抑制HIV-1逆转录酶的组合物和方法技术

本说明书提供采用焦磷酸盐类似物的组合物和方法，其中桥氧被替换为亚氨基(PNP)以提高逆向聚合酶反应的速率。

Composition and method for inhibiting HIV-1 reverse transcriptase

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抑制HIV-1逆转录酶的组合物和方法相关申请的交叉引用根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2017年8月8日提交的美国临时专利申请No.62/542,600的优先权和权益。该申请的全部教导通过引用并入此处。政府资助支持该申请的研究由美国进行，由美国卫生和公共服务部部长代表。
本说明书提供了抑制由HIV-1逆转录酶(RT)进行的核酸扩增的组合物和方法。
技术介绍
DNA聚合酶在基因组复制和修复过程中合成DNA。因此，它们是用于不受控制的细胞生长(例如，癌症和病毒感染)的化学疗法中有吸引力的靶标。至少有17种人类DNA聚合酶，它们利用常见的核苷酸转移酶反应，其中脱氧核苷三磷酸(dNTP)以模板依赖性方式添加到生长中的DNA引物3'末端。该反应需要至少两个二价金属离子，以促进引物3'-氧阴离子内联亲核攻击引入的dNTP的Pα，导致引物链延伸一个核苷酸(即dNMP)和焦磷酸盐(pyrophosphate,PPi)。该反应是可逆的，因此在称为焦磷酸解的过程中，PPi和DNA可以生成dNTP和短一个核苷酸的DNA引物链。尽管有意地偏好进行正向DNA合成反应，但焦磷酸解在生物学上可能很重要。链终止性核苷药物经常用于试图阻止DNA合成。但是，对链终止剂的抗药性可能与停滞的DNA聚合酶通过焦磷酸解去除这些核苷酸的能力有关。另外，焦磷酸解可以去除与某些DNA损伤相对的错误插入的核苷酸，作为一种校正活性，从而提高了损伤旁路的保真度。DNA聚合酶β(polβ)是一种用于计算机、结构、动力学和生物学研究的模型DNA聚合酶。Polβ的焦磷酸解活性高度依赖于DNA底物的性质。为了在焦磷酸解中产生有效的底物结合，引物3'末端必须结合在核苷酸结合袋中。相反，DNA合成则要求引物的末端不要封闭该位点，而位于其边界。这些位点称为N位点(核苷酸；即插入之后和易位之前)和P(引物)位点。结构研究表明，引物末端优先在P位点结合一个核苷酸缺口(gapped)的DNA，而优先在N位点结合切口(nicked)DNA。在带有带切口的DNA的polβ二元复合物晶体中添加PPi–Mg2+，会生成稳定的三元产物复合物(pol–DNA切口–PPi)。由于逆向反应不利的平衡，pol-DNA缺口-dNTP复合物的水平将超出结构检测的限度。在这里，我们已经对焦磷酸解进行了动力学表征，并鉴定了一种PPi类似物亚氨二磷酸盐(imidodiphosphate，PNP)，它可以改变内部平衡，从而允许通过延时X射线晶体学进行结构表征。尽管焦磷酸解受非化学步骤的限制，但用亚氨基取代PPi的桥氧会导致限速步骤发生变化，因此PNP依赖性逆向反应受化学作用的限制。这些结果影响了我们对DNA聚合酶核苷酸转移酶化学机理的理解，并且关键的酶结构转变会影响功能。有人指出，焦磷酸解在DNA聚合酶保真度、和HIV-1逆转录酶以及线粒体DNA聚合酶γ对链终止核苷药物的敏感性中发挥作用。一直需要有效的疗法来治疗与不希望的DNA复制相关的疾病，例如癌症和病毒感染，例如HIV-1。因此，对逆向反应的更好理解，对于定义影响或调节这些所述活性的总体反应是必不可少的，并且是合理药物设计的前提。
技术实现思路
本说明书涉及焦磷酸解的动力学表征和PPi类似物亚氨二磷酸盐(PNP)的鉴定，PNP改变内部平衡，从而允许通过延时X射线晶体学进行结构表征。尽管焦磷酸解受非化学步骤的限制，但用亚氨基取代PPi的桥氧会导致限速步骤发生变化，因此PNP依赖性逆向反应受化学作用的限制。这些结果影响了我们对DNA聚合酶核苷酸转移酶化学机理的理解，并且关键的酶结构转变会影响功能。因此，本说明书提供了一种抑制HIV-1逆转录酶(RT)DNA合成反应的新方法。通过RT进行的DNA合成反应利用脱氧核苷5'-三磷酸(dNTP)作为底物，并且像许多其它酶一样，该反应是可逆的。在正向方向上，延长的DNA和焦磷酸盐(PPi)是产物；在反向方向上，dNTP和缩短的DNA是产物。因此，在某些方面，说明书提供了包含焦磷酸盐类似物(例如反应产物PPi的类似物)的组合物和方法。在某些实施方案中，类似物是例如亚氨二磷酸盐(PNP)。发现PNP强烈促进逆向反应，形成含有PNP基团(而非天然PPi基团)的dNTP产物。发现该含PNP的dNTP是RT正向反应的有效抑制剂。另一个优点是，具有增强的逆向反应的RT抗药性变体将被本文所述的类似物更有效地抑制。在某些方面和实施方案中，说明书提供了包含焦磷酸盐(PPi)类似物(例如PNP)的治疗组合物。在某些实施方案中，组合物包含有效量的焦磷酸盐(PPi)类似物(例如PNP)和药学上可接受的载体。在某些其它方面和实施方案中，本说明书提供了一种治疗或改善疾病或病症的症状的方法，该方法包括向有此需求的患者施用有效量的包含焦磷酸盐(PPi)类似物(例如，PNP)的组合物，其中所述组合物有效治疗或改善疾病或病症的至少一种症状。在某些实施方案中，所述疾病或病症是过度增殖性病症、微生物相关疾病或病症(如细菌或病毒感染)。在某些实施方案中，疾病或病症是癌症或HIV-1感染。前述的通用应用领域仅通过示例的方式给出，并且不意图限于本公开和所附权利要求的范围。根据目前的权利要求、说明书和实施例，本领域的普通技术人员将认识到与本专利技术的组合物、方法和过程有关的其它目的和优点。例如，可以以多种组合来实施本专利技术的各个方面和实施方案，本说明书明确涵盖了所有的这些组合。这些额外的优点、目的和实施方案明确地包括在本专利技术的范围内。用于阐明本专利技术背景的以及在特定情况下用于提供实践相关附加细节的出版物和其它材料通过引用并入本文。附图说明被并入说明书中并形成说明书一部分的附图，阐述了本专利技术的几个实施方案，并且与说明书一起用于解释本专利技术的原理。附图仅出于说明本专利技术实施方案的目的，并且不应被解释为限制本专利技术。通过展示本专利技术示例性实施方案的如下详细描述并结合附图，本专利技术的其它目的、特征和优点将变得显而易见，其中：图1.焦磷酸解的单转化(single-turnover)分析。图(a)显示了用于追踪焦磷酸解的测定的图。带切口的DNA底物利用焦磷酸盐(PPi)去除3'-[32P]dCMP(C*)，生成[α-32P]dCTP(dCTP*)。反应中加入了冷的dCTP阱，以防止插入放射性产物，并再生带有未标记的3'末端的带切口的DNA。通过薄层色谱法(TLC)监测产物形成(dCTP*)。图(b)选择数据点、时间和配体浓度以提供完全覆盖；即分别在低于和高于反应半衰期(≥6个时间点)以及低于和高于配体结合亲和力(≥5个浓度)处，收集多个点。时程拟合至单个指数(灰色线)。图(c)一级速率常数观察值(kobs)依赖性的PPi浓度的二级图。这些数据与双曲线拟合(在线方法(OnlineMethods)中的方程(1)，黑色线)以得出krev和Kd(补充表1)。图(d)DNA聚合酶单核苷酸插入反应的简化动力学方案。化学步骤(K4)的两侧是酶构象变化(K3和K5)。配体结合(K1、K2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合物，其包含焦磷酸盐(PPi)类似物以及药学上可接受的载体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170808 US 62/542,6001.一种组合物，其包含焦磷酸盐(PPi)类似物以及药学上可接受的载体。


2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述焦磷酸盐类似物是亚氨二磷酸盐(PNP)。


3.一种用于治疗或改善疾病或病症的症状的方法，其包括向有此需求的患者施用有效量的包含焦磷酸盐(PPi)类似物的组合物，其中所述组合物可有效治疗或改善所述疾病或病症的至少一种症状。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述焦磷酸盐类似物是亚氨二磷酸盐(PNP)。


5.根据权利要求4所述的方法，其中所述疾病或病症是过度增殖性病症或与微生物相关的疾病或病症中的至少一种。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述与微生物相关的疾病或病症选自细菌感染或病毒感染。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述病毒感染是腺病毒感染、1型单纯疱疹感染、2型单纯疱疹感染、水痘-带状疱疹病毒感染、EB病毒感染、人巨细胞病毒感染、人8型疱疹病毒感染、人乳头瘤病毒感染、BK病毒感染、JC病毒感染、天花感染、乙型肝炎感染、人博卡病毒感染、细小病毒B19感染、人星状病毒感染、诺沃克病毒感染、柯萨奇病毒感染、甲型肝炎病毒感染、脊髓灰质炎病毒感染、鼻病毒感染、严重急性呼吸系统综合症病毒感染、丙型肝炎病毒感染、黄热病毒感染、登革热病毒感染、西尼罗河病毒感染、风疹病毒感染、戊型肝炎病毒感染、人免疫缺陷病毒(HIV)感染、流感病毒感染、瓜纳里托病毒感染、胡宁病毒感染、拉萨病毒感染、马库波病毒感染、萨比亚病毒感染、克里米亚-刚果出血热病毒感染、埃博拉病毒感染、马尔堡病毒感染、麻疹病毒感染、腮腺炎病毒感染、副流感病毒感染、呼吸道合胞病毒感染、人偏肺病毒感染、亨得拉病毒感染、尼帕病毒感染、狂犬病病毒感染、丁型肝炎感染、轮状病毒感染、环状病毒感染、蜱传热病毒感染或版纳病毒感染。


8.根据权利要求6所述的方法，其中所述病毒感染是HIV-1感染。


9.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括向有此需求的患者施用有效量的其它治疗剂或生物活性剂。


10.根据权利要求9所述的方法，其中所述其它治疗剂或生物活性剂与包含焦磷酸盐(PPi)类似物的组合物同时施用。


11.根据权利要求9所述的方法，其中所述其它治疗剂或生物活性剂与包含焦磷酸盐(PPi)类似物的组合物相继施用。


12.根据权利要求9所述的方法，其中所述其它治疗剂或生物活性剂是抗生素、抗癌剂、抗炎剂、抗微生物剂、抗病毒剂、抗真菌剂、抗精神病药或抗HIV剂。


13.根据权利要求12所述的方法，其中所述其它治疗剂或生物活性剂是抗HIV剂。


14.根据权利要求13所述的方法，其中所述抗HIV剂是奈韦拉平(BI-R6-587)、地拉夫定(U-90152S/T)、依非韦伦(DMP-266)、UC-781(N-[4-氯-3-(3-甲基-2-丁烯氧基)苯基]-2-甲基-3-呋喃硫代酰胺、依曲韦林(TMC125)、卓维啶(Ly300046.HCl)、MKC-442(依米韦林、coactinon)、HI-236、HI-240、HI-280、HI-281、利比韦林(TMC-278)、MSC-127、HBY097、DMP266、黄芩苷(TJN-151)ADAM-II(甲基3'，3'-二氯-4'，4”-二甲氧基-5'，5”-双(甲氧基羰基)-6,6-二苯基己酸酯)、甲基3-溴-5-(1-5-溴...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·H·威尔逊，W·A·比尔德，D·D·肖科，
申请(专利权)人：美国政府卫生与公众服务部，
类型：发明
国别省市：美国;US