1 infections. Because it is known that HIV-1 infection induces a significant perturbation of the oxidative status of M/M, it can be interesting also to study new drugs able to counteract the cell damage correlated with this oxidative condition. In particular, we studied MnTBAP (Mn(III)tetrakis(4-benzoic acid)porphrin chloride), a synthetic peroxynitrite decomposition catalyst, able to reduce oxidative stress subsequent to peroxynitrite generation in HIV-1-infected M/M and found the compound efficient in inhibiting HIV-1 replication in M/M. In summary, the inherent properties of HIV-1 infection of M/M should be taken into account to design therapeutic strategies aimed at achieving an optimal therapeutic effect in all tissue compartments where the virus hides and replicates. We have investigated four possible new drug classes of compounds that represent interesting candidate drug leads for further (pre)clinical studies.
18-feb-2009
A.A. 2006/2007
Microbiologia medica e immunologia
19.
E’ riconosciuto che monociti/macrofagi (M/M) rappresentano un bersaglio cruciale per il virus dell’immunodeficienza umana (HIV) e giocano un ruolo chiave nella progressione patogenetica dell’infezione da HIV-1. Questo supporta la rilevanza clinica delle strategie terapeutiche in grado di interferire con la replicazione di HIV-1 nei M/M. L’importante ruolo rivestito dai M/M nella trasmissione, nella disseminazione nell’organismo e nella persistenza del virus anche in pazienti trattati con successo con terapia antiretrovirale suggerisce la necessità di identificare nuovi trattamenti contro la replicazione di HIV-1, capaci di agire a differenti stadi del ciclo virale. Obiettivo della ricerca qui presentata è stato quello di valutare l’efficacia di differenti classi di farmaci capaci di agire a diversi livelli del ciclo replicativi di HIV-1. Abbiamo dapprima studiato inibitori dell’entrata di HIV-1 che agiscono a livello della complessa sequenza di eventi che portano all’entrata del virus nella cellula bersaglio. Gli inibitori dell’entrata possono dividersi in: i) inibitori della glicoproteina virale gp120; ii) inibitori della glicoproteina gp41 (inibitori della fusione); iii) inibitori del recettore virale CD4; iv) inibitori dei principali corecettori virali CXCR4 e CCR5. Il nostro studio è stata incentrato sullo studio dell’attività antivirale di due inibitori del CCR5: DAPTA (D-Ala-Peptide T-amide) e TAK-779. I risultati ottenuti indicano che DAPTA e TAK-779 sono potenti composti anti-HIV-1 in grado di bloccare l’entrata di ceppi virali che usano il CCR5 nell’infezione dei M/M. In particolare, DAPTA è in grado di inibire la replicazione virale a concentrazioni estremamente basse. L’utilizzo di inibitori dei corecettori, come DAPTA o TAK-779, potrebbe agire in maniera sinergica col trattamento antiretrovirale nel contrastare l’infezione da HIV-1 e i danni direttamente o indirettamente indotti dal virus. Altra classe di composti capaci di inibire l’entrata di HIV-1 nelle cellule bersaglio, è rappresentata dagli agenti che legano i carboidrati (CBAs), recentemente proposti come composti innovativi che legano selettivamente i glicani della glicoproteina dell’envelope gp120 e prevengono nelle cellule dendritiche (DC) le cattura di HIV mediata dal DC-SIGN e la trasmissione dell’infezione ai linfociti T CD4+. I risultati ottenuti hanno dimostrato che le CBAs prevengono efficacemente l’infezione di R5 HIV-1 nei M/M che non esprimono livelli misurabili di DC-SIGN, mentre esprimono il recettore per il mannosio (MMR). Abbiamo anche osservato che la pre-esposizione di X4 HIV-1 alle CBAs è in grado di prevenire la cattura del virus da parte dei M/M e la conseguente formazione di sincizi nelle coculture di cellule linfocitarie C8166 non infette e M/M esposti a CBA-X4 HIV-1. Prevenendo l’entrata e quindi la replicazione virale nei M/M e riducendo la capacità degli stessi M/M di catturare e trasmettere HIV-1 ai linfociti T le CBAs potrebbero essere considerate nella selezione di farmaci microbicidi per studi clinici. Poiché i M/M rappresentano cellule cronicamente infettate, abbiamo anche studiato l’efficacia di nuovi farmaci che agiscono ad uno stadio post-integrazionale nel ciclo di replicazione di HIV-1. In particolare ci siamo focalizzati su una classe di farmaci che comprende i derivati dei quinoloni, noti antibatterici ad ampio spettro. Nei nostri esperimenti due nuovi 6-desfluoro-quinolone derivati (6-DFQs), HM-12 e HM-13, sono stati valutati per la loro attività anti-HIV-1 in cellule acutamente, cronicamente e latetemente infettate da HIV-1 e si sono rivelati agire come potenti inibitori della trascrizione virale. In un modello murino in vivo in cui i topi venivano inoculati con cellule umane patentemente infettate da HIV-1, 6-DFQs prevenivano efficacemente l’attivazione di HIV-1 guidata da TNFα. Questi composti, in grado di ridurre la replicazione virale, potrebbero essere combinati con inibitori dell’entrata, dell’integrasi o della trascrittasi inversa nel trattamento dell’infezione da HIV-1. Inoltre, poiché è noto che l’infezione da HIV-1 induce una significativa perturbazione dello stato ossidativo nei M/M, è interessante studiare nuovi farmaci capaci di contrastare il danno correlato con tale condizione di stress ossidativo. In particolare abbiamo studiato l’MnTBAP (Mn(III)tetrakis(4-benzoic acid)porphrin chloride), un catalizzatore sintetico della decomposizione del perossinitrito, in grado di ridurre la condizione di stress ossidativo dovuta al perossinitrito in M/M infetti da HIV-1. I risultati ottenuti hanno dimostrato che l’MnTBAP è in grado di inibire la replicazione e la maturazione di HIV-1 in M/M. Le caratteristiche dell’infezione di HIV-1 nei M/M potrebbero essere prese in considerazione per ideare nuove strategie terapeutiche con lo scopo di raggiungere un effetto terapeutico ottimale in tutti i compartimenti corporei in cui il virus si nasconde e replica.
Settore MED/04 - PATOLOGIA GENERALE
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Tesi di dottorato
Pollicita, M. (2009). New classes of anti-HIV-1 compounds active at different stages of infection.
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