La cloroquina 201

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Mecanismos de acción del fármaco y la resistencia (foco en antimaláricos) La quimioterapia es el principal medio de tratamiento de las infecciones por protozoos. quimioterapia exitosa depende en una gran parte de la capacidad de explotar las diferencias metabólicas entre el patógeno y el huésped. A quimioterapia confrontar problema es la capacidad del patógeno para mutar y convertirse en resistencia a los medicamentos. Ejemplos específicos, de los mecanismos de acción de los fármacos y la resistencia se discuten a continuación. destino único en la discriminación entre los objetivos parásito anfitrión y parásito objetivo más importante del parásito de acogida mayor acumulación del fármaco por la activación de drogas parásito por las drogas parásitos actuar por interferring específicamente con los procesos celulares o bioquímicos, a menudo llamados objetivos. El ejemplo clásico de una diana de fármaco es una enzima que es inhibida por el fármaco. medicamentos eficaces exhibirán una toxicidad selectiva para el patógeno en comparación con el host. Muchos factores contribuyen a esta toxicidad selectiva (Box) y estos factores no son mutuamente excluyentes. diseño racional de fármacos busca explotar estos diversos factores para desarrollar fármacos que son altamente tóxicos para el patógeno y, al mismo tiempo exhiben una toxicidad mínima para el huésped. La vacuola comida es un orgánulo lisosoma-como en el que la degradación de la hemoglobina y la desintoxicación de hemo se produce (véase una discusión más detallada de la vacuola de alimentos). La cloroquina se concentra hasta varios 1000 veces en la vacuola de alimentos del parásito. Los posibles mecanismos para esta acumulación selectiva de la cloroquina en la vacuola alimentaria son: 1) la protonación y el ion de captura de la cloroquina debido al bajo pH de la vacuola comida 2) la captación activa de cloroquina por un transportador de parásito (s) y / o 3) unión de cloroquina a un receptor específico en la vacuola de alimentos. La cloroquina (CQ) se acumula en la vacuola de alimentos del parásito. Esta acumulación puede implicar atrapamiento de iones siguiente protonación, de transporte específico, y / o unión a un receptor (por ejemplo. Heme). La principal acción de la cloroquina es inhibir la formación de hemozoin (Hz) de la hemo liberado por la digestión de la hemoglobina (Hb). El hemo libre entonces lisa las membranas y conduce a la muerte del parásito. resistencia a la cloroquina es debido a una acumulación disminuida de la cloroquina en la vacuola de alimentos. Dos transportadores diferentes (CRT y MDR1) han sido implicados en la resistencia. No se conocen las funciones de estos transportadores y sus funciones exactas en resistencia a la cloroquina. Las contribuciones exactas de estos tres mecanismos postulados no está claro, pero en general se acepta que la cloroquina ejerce su efecto tóxico por interferring con la conversión del grupo hemo libre de hemozoin. Grandes cantidades de heme se liberan como resultado de la digestión de la hemoglobina en la vacuola de alimentos. El hemo libre puede lisar membranas, conducir a la generación de intermediarios reactivos de oxígeno, e inhibir muchos otros procesos y por lo tanto es muy tóxico. El hemo se desintoxica en la vacuola alimentaria a través de un proceso biocrystallization en el que el grupo hemo es secuestrado en grandes cristales insolubles denominadas hemozoin o el pigmento de la malaria. Ver descripción más detallada de la formación hemozoin. El mecanismo exacto por el que la cloroquina inhibe la formación de hemozoin no se conoce, pero la cloroquina puede unirse heme y esta unión puede impedir que el hemo de ser incorporado en el cristal hemozin. por lo tanto, de matar parásito es un resultado de la acumulación de desechos metabólicos (es decir, hemo) asociados con la digestión de la hemoglobina. Otros quinolina que contiene medicamentos contra la malaria, como la mefloquina y la quinina, también parece afectar a la vacuola alimentaria. Sin embargo, no está claro si en estos fármacos se unen hemo o afecta a la formación de hemozoin. Además, estos fármacos son bases más débiles que cloroquina y no pueden presentar el mismo grado de atrapamiento de iones dentro de la vacuola de alimentos. La vacuola alimentos ofrece muchos posibles objetivos farmacológicos. Además de la inhibición de la formación hemozoin se discutió anteriormente, los inhibidores específicos de las proteasas implicadas en la digestión de hemoglobina también se están investigando como antimaláricos potenciales. Ver discusión más detallada de las proteasas de vacuolas de alimentos. Las funciones especializadas de la digestión de la hemoglobina y la formación hemozoin son únicos para el parásito y que no se encuentra dentro del huésped. Además, ambas funciones - generación de aminoácidos de la hemoglobina y la desintoxicación de heme-- son muy importantes para el parásito. el metabolismo del folato es el objetivo de varios medicamentos contra la malaria, así como los medicamentos utilizados contra otros patógenos. folatos reducidos servir a un co-factores en un muchas reacciones de transferencia de un carbono implicados en la biosíntesis de aminoácidos y nucleótidos (ver más en vitaminas y cofactores). Debido a su alta tasa de replicación del parásito de la malaria tiene una alta demanda de nucleótidos como precursores para la síntesis de ADN (ver más en nucleótidos y ácidos nucleicos), y por lo tanto es particularmente sensible a los antifolatos. Los dos objetivos principales del metabolismo de antifolato son la biosíntesis de novo de los folatos y la dihidrofolato reductasa (DHFR). El parásito de la malaria sintetiza de novo folatos mientras que el huésped humano debe obtener folatos preformados y no puede sintetizar folato. La incapacidad del parásito para utilizar folatos exógenos hace que la biosíntesis de folato una buena diana terapéutica. El folato se sintetiza a partir de 3 bloques de construcción básicos, GTP, ácido p-aminobenzoico (PABA), y glutamato, en una ruta que implica 5 enzimas. Una de estas enzimas, dihidropteroato sintasa (DHPS), es inhibida por fármacos a base de sulfa. Sulfadoxina y dapsona son dos antipalúdicos comunes que se dirigen a DHPS. Los fármacos sulfa son anlalogs estructurales del PABA y se convierten en aductos no metabolizables por DHPS. Esto conduce a un agotamiento de la reserva de folato y de este modo reduce la cantidad de timidilato disponible para la síntesis de ADN. Esquema simplificado del metabolismo del ácido fólico. El parásito de la malaria sintetiza de novo folatos. pero no se puede utilizar folatos preformados. Los folatos participan como cofactores en muchos procesos biosintéticos. De particular interés es la síntesis de timidilato (dTMP) que es necesaria para la síntesis de ADN. Los dos objetivos principales de medicamentos contra la malaria que tienen como objetivo el metabolismo del folato se denotan con las flechas en caja. DHFR es una enzima ubicua que participa en el reciclaje de folatos, reduciendo dihidrofolato a tetrahydofolate. El tetrahidrofolato se oxida de nuevo a la dihidrofolato ya que participa en reacciones biosintéticas (por ejemplo. Timidilato sintasa). La inhibición de DHFR evitará la formación de timidilato y plomo a una detención en la síntesis de ADN y la posterior muerte del parásito. Pirimetamina y proguanil son los dos inhibidores más comunes DHFR utilizados como medicamentos contra la malaria. Estos fármacos inhiben la DHFR del parásito en un grado mayor que la enzima anfitrión y por lo tanto muestran una toxicidad selectiva hacia el parásito. Cyclospora, Isospora, Pneumocystis más a menudo inhibidores de DHFR DHPS y se utilizan en combinación (tabla) para un efecto sinérgico y para retardar el desarrollo de resistencia a los medicamentos. mutaciones puntuales específicas en estas enzimas conducen a una menor afinidad por la droga. Resistencia tiende a desarrollarse rápidamente en presencia de presión de drogas en situaciones en las que una sola mutación puede conducir a la resistencia a los medicamentos. El uso de combinaciones de fármacos hará más lento el desarrollo de resistencia ya que dos mutaciones independientes debe ocurrir para que se desarrolle resistencia contra ambos fármacos. Fansidar, una combinación de sulfadoxina y pirimetamina, se utiliza ampliamente para el tratamiento de la malaria por Plasmodium falciparum sin complicaciones. Trimetoprim, similar a la pirimetamina, se utiliza comúnmente en combinación con otros fármacos sulfa para el tratamiento de coccidia (Toxoplasma. Cyclospora. Y Isospora) y Pneumocystis. Se cree que los posibles agentes redox Varios fármacos anti-protozoarios a actuar a través de estrés oxidativo (Tabla). Los procesos metabólicos producirán intermediarios reactivos del oxígeno (ROI) que puede dañar los componentes celulares, tales como lípidos, proteínas y ácidos nucleicos (ver el comentario sobre el estrés oxidativo). La alta actividad metabólica de la mayoría de los patógenos protozoarios resultará en la producción de los niveles aún más altos de ROI. Esto se ejemplifica por el parásito de la malaria, que produce ROI como consecuencia de la digestión de la hemoglobina y la liberación de hemo libre. Ver descripción más detallada de hemo y el ROI. Todas las células tienen mecanismos por los que la ROI puede ser desintoxicado (por ejemplo. El metabolismo redox). Los fármacos que aumentan específicamente los niveles de estrés oxidativo en el parásito puede abrumar estos mecanismos de defensa ROI y conducen a la muerte del parásito. Los niveles de estrés oxidativo se pueden aumentar por los fármacos que son oxidantes directos, así como por las drogas que participaron en el ciclismo de oxidación-reducción, a veces llamado el ciclo redox inútil. Muchos de los fármacos que participan en las reacciones redox necesita ser activada antes de que sean eficaces en contra de su objetivo (s). Por ejemplo, el metronidazol y otros nitroimidazoles son fármacos de amplio espectro que afectan a una amplia variedad de bacterias anaerobias y protozoos. Estos fármacos son activadas por una reducción del grupo nitro a un radical aniónico. El radical anión es altamente reactivo y formará adjuntos con proteínas y ADN que conducen a una pérdida de la función. En particular, las reacciones con ADN resultan en la rotura de cadena y la inhibición de la replicación y dará lugar a la muerte celular. La reducción de los nitroimidazoles, se requieren unas condiciones reductoras y organismos anaerobios tienen más potencial de reducción de los organismos aeróbicos. Esto explica la selectividad de estos compuestos para organismos anaeróbicos. En otras palabras, los medicamentos son preferentemente activados por los patógenos. En el caso de metronidazol. ferredoxina reducida parece ser el donante de electrones principal responsable de su reducción (Figura). Hay una buena correlación entre la presencia de la oxidorreductasa piruvato-ferredoxina (PFOR) y la sensibilidad a metronidazol. Los tres de los protozoos afectados por metronidazol (Tabla) carecen de mitocondrias y tienen PFOR similar a la encontrada en muchas bacterias anaerobias. Los organismos aeróbicos con mitocondrias utilizan piruvato deshidrogenasa en lugar de la PFOR para la producción de acetil-coenzima A. acciones de nitroimidazoles. Nitroimidazoles (R-NO2) se activan por el parásito a través de una reducción a un radical aniónico. Este radical anión altamente reactivo A continuación, dañar el ADN y las proteínas resultantes en la muerte del parásito. El metronidazol parece reducirse específicamente por ferredoxina en Giaridia, Entamoeba y Trichomonas. Los organismos aeróbicos se utilizan otros donadores de electrones para la reducción de los nitroimidazoles y hay también serían la posibilidad de establecer ciclos fútiles que conducen a la generación de ROI en el que el oxígeno es el aceptor final de electrones. Normalmente oxidorreductasas NAD llevar a cabo el ciclo redox con ser agua del producto final. Nitroimidazoles (por ejemplo, benznidizole) y compuestos relacionados nitrofuranos (por ejemplo, el nifurtimox) también son eficaces contra el Trypanosoma cruzi. Los donadores de electrones responsables de la reducción inicial de estos fármacos no ae conocidos y la base de la especificidad para el parásito no es clara. Ambas drogas son algo tóxicos y no presentan buenos índices terapéuticos. El mecanismo de acción nifurtimox se cree que implica el ciclo redox inútil después de su reducción, mientras que benznidizole se especula para inhibir reductasas específicas y por lo tanto disminuir la capacidad del parásito para eliminar el retorno de la inversión. Varias enfermedades genéticas humanas son conocidos para conferir cierta protección contra la malaria (véase resistencia innata). deshidrogenasa (G6PD) individuos con deficiencia de glucosa-6-fosfato tendrán menores niveles de NADPH reducido en sus eritrocitos que se necesita para mantener el glutatión reducido. Los niveles más bajos de glutatión reducido se traducirá en un aumento de la sensibilidad al estrés oxidativo ya que la glutatión peroxidasa participa en la desintoxicación de ROI. Los aumentar los niveles de ROI debido al metabolismo de parásitos en combinación con los eritrocitos con deficiencia de G6PD capacidad disminución para eliminar ROI dará lugar a una lisis prematura de los eritrocitos infectados y por lo tanto conferir cierta protección contra la malaria. El parásito no sólo tiene que proteger contra itselfs retorno de la inversión, sino que también tiene que asegurar que la acogida eritrocitos no está dañado antes de que el parásito se completa la esquizogonia eritrocítica. De hecho, se ha sugerido que el parásito puede suministrar la acogida eritrocitos con glutatión para aumentar su capacidad de reducción. Algo relacionado, el tratamiento primaquina está contraindicada en pacientes con deficiencia de G6PD, ya que puede causar anemia hemolítica. Esto probablemente se relaciona con la capacidad de primaquina para generar ROI y la disminución del potencial de reducción de los eritrocitos con deficiencia de G6PD. Mecanismos de mutaciones de resistencia en aumento gen diana de producción de la acumulación disminución objetivo de drogas (incluyendo aumento de flujo de salida) inactivación de drogas La aparición de resistencia a los fármacos limita severamente el arsenal de fármacos disponibles contra los patógenos protozoarios. Los parásitos han desarrollado numerosas formas de superar la toxicidad de los fármacos (véase el recuadro). Muy a menudo la resistencia a fármacos implica mutaciones en la diana de fármaco de manera que el fármaco no se une o inhibe el objetivo también. La resistencia a fármacos puede desarrollarse rápidamente en situaciones en las que un único punto de mutación puede conferir resistencia. Otro mecanismo de resistencia a los fármacos implica que expresan niveles más altos de la diana. Esto se puede lograr ya sea por aumento de la transcripción y la traducción o la amplificación de genes. Esto resulta en un requisito para los niveles más altos de fármacos para lograr el mismo nivel de inhibición. La disminución de la acumulación del fármaco o el metabolismo de la droga a productos no tóxicos resultará en menos fármaco alcanzar el objetivo y también puede contribuir a la resistencia a los medicamentos. La resistencia a fármacos puede implicar también la acumulación de mutaciones en los mismos o diferentes objetivos que tendrán efectos aditivos o sinérgicos. Los parásitos con mutaciones o polimorfismos genéticos que confieren una disminución de la sensibilidad a los fármacos serán seleccionados bajo la presión de drogas. Las proteínas son: CRT resistencia a la cloroquina transportador MDR1 resistencia a múltiples fármacos (homólogo de la glicoproteína P) dihidrofolato reductasa DHFR DHPS dihydropterote sythetase ATPase6 Sarco / retículo endoplásmico dependiente de calcio ATPasa ortólogo. Asociado con un aumento de la sensibilidad a la mefloquina y la dihidroartemisinina y una disminución de la sensibilidad a la cloroquina. En algunos casos las mutaciones específicas se han asociado con la resistencia a fármacos (Tabla). Fansidar (SP) de resistencia se correlaciona con mutaciones específicas en las enzimas dirigidas por sulfadoxoine y pirimetamina (sythetase dihydropterote y la dihidrofolato reductasa, respectivamente). resistencia a la cloroquina (discutir más adelante con más detalle) se ha correlacionado con las mutaciones en un transportador que se encuentran en la membrana de la vacuola de alimentos (resistencia a la cloroquina transportador, CRT). Otro transportador vacuola alimentaria, a múltiples fármacos gen de resistencia 1 (MDR1), se ha implicado a desempeñar un papel auxiliar en la resistencia. La base para la resistencia a la mefloquina y la quinina no está claro, pero el gen MDR1 también ha sido implicado. La cloroquina. resistencia a la cloroquina se asocia con una disminución en la cantidad de la cloroquina que se acumula en la vacuola de alimentos, el sitio de acción de cloroquina (ver arriba). El mecanismo de esta disminución de la acumulación es controvertido. Algunos estudios han demostrado que la disminución de la acumulación del fármaco se debe a un aumento de eflujo de fármaco. Mientras que otros estudios sugieren que los niveles disminuidos de la acumulación de cloroquina es más importante. La observación de que el verapamilo y fármacos relacionados pueden revertir el fenotipo resistente a la cloroquina ha conducido a la especulación de que un transportador dependiente de ATP desempeña un papel en eflujo de fármaco y la resistencia a la cloroquina, similar a la resistencia a múltiples fármacos (MDR) en el cáncer. Un transportador de MDR-como, designado Pf MDR1, se ha identificado en la membrana de la vacuola alimentaria. Sin embargo, no hay correlaciones definitiva entre Pf MDR1 y resistencia a la cloroquina se pudo demostrar. Un papel auxiliar para Pf MDR1 en la resistencia a la cloroquina no se puede descartar sin embargo. Una cruz genética y los estudios de mapeo entre un clon resistente a la cloroquina y un clon sensible a la cloroquina como resultado la identificación de una región 36 kb en el cromosoma 7 asociado con la resistencia a la cloroquina. Uno de los 10 genes en esta región kb 36 codifica una proteína con 10 dominios transmembrana y se asemeja a una proteína transportadora similar a los canales de cloruro. El gen ha sido designado como pfcrt y la proteína se localiza en la membrana de la vacuola de alimentos. Varias mutaciones en el gen pfcrt muestran correlaciones con el fenotipo de resistencia a la cloroquina y una mutación, una sustitución de una treonina (T) para una lisina (K) en el residuo 76 (K76T) muestra una correlación perfecta con la resistencia a la cloroquina. Es de suponer que estas mutaciones afectan a la acumulación de cloroquina en la vacuola comida, pero el mecanismo exacto de la resistencia a la cloroquina no se conoce. Por otra parte, la observación de que la resistencia a la cloroquina ha surgido relativamente pocas veces y luego se extendió posteriormente ha conducido a la especulación de que múltiples genes están involucrados en el desarrollo de resistencia (ver más discusión). Foley M y L Tilley (1998) antimaláricos quinolina. Mecanismos de acción y resistencia y las perspectivas de nuevos agentes. Farmacología Terapéutica 79:55 Hyde JE (2007) de la malaria resistente a los medicamentos - una visión. FEBS Diario 274, 4.688 hasta 4698. Ouellette M (2001) los mecanismos bioquímicos y moleculares de la resistencia a los medicamentos en los parásitos. Trop Med Int Salud 6: 874. Rosenthal PJ y Goldsmith RS (2001) Antiprotozoarios. En Farmacología básica y clínica, 8ª edición. McGraw-Hill Companies Inc. (edición en línea disponibles a través de StatRef Libros en la Biblioteca Médica de Tulane) Samuelson J (1999) ¿Por qué el metronidazol es activa contra bacterias y parásitos. Antimicrob Agents Chemother. 43: 1533. Wellems TE y Plowe CV (2001) de la malaria resistente a la cloroquina. J Inf Dis 184: 770. Estas páginas son desarrolladas y mantenidas por Mark F. Wiser, Universidad de Tulane (2003). Última actualización 16/05/03.