Peki, Remdesivir nedir? Neye benzer? Etki mekanizması?
Tuğçe Kaymaz (Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi Araştırma Görevlisi, Fırat Üniversitesi Tıp Fakültesi Doktora öğrencisi), Hikmet Geçkil (Öğretim Üyesi, İnönü Üniversitesi)
ABD Başaknı Donald Trump'ın "Klorokin" ve "Hidroksiklorokin" konusundaki spekülatif açıklamalarından sonra, yeni koronavirüse karşı bugünlerde adı en sık duyulan başka bir ilaç REMDESİVİR oldu.
Koronavirüsler (vd virüsler), hücre zarına bağlanarak onunla kaynaşır ve hücreye girer. İçeri girer girmez çoğalmak için virüs, RNA bağımlı RNA polimerazını (RdRp) kullanarak konakçı hücrenin tüm işleyişine zarar verir ve onu kendisini üretecek bir fabrikaya çevirir.
SARS-CoV-2 adı verilen koronavirüs bazı ilginç özelliklere de sahip.
Bir kere normal bir virüse göre oldukça büyük bir genomu ve protein repertuarı var. Genomu birçok tehlikeli virüs (HIV, Influenza, Ebola, Zika, Polio, vd koronavirüsler olan SARS ve MERS) gibi bir RNA zinciri. Ancak, genomunun büyüklüğü onların 3-5 katı. Kodladığı protein çeşidi de bu virüslerin çoğundan çok daha büyük.
RNA’sı pozitif (+) anlamlı (ya da anlatımlı) bir zincir. Bu ne demek?
Diğer çoğu virüsün tersine, kronavirüs hücreye girdiğinde bu RNA’sı doğrudan ribozomlarımıza bağlanabilir (ribozomlar proteinlerimizin sentezlendiği karmaşık makinelerdir). Yani bu virüsün RNA’sı, hem bir mRNA (ribozomlarda proteine ifade edilen RNA türü), hem de onun kromozomu (bizdeki DNA gibi). Ribozomda bu şifre (mRNA) proteinlere deşifre olur. Yani, virüsün 30 kadar proteini yapılır (ifade veya translayon diyoruz). Bu proteinler arasında tabi ki RdRp de bulunur. Bu enzim, virüsün RNA’sına bağlanır ve ondan yeni kopyalar üretir. Oluşan virüs proteinleri ve yeni RNA’ları bir araya getirilir, paketlenir ve al sana yeni ve taze virüsler hem de kısa sürede milyonlarcası.
Peki, virüs kendi RNA’sının kimyasalları olan A,G,C,U ve proteinlerinin yapıtaşları olan 20 çeşit amino asiti nereden alır?
Hepsini hücrelerimiz ona sağlar…
Peki, virüs kendi parçalarını nasıl birleştirip tam bir virüse dönüşür?
Virüs bunu da yapamaz. Bu montajı da yapan yine hücrlerimiz ve hücrelerimizin “endoplazmik retikulum” ve “Golgi aygıtı” denen paketleme ve kargo kompartmanları!
RdRp’ın yapıya girdiği kompleks moleküle (replikaz) dönersek…
Virüs, genomunu çoğaltmak (replikasyon) ve transkripsiyon (pozitif zincir RNA’lar üretmek) için RNA bu enzimi kullanır.
İnfluenza (grip) virüsü RdRp enzimi ile ile karşılaştırıldığında, SARS-CoV-2’nin RdRp enzimi replikasyon ve transkripsiyon sırasında oluşan hataları, yani mutasyonları düzletebilmektedir. Bu da bu virüsün başka şekillere, tiplere vs’ye dönüşmesini engeller. Diğer bir değimle SARS-CoV-2, her yıl yenisi ortaya çıkan grip virüsüne göre daha kararlıdır. Bazılarına göre, SARS-CoV-2 için bir aşı geliştirirsek, grip aşısının tersine bunu her yıl yenilemek zorunda kalmayız!
Lafı çok uzattık… Konumuza dönersek.
Koronavirüsler dahil bazı diğer virüslerde de olan ancak bizde olmayan RdRp enzimi oldukça korunmuş bir enzim. Yani, bu enzimin amino asit dizisine bakarsak hemen tüm virüslerde oldukça benzer. Bu da onu iyi bir “ilaç hedefi” yapar.
Bu ilaçlardan biri bir antiviral molekül olan REMDESİVİR…
Remdesivir yapı olarak RNA’daki fosfatlı “A” harfine (AMP, adenozin monofosfat) benzer. Bu kimyasal (harf) hem bizim hem de virüsün çoğalması için elzemdir.
Remdesivir ileri COVİD-19 hastalarına çoğu zaman damardan enjeksiyonla verilir (çünkü, bunu hap olarak aldığımızda sindirim sitemimiz büyük oranda parçalayıp atar!).
Peki, bu ilaç nasıl olup da hücrelerimizin çoğalmasını değil de sadece virüslerin çoğalmasını engellemektedir?
Bizim RNA’larımızı yapan enzimin adı “RNA polimeraz”. Virüsün ise RdRp (RNA bağımlı RNA polimeraz). İkisi oldukça farklı enzimler. Farklardan biri bizim enzimimiz DNA’ya bağlanıyor ve ondan RNA üretiyor. Koronavirüste ise RdRp, RNA’ya bağlanıp RNA üretiyor.
Hem bizim enzim hem de virüsün RdRp’ı RNA sentezi için 4 harfi (A, G, C, U) kullanmak zorunda. Yani, bu 4 kimyasal bu enzimlerde uygun yerlere bağlanıyor ve zincirleme rekasiyonlarla RNA üretiliyor (AAGCUUAGGCCAAAUAC … gibi).
Farklardan ikincisi, “Remdesivir” sadece virüsün enzimine bağlanırken, bizim enzimde bu antiviral molekülün bağlandığı bir bölge yok. Dolayısı ile hücrelerimiz genel olarak etkilenmiyor…
Kan dolaşımı aracılığı ile Remdesivir, virüslerle banyo halindeki dokulara (örn. akciğerlerimize) gelir, hücrelere girer ve RdRp 4 harfi alıp virüsün RNA’sını senetzlerken doğal olan “A” yerine bu sneteik molekülü bağlayıp zincire sokar.
BOOMMM! Bu da virüsün sonu olur.
Çünkü, doğal olmayan Remdesivir’in genetik şifrede bir karşılığı yoktur ve zincir uzamadan ham bir şekilde biter (yani, RdRp’yi bloke eder). Kazara, zincir uzasa bile ribozomlarda okunmaz. Çünkü, Remdesivir’in bulunduğı üçlü kodon tarafından tanımlanan bir amino asit yoktur. Ve böylece virüs tekrar oluşmak için ihtiyaç duyduğu RNA ve proteinlerden mahrum kalır…
Remdesivir’i biraz daha yakından tanıyalım….
Bu ilacın RdRp kullanan Ebola ve diğer koronavirüsler üzerinde geniş spektrumlu bir aktiviteye sahip olduğu ileri sürülmüştür (ancak, bu konuda tam bir bilimsel görüş birliği olmayıp, değişik sonuçlar rapor edilmiştir).
Remdesivir, antiviral ilaçların en eski sınıflarından biri olan nükleozit (Adenozin, A) analoğu bir moleküldür. Remdesivir, aşağıda bir monofosfat olarak gösterilen RNA’daki “adenozin”e benzemektedir. Ancak doğal birkaç önemli farkı vardır:
1 3′ Hidroksi grubu
Farklı nükleozid veya nükleotit analoglarının RNA polimerazlar (burada RdRp) üzerinde farklı etkileri vardır. Remdesivir, zorunlu olmayan zincir sonlandırıcı sınıfındandır. Bunun nedeni, virüsün RNA zincirine Remdesivir eklendikten sonra şekerin 3. karbonundaki hidroksilden dolayı teorik olarak nükleod eklenebilmesinin mümkün olmasıdır (fakat pratikte bu genellikle olmaz).
[caption id="attachment_5883" align="alignleft" width="1143"]
Remdesivir'in çalışma mekanizması: Yapısal olmayan bir protein olan NSP12'nin diğer adı RdRp'dır. Başka bir protein olan Bu iki protein olan NSP8, NSP12’ye yardımcı olur ve beraber yeni RNA genomunun yapılıp bir virüsün içine girmesine ve böylece yeni virüs kopyalarının yapılmasına yardımcı olur.[/caption]Hidroksil grubu, ister RNA ister DNA olsun, nükleik asidin sentezi için gerekli bir gruptur. Remdesivir, koronavirüslerin RdRp’ları ile karıştırıldığında yeni bir RNA zincirinin sentezini anında sonlandırmadığı görülmüştür. Sonlandırma etkisi zincire birkaç nükleotid daha RdRp ile ilave edildiğinde görülür. Remdesivir’den sonra zincire sokulan bu birkaç ilave doğal nükleotid, virüs enzimlerinin hata düzeltme fonksiyonunu önler ve böylece enzim zincir üzerinde geri dönüp Remdesivir’i çıkarmaz (proofreading blokajı).
2 Urasil ile baz eşleşmesi
Çift zincirli RNA'da molekülün bu yüzü, urasil (U) ile baz eşleşmesinde rol oynamaktadır. İki azot, urasil bazındaki atomların hidrojen bağları için sırasıyla proton vericisi ve alıcısı olarak işlev görür. Kimyacılar, Remdesivir’in çok benzer bir bağlanma yüzü sunarak viral polimerazlar tarafından uzatılan bir RNA zincirine dahil edildiğini düşünmektedir.
3 C-nükleozit bağı
Riboz (5 karbonlu bir şeker) ve baz (adenin) arasındaki bağlantıya “glikozidik bağ” denir. Genellikle riboz halkasındaki 1' karbonu, bazdaki bir azota bağlar. Ancak Remdesivir’de (ve diğer birkaç nükleotit analogunda) şeker ve nükleobaz, iki karbon arasındaki bir bağ ile birleştirilir. Bu, nükleaz enzimlerine ve nükleobazı şekerden ayırabilen diğer enzimlere karşı çok daha fazla kararlılık sağlar.
4 1' siyano grubu
C-nükleozit bağının gücü nedeniyle, bu karbona başka bir grubun bağlanması nerede ise imkansızdır. Siyano grubuna sahip bileşik, RdRp'yi bloke eder. Ancak konakçı hücre polimerazları (yani bizim enzimlerimiz) bundan etkilenmez.
5 Fosfat
Bu tip molekülü koruma grupları ve varyasyonları, nükleotit analoglarının hücrelere taşınmasında yaygın olarak kullanılır. Psfat grupları zaten polar olan nükleozitleri daha da polar yapar. Oldukça negatif olan fosfat gruplarının ester ya da amidlerle maskelenmesi, molekülün genel polaritesini azaltır ve hücre zarını geçerek hücrelere girmesine izin verir. İkincisi, analoğun polimerazlar (örn. RdRp) tarafından tanınabilmesi için normal bir nükleotit trifosfata benzemesi, yani fosfatlanmaları gerekir.
Hücresel ya da viral kinazlar (moleküllere fosfat grubu ekleyen enzimler) tarafından yapılan ilk fosforilasyon, çoğu kez en zor olanıdır (hız sınırlayıcı basamak). Kinazlar, oldukça seçici enzimlerdir. Molekül (Remdesivir) üzerinde hali hazırda bulunan bir fosfatla hücreye girerse, bu hız sınırlayıcı adımı atlatmış olur ve antiviral etkisi daha hızlı ortya çıkar. Koruyucu gruplar ayrılınca, nükleotit analoğu sonraki nükleotit kinazlar için uygun bir substrat olur.
Remdesivir, bir ön ilaçtır. Yani aktif halde değildir. Vücudumuzda aktif hale geçer. Hücrelerimizde yukarıdaki formülde gösterilen hali ile girer ve orada tutuku kalır. Bunun nedeni, molekülün sol yarısının kesilip buraya 3 adet fosfat grubunun enzimlerimiz tarafından eklenemsidir.
Böylece molekül iyiden iyiye negatif yüklü olur ve yağlı (lipid) hücre zarından dışarı çıkamayıp orada tutuklu kalır!
SARS-CoV ve SARS-CoV-2 gibi RdRp kullananan virüsler için bu 3 fosfatlı aktif Remdesivir artık bir inhibitör olarak görevini yapmaya hazırdır. ATP'ye göre enzime 3 kat daha hızlı bağlanır ve RNA zinciri uzarken, yukarıda değinildiği gibi zincir uzmasını durdurur. Böylece, COVID-19 hastasının viral yükü hafifketilmiş olur ve zamanla dolaşımı ve dokularındaki virüs de bağışıklık hücrlerinin yardımı ile temizlenir.
Ancak, dediğimiz gibi, Remdesivir'in etkisi konusunda bir birine zıt sonuçlar da rapor edilmiştir.
Bu da, sadece ilacın kendisinden değil hastaların metabolik ve bağışıklık farklılıklarından da kaynaklanabilir.
Kaynaklar
- Yin et al., Structural basis for inhibition of the RNA-dependent RNA polymerase from SARS-CoV-2 by remdesivir. Science, 10.1126/science.abc1560 (2020).
- Pruijssers AJ, Denison MR. Nucleoside analogues for the treatment of coronavirus infections. Curr Opin Virol. 2019 Apr;35:57-62. doi: 10.1016/j.coviro.2019.04.002. Epub 2019 May 21.
- Jingyue Ju et al. Nucleotide Analogues as Inhibitors of SARS-CoV Polymerase. bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2020.03.12.989186. March 14, 2020.
- Steffen Jockusch et al. A Library of Nucleotide Analogues Terminate RNA Synthesis Catalyzed by Polymerases of Coronaviruses Causing SARS and COVID-19. bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2020.04.23.058776. April 25, 2020.
- American Society for Biochemistry and Molecular Biology.
- Hauke S. Hillen et al. Structure of replicating SARS-CoV-2 polymerase. bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2020.04.27.063180. April 27, 2020.
- Lu Zhang et al., Role of 1’-Ribose Cyano Substitution for Remdesivir to Effectively Inhibit both Nucleotide Addition and Proofreading in SARS-CoV-2 Viral RNA Replication. bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2020.04.27.063859. April 27, 2020.
- Calvin J. Gordon et al., Remdesivir is a direct-acting antiviral that inhibits RNA-dependent RNA polymerase from severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 with high potency. JBC Papers in Press. Published on April 13, 2020 as Manuscript RA120.013679
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder