6 | La Lettre du Pharmacologue • Vol. 30 - n° 1-2 - janvier-juin 2016
DOSSIER
Nouveaux médicaments de l’hépatite C
C. Fougerou-Leurent
Mécanismes d’action
des AAD pour le traitement de l’hépatite C
Mechanisms of action of DAA used for Hepatitis C treatment
C. Fougerou-Leurent1, 2, 3, V. Thibault4, 5, 6, É. Bellissant1, 2, 3
1 Service de pharmacologie, centre hospitalier universitaire, Rennes.
2 Laboratoire de pharmacologie expérimentale et clinique, faculté de médecine, université de Rennes 1.
3 Centre d’investigation clinique, CIC INSERM 1414, Rennes.
4 Service de virologie, centre hospita- lier universitaire, Rennes.
5 Laboratoire de virologie, faculté de médecine, université de Rennes 1.
6 Institut de recherche en santé, envi- ronnement et travail, UMR INSERM 1085, Rennes.
Le virus de l’hépatite C (VHC) a été identifié en 1989 au moyen de techniques de biologie moléculaire, à partir d’un patient présentant une hépatite non-A non-B (1). La difficulté de repro- duire un cycle de réplication en système de culture cellulaire a largement pénalisé le développement de molécules actives sur ce virus. En 1999, le développe- ment d’un système réplicon a permis de reproduire un cycle de réplication artificiellement et de caractériser le complexe de réplication, facilitant la recherche préclinique (2). En 2005, Wakita décrivait pour la première fois un système cellulaire permettant de reproduire un cycle infectieux complet du virus, in vitro mais aussi in vivo, chez le chimpanzé (3).
Pendant la dernière décennie, l’étude approfondie des mécanismes de réplication virale a dévoilé un certain nombre de cibles thérapeutiques potentielles (4).
Contrairement aux traitements de référence (inter- féron alpha et ribavirine) dont l’utilisation était initia- lement empirique, les molécules en développement préclinique ou clinique ciblent dorénavant spécifique- ment différentes étapes du cycle de réplication, et présentent une efficacité sur la majorité des patients, tout en limitant les effets indésirables.
Le virus de l’hépatite C : structure et cycle viral
Le VHC est un petit virus enveloppé, appartenant à la famille des Flaviviridae, classé dans le genre Hepacivirus. Son génome est constitué d’un simple brin d’ARN de polarité positive, contenu dans une capside protéique icosaédrique, elle-même entourée d’une enveloppe lipidique, dérivée de la bicouche cellulaire de l’hôte, dans laquelle sont insérées les protéines virales d’enveloppes E1 et E2.
L’infection par le VHC résulte d’un processus très dynamique, avec une demi-vie virale de quelques heures et une production et clairance de l’ordre de 1 012 virions par jour (5). Cette activité de réplication intense et les erreurs générées par la polymérase virale est à la base de l’importante variabilité génétique du VHC. Celle-ci se décline à 2 niveaux : sur le plan épidémiologique, l’émer- gence de l’infection a donné lieu à une divergence des souches en 7 génotypes et nombreux sous- types dont la distribution reflète les modes de contaminations et les flux migratoires. Ainsi, les séquences nucléotidiques peuvent varier de 30 à 35 % pour un même génotype et de 20 à 25 % entre 2 sous-types (6). Sur le plan individuel, la population virale est constituée d’un mélange complexe de virus génétiquement peu différents ; l’action d’une molécule sur tous les isolats n’est donc pas systématiquement garantie.
Le cycle réplicatif
Fixation du virus, entrée et fusion
Le VHC circulant peut être associé à des lipopro- téines de faible densité (LDL) et de très faible densité (VLDL), sous forme de virions liés à des immuno- globulines ou sous forme libre.
La fixation du virus à la cellule cible (principalement les hépatocytes, mais pas exclusivement) met en jeu des protéines de surface virales (E1 et E2) et des récepteurs membranaires cellulaires. Après inter- nalisation des particules virales par endocytose, le faible pH des endosomes déclenche la fusion avec l’enveloppe virale et la libération de l’ARN géno- mique dans le cytoplasme.
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Points forts
Organisation du génome
Le génome du VHC est constitué de 9 600 nucléo- tides comprenant un long cadre de lecture ouvert encadré par 2 régions non codantes aux extrémités 3’ et 5’, essentielles à la réplication virale (régulation du cycle viral).
Le cadre de lecture (ou Open Reading Frame [ORF]) code une polyprotéine d’environ 3 000 acides aminés. Pendant et après sa traduction, cette polyprotéine est clivée par des protéases cellulaires et virales en 10 protéines qui seront associées aux membranes intracellulaires.
Les produits des clivages sont des protéines struc- turales (la protéine de capside Core et les glycopro- téines d’enveloppe E1 et E2, ainsi que la protéine p7), ou des protéines fonctionnelles non structurales (NS2, NS3, NS4A, NS4B, NS5A et NS5B).
Les protéines de structure s’associent à NS2 pour former le module d’assemblage. Les autres protéines fonctionnelles forment le complexe de réplication (figure 1).
Traduction de l’ARN génomique
L’ARN génomique est traduit au niveau du réticulum endoplasmique (RE), qui contient les peptidases cellulaires assurant le clivage de la protéine de capside, des glycoprotéines d’enveloppe et de la protéine p7. La protéase auto-catalytique virale assure le clivage entre NS2 et NS3, et la sérine protéase NS3 s’associe à son cofacteur NS4A afin de cliver l’ensemble des jonctions situées en aval : NS3/
NS4A, NS4A/NS4B, NS4B/NS5A et NS5A/NS5B.
Réplication
Les protéines virales, conjointement à des protéines cellulaires de l’hôte, induisent la formation d’un compartiment membranaire (appelé membranous web), composé de vésicules multimembranaires et de gouttelettes lipidiques. La réplication de l’ARN génomique a lieu dans ce réseau, par la polymérase virale ARN-dépendante NS5B. Celle-ci synthétise un brin d’ARN de polarité négative, matrice pour la
production de nombreux brins de polarité positive qui serviront d’une part comme génome de nouveaux virions, et d’autre part comme ARN messagers pour la synthèse des protéines virales.
Assemblage et sécrétion des virions L’assemblage des particules est probablement initié à proximité du RE et des gouttelettes lipidiques, où les protéines de capside et l’ARN viral s’accumulent.
L’enveloppe virale est obtenue par un bourgeonne- ment de la membrane du RE selon un processus lié à la synthèse lipoprotéique. Les particules virales seraient excrétées via l’appareil sécrétoire cellulaire constitutif.
La possibilité d’une guérison définitive
Plusieurs caractéristiques de l’infection par le VHC sont à souligner car elles le différencient des infec- tions virales chroniques telles que celles par le VIH ou le VHB. Contrairement à ces 2 derniers virus, le cycle réplicatif du VHC ne comprend pas d’étape nucléaire et il n’existe pas de forme de persistance
» La connaissance approfondie des mécanismes de réplication virale a permis le développement d’agents antiviraux ciblant spécifiquement le cycle de réplication du virus de l’hépatite C.
» Les molécules disponibles actuellement sur le marché français ciblent les protéines clés de la réplication virale : la protéase NS3/4A, la polymérase NS5B et la protéine NS5A.
» L’importante variabilité génétique du VHC implique une stratégie thérapeutique associant des molécules ayant des cibles différentes, permettant une efficacité remarquable et une faible émergence de résistance.
Mots-clés
Hépatite C Réplication virale Agent antiviral direct Mécanisme d’action Traitement
Highlights
»Intensive research efforts directed at understanding the hepatitis C virus life cycle have resulted in the develop- ment of direct-acting antivirals targeting viral replication.
»C u r r e n t l y, t h e d r u g s approved are inhibitors of key proteins involved in viral replication: NS3/4A protease or NS5B polymerase or NS5A protein.
»The most important genetic variability implies a therapeutic strategy combining drugs with different viral targets, allowing a spectacular efficacy and limited resistance variants emergence.
Keywords Hepatitis C Viral replication Direct-acting antiviral Mechanism of action Treatment
Figure 1. Organisation génomique et protéique du virus de l’hépatite C. La maturation protéique fait intervenir des protéases cellulaire et virales (NS2 et NS3).
C E1
p7
p7
E2 NS2 NS3 NS4B NS5A NS5B
NS4A
NS4A NS4B Lumière du réticulum
endoplasmique Cytosol Maturation post-traductionnelle
Clivage par peptidase
cellulaire
3’
5’
Protéines structurales Complexe de réplication
Core
E1 E2
NS2 NS3 NS5A NS5B
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Mécanismes d’action des AAD pour le traitement de l’hépatite C
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du virus ; ces 2 caractéristiques expliquent la possi- bilité d’une guérison définitive de l’infection, qu’elle soit spontanée (dans environ 30 % des cas) ou après traitement (1). L’absence de réservoir et de forme de persistance implique une réplication perpétuelle du virus, condition indispensable pour le maintien de l’infection. Il est ainsi aisé de comprendre que bloquer efficacement une étape du cycle de répli- cation pendant une durée suffisante conduise à l’extinction du virus, et donc à la guérison. Comme de nombreux virus à ARN, le VHC génère en perma- nence de nombreux variants. Cela est dû à l’enzyme responsable de la duplication de son génome, l’ARN polymérase ou NS5B, qui commet de nombreuses erreurs à chaque cycle de réplication. Le taux élevé de renouvellement viral et la demi-vie relativement courte expliquent la circulation en permanence de nombreux variants (la quasi-espèce). Potentiel- lement, il existe tous les virus avec au moins une mutation sur chaque nucléotide du génome viral ; l’existence de cette grande diversité de virus au sein d’un individu infecté expliquera, entre autres, l’émergence possible d’un variant insensible à un antiviral donné et justifiera l’utilisation de combi- naisons thérapeutiques associant des molécules aux cibles virales différentes. Enfin, la capacité du VHC à générer une infection chronique tient en particulier à l’interaction de ses protéines avec différents méca- nismes de défense de l’hôte ; en ciblant les protéines virales, les molécules antivirales restaureront tout ou partie des défenses immunes de l’hôte. La guérison
de l’infection sera donc la conjonction du blocage direct de la réplication virale et de la capacité de l’hôte à éliminer le virus.
Les possibilités d’interagir avec le cycle de réplication virale
Plusieurs stratégies sont envisageables pour éradi- quer une infection virale. Elles ciblent généralement, soit l’interaction du virus avec son récepteur et possiblement son internalisation dans la cellule, soit les étapes impliquées dans la réplication virale ou la libération des virus néoformés. Actuellement, les seules molécules disponibles sur le marché ont pour cibles les étapes intracellulaires du cycle de réplication virale (figure 2).
La protéase NS3
La première étape, potentielle cible d’antiviral, est celle qui met en jeu la protéase virale ou NS3.
La partie N-terminale de cette protéine possède une activité sérine protéase et utilise la protéine NS4A comme cofacteur pour cliver 4 sites spécifiques sur la polyprotéine générée après traduction de l’ARN viral. Cette protéine bloque également la voie de signalisation conduisant à la production d’interféron endogène (7). Cette double action en fait une cible thérapeutique intéressante, son inhibition permet- tant d’une part de bloquer la maturation post-tra- ductionnelle de la protéine virale, et d’autre part de restaurer une réponse antivirale non-spécifique.
Les inhibiteurs de protéase (IP) sont soit des dérivés céto-amidiques linéaires qui bloquent de façon cova- lente le site catalytique, soit des inhibiteurs macro- cycliques qui interfèrent de façon non covalente avec l’enzyme. Les premiers (télaprevir, bocéprevir) ne sont pratiquement plus utilisés, alors que les seconds constituent les molécules approuvées (siméprevir, paritaprevir) et de nombreux candidats en cours de développement. Bien qu’il s’agisse de molécules efficaces, leur limite tient, en premier lieu, à la diver- sité génotypique du virus ; les premières molécules étaient principalement actives sur la protéase de génotype 1 et très peu sur les autres génotypes (8).
Cette différence d’efficacité induite par la configura- tion de l’enzyme, variable en fonction du génotype, est en partie effacée avec les nouvelles molécules.
Leur seconde faiblesse vient de leur faible barrière Figure 2. Représentation schématique des différentes étapes du cycle de réplication
virale du virus de l’hépatite C et des cibles des agents antiviraux à action directe actuel- lement disponibles.
1. Interaction virus-récepteurs
2. Internalisation
5. Mutation
6. Réplication 7. Assemblage
8. Relargage 3. Relargage du génome
4. Traduction en polyprotéine
Noyau
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à la résistance. De façon schématique, des variants résistants seront rapidement sélectionnés par ces molécules et garderont une efficacité de réplication assez bonne, ce qui favorisera leur prolifération chez la personne traitée ; le traitement aura ainsi perdu toute efficacité sur la population virale sélectionnée.
Néanmoins, ces molécules étant des antiviraux puissants, ils restent des éléments essentiels du traitement actuel du VHC de génotype 1.
La polymérase NS5B
Le deuxième site d’action possible sera la répli- cation virale, qui met en jeu la polymérase virale ou NS5B. Cette enzyme, dont le rôle est de synthétiser de l’ARN, est spécifique du virus et peut être inhibée par des inhibiteurs nucléosi- diques ou non nucléosidiques (9). Les premiers sont des dérivés des nucléotides naturels et vont agir en prenant la place du composant naturel.
Il en résultera l’arrêt de l’élongation de la chaîne naissante d’ARN. Ces analogues, le seul commer- cialisé à l’heure actuelle étant le sofosbuvir, sont puissants, agissent sur l’ensemble des génotypes (le site actif de la NS5B étant relativement bien conservé entre les génotypes) et ne sélectionnent que rarement des variants résistants ; ces derniers perdent trop de capacité réplicative pour émerger chez l’hôte. Les seconds bloquent l’enzyme par interaction non covalente sur des sites proches du site catalytique ; en modifiant la conformation de l’enzyme, ils bloquent son activité. Du fait de leur mode d’action, ces composés sélectionnent plus facilement des variants résistants que les analogues nucléotidiques et possèdent souvent une spécificité génotypique. La seule molécule commercialisée à ce jour est le dasabuvir active sur le génotype 1.
La protéine NS5A
Le dernier site d’action ciblé par les molécules actuelles est la phosphoprotéine NS5A. Cette protéine dimérique intervient dans plusieurs étapes du cycle réplicatif, en particulier le complexe de répli- cation et l’assemblage du virion. C’est une protéine orchestre qui interagit avec de nombreux partenaires viraux (protéine Core, NS4B, NS5B) et cellulaires.
Les molécules de la série des “-asvir”, daclatasvir,
ledipasvir et ombitasvir, inhibent le virus à des concentrations picomolaires et sont, selon les molécules, efficaces de façon pangénotypique.
Elles agissent par blocage de la réplication et de l’assemblage des particules virales en inhibant la formation du “membranous web” (10). La barrière à la résistance de ces molécules est assez faible et il a été observé récemment que les variants résistants sélectionnés pouvaient persister plusieurs années, même après l’arrêt du traitement (11).
Une stratégie de traitement individualisée
La stratégie de mise en route d’un traitement repose sur la prise en compte pour chaque individu de la pathologie hépatique induite par l’infection, des comorbidités éventuelles (dont les co-infections), du génotype viral et d’éventuels traitements préa- lablement administrés. Sur le plan virologique, il est proscrit d’utiliser une classe thérapeutique seule, stratégie qui favoriserait l’émergence de résistance.
Les traitements reposent donc sur l’utilisation d’au moins 2 cibles thérapeutiques distinctes. On notera que la ribavirine fait encore partie de l’arsenal théra- peutique bien que son mode d’action dans l’infection par le VHC demeure partiellement inexpliqué. L’ad- dition de ribavirine aux combinaisons d’antiviraux à action directe renforce l’efficacité, en particulier dans les situations où ces derniers sont moins effi- caces (12).
Conclusion
Les progrès réalisés sur les dernières décennies dans la compréhension de la relation hôte-patho- gène, d’une part, et des mécanismes de réplication virale, d’autre part, ont permis le développement de molécules agissant sur des cibles virales spéci- fiques. À ce jour, 7 agents AAD, inhibiteurs de 3 protéines clés de la réplication du VHC, sont disponibles sur le marché français, permettant d’individualiser la stratégie thérapeutique pour une efficacité virologique optimale. De nombreuses autres associations sont en cours d’évaluation avec des résultats tout aussi prometteurs. L’objectif ultime sera, dans un délai court, l’éradication de cette infection en maîtrisant la prise en charge thérapeutique et la prévention. ■
C. Fougerou-Leurent, V. Thibault et É. Bellissant déclarent ne pas avoir de liens d’intérêts.
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Ideal oral combinations to era- dicate HCV: The role of ribavirin.
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