Small molecule inhibitors of HCV replication from Pomegranate

Hepatitis C virus (HCV) is the causative agent of end-stage liver disease. Recent advances in the last decade in anti HCV treatment strategies have dramatically increased the viral clearance rate. However, several limitations are still associated, which warrant a great need of novel, safe and selective drugs against HCV infection. Towards this objective, we explored highly potent and selective small molecule inhibitors, the ellagitannins, from the crude extract of Pomegranate (Punica granatum) fruit peel. The pure compounds, punicalagin, punicalin, and ellagic acid isolated from the extract specifically blocked the HCV NS3/4A protease activity in vitro. Structural analysis using computational approach also showed that ligand molecules interact with the catalytic and substrate binding residues of NS3/4A protease, leading to inhibition of the enzyme activity. Further, punicalagin and punicalin significantly reduced the HCV replication in cell culture system. More importantly, these compounds are well tolerated ex vivo and `no observed adverse effect level' (NOAEL) was established upto an acute dose of 5000 mg/kg in BALB/c mice. Additionally, pharmacokinetics study showed that the compounds are bioavailable. Taken together, our study provides a proof-of-concept approach for the potential use of antiviral and non-toxic principle ellagitannins from pomegranate in prevention and control of HCV induced complications.

Re-analysis of cryoEM data on HCV IRES bound to 40S subunit of human ribosome integrated with recent structural information suggests new contact regions between ribosomal proteins and HCV RNA

In this study, we combine available high resolution structural information on eukaryotic ribosomes with low resolution cryo-EM data on the Hepatitis C Viral RNA (IRES) human ribosome complex. Aided further by the prediction of RNA-protein interactions and restrained docking studies, we gain insights on their interaction at the residue level. We identified the components involved at the major and minor contact regions, and propose that there are energetically favorable local interactions between 40S ribosomal proteins and IRES domains. Domain II of the IRES interacts with ribosomal proteins S5 and S25 while the pseudoknot and the downstream domain IV region bind to ribosomal proteins S26, S28 and S5. We also provide support using UV cross-linking studies to validate our proposition of interaction between the S5 and IRES domains II and IV. We found that domain IIIe makes contact with the ribosomal protein S3a (S1e). Our model also suggests that the ribosomal protein S27 interacts with domain IIIc while S7 has a weak contact with a single base RNA bulge between junction IIIabc and IIId. The interacting residues are highly conserved among mammalian homologs while IRES RNA bases involved in contact do not show strict conservation. IRES RNA binding sites for S25 and S3a show the best conservation among related viral IRESs. The new contacts identified between ribosomal proteins and RNA are consistent with previous independent studies on RNA-binding properties of ribosomal proteins reported in literature, though information at the residue level is not available in previous studies.

The beta hairpin structure within ribosomal protein S5 mediates interplay between domains II and IV and regulates HCV IRES function

Translation initiation in Hepatitis C Virus (HCV) is mediated by Internal Ribosome Entry Site (IRES), which is independent of cap-structure and uses a limited number of canonical initiation factors. During translation initiation IRES-40S complex formation depends on high affinity interaction of IRES with ribosomal proteins. Earlier, it has been shown that ribosomal protein S5 (RPS5) interacts with HCV IRES. Here, we have extensively characterized the HCV IRES-RPS5 interaction and demonstrated its role in IRES function. Computational modelling and RNA-protein interaction studies demonstrated that the beta hairpin structure within RPS5 is critically required for the binding with domains II and IV. Mutations disrupting IRES-RPS5 interaction drastically reduced the 80S complex formation and the corresponding IRES activity. Computational analysis and UV cross-linking experiments using various IRES-mutants revealed interplay between domains II and IV mediated by RPS5. In addition, present study demonstrated that RPS5 interaction is unique to HCV IRES and is not involved in 40S-3 ` UTR interaction. Further, partial silencing of RPS5 resulted in preferential inhibition of HCV RNA translation. However, global translation was marginally affected by partial silencing of RPS5. Taken together, results provide novel molecular insights into IRES-RPS5 interaction and unravel its functional significance in mediating internal initiation of translation.

Custo efetividade do uso do Peguinterferon alfa 2a combinado com Ribavirina no tratamento de respondedores virológicos lentos coinfectados com VHC/HIV

No mundo, as hepatites decorrentes de infecções virais têm sido uma das grandes preocupações em saúde pública devido a seu caráter crônico, curso assintomático e pela sua capacidade de determinar a perda da função hepática. Com o uso em larga escala de medicamentos antirretrovirais, a doença hepática relacionada à infecção pelo vírus da hepatite C (VHC) contribuiu para uma mudança radical na história natural da infecção pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV). Não se sabe ao certo o peso da coinfecção VHC/HIV no Brasil, mas evidências apontam que independentemente da região geográfica, esses indivíduos apresentam maiores dificuldades em eliminar o VHC após o tratamento farmacológico, quando comparados a monoinfectados. No âmbito do SUS, o tratamento antiviral padrão para portadores do genótipo 1 do VHC e do HIV é a administração de peguinterferon associado à Ribavirina. Quanto ao período de tratamento e aos indivíduos que devem ser incluídos, os dois protocolos terapêuticos mais recentes possuem divergências. A diretriz mais atual preconiza o tratamento de indivíduos respondedores precoces somados a respondedores virológicos lentos, enquanto a diretriz imediatamente anterior exclui na 12 semana indivíduos que não respondem completamente. Com base nessa divergência, esse estudo objetivou avaliar o custo-efetividade do tratamento contra o VHC em indivíduos portadores do genótipo 1, coinfectados com o HIV, virgens de tratamento antiviral, não cirróticos e imunologicamente estabilizados, submetidos às regras de tratamento antiviral estabelecidos pelas duas mais recentes diretrizes terapêuticas direcionadas ao atendimento pelo SUS. Para tal, foi elaborado um modelo matemático de decisão, baseado em cadeias de Markov, que simulou a progressão da doença hepática mediante o tratamento e não tratamento. Foi acompanhada uma coorte hipotética de mil indivíduos homens, maiores de 40 anos. Adotou-se a perspectiva do Sistema Único de Saúde, horizonte temporal de 30 anos e taxa de desconto de 5% para os custos e consequências clínicas. A extensão do tratamento para respondedores lentos proporcionou incremento de 0,28 anos de vida ajustados por qualidade (QALY), de 7% de sobrevida e aumento de 60% no número de indivíduos que eliminaram o VHC. Além dos esperados benefícios em eficácia, a inclusão de respondedores virológicos lentos mostrou-se uma estratégia custo-efetiva ao alcançar um incremental de custo efetividade de R$ 44.171/QALY, valor abaixo do limiar de aceitabilidade proposto pela Organização Mundial da Saúde OMS - (R$ 63.756,00/QALY). A análise de sensibilidade demonstrou que as possíveis incertezas contidas no modelo são incapazes de alterar o resultado final, evidenciando, assim, a robustez da análise. A inclusão de indivíduos coinfectados VHC/HIV respondedores virológicos lentos no protocolo de tratamento apresenta-se, do ponto de vista fármaco-econômico, como uma estratégia com relação de custoefetividade favorável para o Sistema Único de Saúde. Sua adoção é perfeitamente compatível com a perspectiva do sistema, ao retornar melhores resultados em saúdeassociados a custos abaixo de um teto orçamentário aceitável, e com o da sociedade, ao evitar em maior grau, complicações e internações quando comparado à não inclusão.

El ADPIC y la corrupción de la industria farmacéutica: el acceso a los medicamentos en los países del Norte y del Sur

Resumen (Castellano): El acceso a los medicamentos ha sido en las últimas décadas un tema a debatir tanto en los países del Sur como en los países del Norte. Los precios impuestos por la industria farmacéutica para enfermedades tan graves como el VIH-SIDA han sido excesivos y consecuentemente inalcanzables para los países más pobres. Sin embargo, actualmente los países más ricos del Norte están sufriendo estas mismas consecuencias a causa del nuevo tratamiento contra la hepatitis C, cuyos precios astronómicos han excluido a numerosos enfermos del acceso al mismo. El derecho humano a la salud está siendo vulnerado, y las principales responsables son las empresas farmacéuticas, las cuales han corrompido los sistemas de salud. La fijación de precios monopólicos, tras el fortalecimiento de las patentes farmacéuticas con la firma del Acuerdo sobre Derechos de Propiedad Intelectual relacionados con el Comercio (ADPIC), ha constituido un obstáculo para la realización del mismo, agrandado por las disposiciones ADPIC-plus incluidas en los tratados de libre comercio . No obstante, la consolidación de la industria de medicamentos genéricos ha logrado competir contra ellas, suministrando medicamentos asequibles y promoviendo los intereses de los más necesitados.

Avaliação da presença de mutações de resistência no gene da NS5B e do prognóstico da infecção pelo HCV através da IL-28B em pacientes monoinfectados com HCV no RJ

Estima-se que a prevalência global da população mundial com hepatite C é de 3%. Pouco se sabe sobre a resposta ao tratamento com respeito à resistência viral. Algumas mutações no fragmento de 109 aminoácidos da NS5B são associadas com resistência ao interferon (IFN) e ribavirina (RBV). Estudos moleculares e clínicos identificaram fatores associados com o hospedeiro e vírus relacionados associada com a resposta ao tratamento, tal como o gene que codifica a IL-28B. Este estudo foi dividido em duas fases, cujos objetivos foram caracterizar a frequência de mutações que conferem resistência ao HCV e avaliar a relevância das mutações em pacientes Respondedores (R) ou Não Respondedores (NR) ao tratamento e caracterizar geneticamente as populações sobre polimorfismos genéticos nos SNPs da IL-28B em relação ao prognóstico da resposta ao tratamento. As amostras dos pacientes foram submetidas a testes de genotipagem e carga viral. As sequências geradas foram comparadas no BLAST e no banco de dados Los Alamos HCV. Realizamos o alinhamento das sequências homólogas e as mutações identificadas. Com base no genótipo e carga viral determinamos a classificação dos pacientes de acordo com a resposta à terapia. O DNA genômico foi isolado a partir de sangue periférico para a realização da tipagem de SNPs de IL-28B. A metodologia utilizada foi de PCR em tempo real utilizando sondas TaqMan SNP específico. A análise dos dados foi realizada utilizando GraphPad Prism com qui-quadrado, risco relativo (RR), Odds Ratio (OR) e intervalo de confiança de 95%, com um nível de significância de P <0,05. Foi encontrado na primeira fase deste estudo uma taxa significativa mutações associadas ao tratamento nas amostras estudadas. A prevalência de mutações associadas à resistência ao IFN e RBV bem como a novos medicamentos antivirais localizados no fragmento de 109 aminoácidos da NS5B foi examinado em 69 indivíduos infectados naïve no Rio de Janeiro, Brasil. Na segunda fase, as mutações foram clinicamente relevantes. Desde então, procuramos observar as diferenças entre melhor ou pior prognóstico de acordo com a imunogenética que mostrou diferenciação entre os grupos R e NR ao tratamento em relação ao prognóstico da resposta terapêutica. Quando as diferenças entre as sequências da NS5B e a resposta ao tratamento foram consideradas verificou-se que associada a mutação R254K, estava a C316N que poderia conduzir a uma não resposta à terapia no genótipo 1b. Os nossos dados também suportaram forte associação de IL-28B rs12979860, com elevada probabilidade de resposta à terapia de IFN + RBV. Nossos dados evidenciam a presença de pacientes virgens de tratamento que abrigam mutações de resistência previamente descritas na literatura. A análise dos fatores preditores de resposta virológica mostrou que a predição de boa resposta ou não ao tratamento e ainda da progressão da doença é dependente de uma importante interação entre a genética viral e a do hospedeiro. Fato este importante para que no momento de avaliação de diagnóstico e conduta terapêutica, o médico possa tomar medidas apropriadas para o tratamento de cada paciente individualmente independentemente do genótipo do HCV em questão.

Lipid Nanoparticles as Carriers for RNAi against Viral Infections: Current Status and Future Perspectives

The efforts made to develop RNAi-based therapies have led to productive research in the field of infections in humans, such as hepatitis C virus (HCV), hepatitis B virus (HBV), human immunodeficiency virus (HIV), human cytomegalovirus (HCMV), herpetic keratitis, human papillomavirus, or influenza virus. Naked RNAi molecules are rapidly digested by nucleases in the serum, and due to their negative surface charge, entry into the cell cytoplasm is also hampered, which makes necessary the use of delivery systems to exploit the full potential of RNAi therapeutics. Lipid nanoparticles (LNP) represent one of the most widely used delivery systems for in vivo application of RNAi due to their relative safety and simplicity of production, joint with the enhanced payload and protection of encapsulated RNAs. Moreover, LNP may be functionalized to reach target cells, and they may be used to combine RNAi molecules with conventional drug substances to reduce resistance or improve efficiency. This review features the current application of LNP in RNAi mediated therapy against viral infections and aims to explore possible future lines of action in this field.

丙型肝炎病毒基因和蛋白结构研究进展

　估计全球约有117 亿人口感染丙型肝炎,是一种严重影 响人类健康的传染病。丙型肝炎的病原为丙型肝炎病毒 (Hepatitis C Virus ,HCV) 。1989 年Choo 等人首先获得HCV 基因组的cDNA 全序列,使HCV 成为病毒学史上第一个首先 通过基因克隆技术确认的病毒〔1 ,2〕。此后,HCV 的分子生物 学研究进展迅速。现将HCV 病毒分子结构的最新研究状况 做一综述。

丙型肝炎病毒(HCV)株的全基因组序列测定: 完成HCV 基因型6 全套17 个亚型基因组的测序

丙型肝炎病毒（Hepatitis C virus, HCV）的全基因组序列测定，曾经由于许多方面 的条件限制而难于完成。但是，其对于研究HCV 分子病毒学、流行病学、进化和致 病性却至关重要，特别是在临床应用中，不同序列的基因型决定α-干扰素治疗的不同 效果。在本研究完成之前，HCV 基因型6 仅有6 个亚型有其全基因组序列。因此， 本研究的主要目的在于，测定HCV 变异株代表基因型6 其余的11 个亚型和新亚型的 全基因组序列，并深入分析。 本研究从样品分别来自于中国、泰国，和在美国及加拿大生活的东南亚国家移民 的HCV 感染者。因为样品有限，改良传统的PCR 方法，摸索出“桥”和“岛”DNA 全序列扩增法，从每例样品100μl 血清或从100μl 血清中获得的cDNA 中测定了13 个HCV 全基因组核苷酸序列。 以来源于Genbank 的已知基因型6 的七个全长序列为参考对所测定的13 个亚型 全序列进行共同分析显示，这些全基因组核苷酸的两两比较相似率变化范围为 71.9%--82.7%，著地， 这四对序列间的相同率高于标准定义的HCV 基因亚型之间的 范围值75%-80%。为了进一步理解和证实这些亚型间的遗传相似性，本研究还测定 了代表这4 对亚型的病毒原型株的全基因序列，结果显示了相同的核苷酸水平上的变 异范围，这为HCV 基因亚型的分类提供了新的认识，亦强调了全长序列对于分类的 重要性。 从系统发育方面的分析证实，本研究所测得的13 个分离株都属于基因型6。在系 统发育树上，每个病毒株代表一个独立的枝。并形成了高度分化的HCV 基因型6 分 枝，从而清楚显示，各亚型的独立分布。本研究至此完成了基因型6 中17 个亚型的 全序列测定，而km41 和gz52557 因缺乏其临床上和流行病学上的多个感染病例的证 实，而继续保留其亚型未命名状态。结合来源于Los Alamos HCV database 的基因型6 的已知部分序列的变异株进一步分析，发现各相近亚型变异株均来自东南亚或东南亚国家移民，这提示了这些HCV 的相同感染源。 为了探讨HCV 夫妻间传播的可能性，本研究还测定了来自于泰国的两位感染 HCV 的献血员及其感染HCV 的配偶。这4 个基因序列C-0044 和C-0046 之间核苷 酸相同率为98.1%，而C-0185 和 C-0192 之间为97.8%。文献研究感染HCV 的夫妇 间的部分亚基因序列的相同率为96.3%至100%，本研究结果与此范围相符，并第一 次用全基因组序列提示了HCV 在夫妻间传播的可能性。 本研究还测定了基因型6 的另一个变异株的全基因组序列：HK6554，香港的某患 者，与上文中的GX004 一起，均为静脉吸毒者，并共同感染了HCV 和HIV-1。分析 结果还表明了一种趋势，即是在中国南方，基因亚型6e 有从以前的地方性传播方式 转为现有的流行性传播方式。这种转变可能由于静脉吸毒感染HCV 的人群的网络传 播而加快。 综上，本研究用传统PCR、简并引物结合链特异引物的方法有效地测定了共21 个病毒株的全基因序列。该方法也可用于其它分子流行病学的研究，特别在测定珍贵 的病毒序列然而样品量又受限时。本研究所测定的全基因组序列代表HCV 中最古老、 分化最多、地方性传播、又可能动物源性的基因型6 的全套17 个亚型。这有助于进 一步理解HCV 基因亚型的分类意义、更准确评价HCV 的进化和起源，亦有助于发 现HCV 新的变异株和提高临床诊断、治疗，为将来HCV 的流行及公众健康的预测、 预防和疫苗的制备奠定了坚实的分子遗传学基础。

Developing Single-Laser Sources for Multimodal Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy

Coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy has developed rapidly and is opening the door to new types of experiments. This work describes the development of new laser sources for CARS microscopy and their use for different applications. It is specifically focused on multimodal nonlinear optical microscopy—the simultaneous combination of different imaging techniques. This allows us to address a diverse range of applications, such as the study of biomaterials, fluid inclusions, atherosclerosis, hepatitis C infection in cells, and ice formation in cells. For these applications new laser sources are developed that allow for practical multimodal imaging. For example, it is shown that using a single Ti:sapphire oscillator with a photonic crystal fiber, it is possible to develop a versatile multimodal imaging system using optimally chirped laser pulses. This system can perform simultaneous two photon excited fluorescence, second harmonic generation, and CARS microscopy. The versatility of the system is further demonstrated by showing that it is possible to probe different Raman modes using CARS microscopy simply by changing a time delay between the excitation beams. Using optimally chirped pulses also enables further simplification of the laser system required by using a single fiber laser combined with nonlinear optical fibers to perform effective multimodal imaging. While these sources are useful for practical multimodal imaging, it is believed that for further improvements in CARS microscopy sensitivity, new excitation schemes are necessary. This has led to the design of a new, high power, extended cavity oscillator that should be capable of implementing new excitation schemes for CARS microscopy as well as other techniques. Our interest in multimodal imaging has led us to other areas of research as well. For example, a fiber-coupling scheme for signal collection in the forward direction is demonstrated that allows for fluorescence lifetime imaging without significant temporal distortion. Also highlighted is an imaging artifact that is unique to CARS microscopy that can alter image interpretation, especially when using multimodal imaging. By combining expertise in nonlinear optics, laser development, fiber optics, and microscopy, we have developed systems and techniques that will be of benefit for multimodal CARS microscopy.

Studies on acyl pyrrolidine inhibitors of HCV RNA-dependent RNA polymerase to identify a molecule with replicon antiviral activity

The SAR development is described for a series of N-acyl pyrrolidine inhibitors of the Hepatitis C virus RNA-dependent RNA polymerase, NS5B, from tractable Delta 21 enzyme inhibitors to an example with antiviral activity in a cellular assay (HCV replicon). (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Dynamic oscillation of translation and stress granule formation mark the cellular response to virus infection

Virus infection-induced global protein synthesis suppression is linked to assembly of stress granules (SGs), cytosolic aggregates of stalled translation preinitiation complexes. To study long-term stress responses, we developed an imaging approach for extended observation and analysis of SG dynamics during persistent hepatitis C virus (HCV) infection. In combination with type 1 interferon, HCV infection induces highly dynamic assembly/disassembly of cytoplasmic SGs, concomitant with phases of active and stalled translation, delayed cell division, and prolonged cell survival. Double-stranded RNA (dsRNA), independent of viral replication, is sufficient to trigger these oscillations. Translation initiation factor eIF2a phosphorylation by protein kinase R mediates SG formation and translation arrest. This is antagonized by the upregulation of GADD34, the regulatory subunit of protein phosphatase 1 dephosphorylating eIF2a. Stress response oscillation is a general mechanism to prevent long-lasting translation repression and a conserved host cell reaction to multiple RNA viruses, which HCV may exploit to establish persistence.

Discovery of a Potent Boronic Acid Derived Inhibitor of the HCV RNA-Dependent RNA Polymerase

A boronic acid moiety was found to be a critical pharmacophore for enhanced in vitro potency against wild type hepatitis C replicons and known clinical polymorphic and resistant HCV mutant replicons. The synthesis, optimization, and structure-activity relationships associated with inhibition of HCV replication in a sub-genomic replication system for a series of non-nucleoside boron-containing HCV RNA-Dependent RNA Polymerase (NS5B) inhibitors are described. A summary of the discovery of GSK5852 (3), a molecule which entered clinical trials in subjects infected with HCV in 2011, is included.