비뉴클레오사이드 역전사 효소 억제제들(NNRTIs)은 인간 면역 결핍 바이러스 (HIV) 치료에 사용되는 항 레트로 바이러스 약물이다. NNRTIs는 HIV 유전 물질 복제를 조절하는 역전사 효소(RT)를 억제한다. RT는 항 레트로 바이러스 약물 개발 분야에서 가장 인기 있는 표적 중 하나이다.

## 역사
후천성 면역 결핍 증후군(AIDS)은 전 세계 주요 사망 원인이다. AIDS는 1981년에 질병으로 확인되었다. 2년 후 AIDS의 병인인 HIV가 설명되었다.

## HIV-1 역전사 효소

### 기능
역전사 효소(RT)는 HIV 그리고 기타 레트로 바이러스의 유전 물질 복제를 제어하는 효소이다.

### 구조
HIV-1 RT는 p66 (560개 아미노산)과 p51(440개 아미노산) 서브 유닛으로 구성된 비대칭 1000개 아미노산 이종 이량체이다.

## 결합 및 약물단
NNRTI의 화학적 다양성에도 불구하고 모두 RT의 동일한 위치에서 결합한다. 결합은 효소의 p66 서브 유닛 부위의 손바닥 도메인에 있는 촉매 부위에서 약 10Å에 위치한 소수성 포켓에서 알로스테리적으로 일어난다.
네비라핀(nevirapine)과 같은 1세대 NNRTI의 결합에서 중요한 요소는 나비 모양이다. 화학적 다양성에도 불구하고 그들은 매우 유사한 나비 모양을 가진다.

NNIBP는 탄력적이며 형태는 NNRTI의 크기, 특정 화학 성분 그리고 결합 모드에 의존한다. RT의 전체 구조는 결합된 NNRTI의 특성에 따라 부분적 유연성을 가진다. 억제제가 돌연변이 표적의 변형된 포켓에 결합할 수 있는 유연성을 갖는 것은 중요하다. 억제제 유연성은 억제제-표적 상호 작용에 영향을 미치지 않을 수 있다.

## 작용 메커니즘
NNRTI는 RT 효소에 비경쟁적으로 결합하여 작용한다 (그림 3). 결합은 효소의 3차원 구조에 구조적 변화를 일으키고 NNIBP를 생성한다.

이런 제안된 주요 작용 메커니즘에 더불어 NNRTI는 다른 작용 메커니즘을 갖고 역전사효소 반응의 다양한 단계를 방해하는 것으로 나타났다.

차세대 NNRTI를 개발하고 약물 내성 메커니즘을 이해하기 위해서는 NNRTI의 다양한 작용 메커니즘에 대한 깊은 이해를 얻는 것이 중요하다.

## 약물 발견 및 설계
효과적인 항 HIV 약물의 개발은 뉴클레오티드와 아미노산 염기서열의 다양성 때문에 어렵다.완벽한 항 HIV 약물은 약물 내성 돌연변이에 효과적이어야 한다. 표적 RT 효소와 그것의 구조, 약물 작용 메커니즘 및 약물 내성 돌연변이의 결과를 이해하는 것은 보다 효과적인 NNRTI 설계에 도움이 될 수 있는 유용한 정보를 제공한다. RT 효소는 NNRTI 결합을 방해할 수 있는 돌연변이로 인해 변화를 겪을 수 있다.

### 발견
NNRTI로 확인된 처음 두 종류의 화합물은 1-(2-2-하이드록시에톡시메틸)-6-(페닐싸이오)티민(HEPT) 그리고 테트라하이드로이미다조[4,5,1-jkj][1,4]벤조다이아제핀- 2(1H)-온 및 -싸이온(TIBO)이다. TIBO 화합물이 발견됨에 따라 1980년대 후반에 NNRTI 등급의 정의가 이루어졌으며, 이때 예기치 않게 RT를 억제하는 것으로 밝혀졌다.

### 개발

#### 1세대 NNRTIs
HEPT와 TIBO가 발견된 후 화합물 스크리닝 방법을 사용하여 일반적으로 네비라핀으로 알려진 최초의 NNRTI인 BI-RG-587을 개발했다. HEPT, TIBO와 마찬가지로 네비라핀은 비경쟁적 억제(dNTP 결합과 관련)에 의해 바이러스 RT 활동을 차단했다. 이것은 새로운 종류의 항 HIV 억제제가 RT의 활성을 억제하지만 활성 부위를 억제하지 않는다는 생각을 강화했다. NNRTI의 몇몇 분자군은 많은 분자의 스크리닝과 진화 후에 나타났다.

1세대의 세 가지 NNRTI 화합물은 HIV-1 감염 치료를 위해 미국 식품의약국 (FDA)의 승인을 받았다. 네비라핀은 1996년에 승인되었고, 델라비르딘은 1997년에, 그리고 에파비렌즈는 1998년에 승인되었다 (표 1). 이러한 약물 중 네비라핀과 에파비렌즈 두 가지는 1차 HAART의 초석이고 델라비르딘은 현재 거의 사용되지 않는다.

##### α-APA에서 ITU로의 개발
결정 구조 분석은 1세대 NNRTI가 "나비 같은" 형태로 HIV-1 RT에 결합하는 것으로 나타났다. 이 1세대 NNRTI는 Tyr-181C 및 Tyr-188L/H와 같은 일반적인 약물 내성 돌연변이에 취약했다. 이것은 새롭고 더 효과적인 NNRTI를 찾아야 할 필요성을 제기했다. 유망한 NNRTI 시리즈인 ITU(imidoylthiourea)는 α-APA 유사체에서 나왔다(그림 4). ITU 화합물은 α-APA의 아릴 사이드 그룹을 결합하는 링커를 확장하여 얻었다. 강력한 ITU 화합물인 R100943은 구조-활성 관계(SAR)을 기반으로 하는 사이드 그룹의 화학적 조성을 배열하여 얻었다. HIV-1/R100943 복합체의 결정 구조는 ITU 화합물이 α-APA 화합물보다 더 유연함을 증명했다. ITU 화합물은 "말굽" 또는 "U" 모드로 결합하는 뚜렷한 결합 모드를 보여주었다.

α-APA의 날개 II, 6-다이브로모페닐 부분과 화학적으로 일치하는 R100943의 2,6-다이클로로페닐 부분이 NNIBP의 날개 I 부분을 점유하는 반면 R100943의 4-시아노아닐리노 부분은 NNIBP(비뉴클레오사이드 억제제 결합 포켓)의 날개 II 부분을 차지한다.

R100943은 HIV-1을 억제했으며, 로비라이드(α-APA) 및 네비라핀에 대한 높은 수준의 내성을 유발한 G190A 돌연변이와 같은 다수의 주요 NNRTI 내성 돌연변이에 대해 상당히 효과적이었다. G190A 돌연변이는 나비 모양의 NNRTI의 연결 부분에 의해 채워지는 결합 포켓의 일부를 점유함으로써 저항을 유발하는 것으로 생각되었다. 말굽형 결합모드에서 R100943은 G190에서 약 6.0Å의 거리에 있다. 나비 모양으로 결합하는 네비라핀 및 로비라이드와 비교할 때 ITU 파생 모델은 Tyr-181C 및 Tyr-188L 돌연변이에 대한 활성도가 개선되었다. 구조 연구는 잠재적 TIBO 화합물이 돌연변이 RT의 NNIBP(비뉴클레오사이드 억제제 결합 포켓)에서 스스로 이동함으로써 Tir-181C 돌연변이의 영향을 부분적으로 보완할 수 있음을 시사했다. 이러한 맥락에서 R100943은 NNRTI의 배좌 교체를 가능하게 하는 비틀림 자유를 갖는다. 이 비틀림 자유는 ITU 유도체가 돌연변이 NNIB에 결합해 저항 돌연변이의 영향을 보상하는 데 사용할 수 있다. 그럼에도 불구하고, HIV-1 내성 돌연변이에 대한 R100943의 효력은 효과적인 약물 후보로 간주하기에 충분하지 않았다. 게다가 ITU 유도체의 이미도일싸이오우레아 부분의 화학적 안정성은 경구용 약물에 적합하지 않았다.