Un paso crítico en la carrera por desarrollar tratamientos contra la COVID-19 es que los científicos comprendan con exactitud cómo el virus entra en nuestras células. Este conocimiento apoyará el desarrollo de tratamientos antivirales específicos centrados en bloquear dicha vía.
La investigación sobre el primer virus SARS-CoV, que surgió en 2002 causando una epidemia, así como sobre el SARS-CoV-2, el coronavirus relacionado que actualmente causa la COVID-19, muestra que en ambos casos una proteína espícula (S) que sobresale de la membrana viral se une al menos a una proteína, la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2), en la superficie de las células humanas. Tras la unión, las proteasas, que son enzimas humanas que fragmentan otras proteínas, cortan o «preparan» la proteína espícula para eliminar su segmento exterior, denominado S1, y revelar el segmento interior, denominado S2. El segmento S2 de la proteína espícula provoca entonces la fusión de la membrana viral con las membranas de las células humanas, permitiendo que el material genético viral entre en la célula y comience a replicarse. Una publicación reciente resumió este proceso destacando el papel de la ACE2. En este artículo, profundizaré en el papel que desempeñan las proteasas humanas al ayudar al virus a entrar en nuestras células y destacaré los tratamientos antivirales que actúan sobre esa interacción.
La proteína espícula del SARS-CoV-2: una historia de dos segmentos
La proteína espícula del SARS-CoV-2 tiene una forma similar a la de un tornillo con una cabeza más grande y un tallo más largo y delgado (Figura 1). Tres proteínas espícula se unen entre sí para formar un trímero, que tiene, como es de esperar, la forma de un tornillo más grande. El tallo se inserta en la membrana viral y mantiene la cabeza hacia afuera, lejos del virus. La región de la cabeza más grande y parte del tallo se denominan región S1 de la proteína espícula. La parte restante del tallo, más cercana a la membrana viral, se denomina región S2.
Una vez que entra en el cuerpo y entra en contacto con el sistema respiratorio, el tracto gastrointestinal, los vasos sanguíneos u otras células que expresan ACE2 en sus superficies, la región S1 de la proteína espícula se une a la ACE2 en la superficie celular y ancla el virus al exterior de la célula humana. Este es el primer paso en el proceso de replicación viral.
El SARS-CoV-2 entra en las células de una forma u otra
Una vez que el virus se ha unido a la célula, tiene dos vías de entrada potenciales diferentes (Figura 2). La vía utilizada depende de si hay o no proteasas humanas presentes para «preparar» la proteína espícula. La presencia de proteasas depende del tipo de célula humana en la que entra el virus y de las condiciones particulares de dicha célula. Varias proteasas humanas pueden escindir la proteína espícula, incluidas la serina proteasa transmembrana 2 (TMPRSS2), la furina, la elastasa y la tripsina. La TMPRSS2 es expresada por las células pulmonares humanas. Por lo tanto, se cree que desempeña un papel importante en la entrada del virus en las células del sistema respiratorio.
Si estas proteasas están presentes cerca de la interfaz de unión espícula-ACE2, escindirán la proteína espícula para exponer la región S2, y específicamente la región del péptido de fusión, de la proteína espícula. Esta región del péptido de fusión de la espícula está compuesta por aminoácidos más hidrofóbicos, o similares a los lípidos, y se inserta en la membrana celular que contiene lípidos para inducir la fusión de la membrana viral con la membrana celular y la posterior entrada del genoma viral en la célula (Figura 2a). Esta escisión debe ocurrir después de la unión espícula-ACE2. Si ocurre antes, el virus tiene menos capacidad para infectar la célula.
Si las proteasas no están presentes cerca de la interfaz de unión espícula-ACE2, el virus entrará en la célula por una vía diferente llamada endocitosis (Figura 2b). En este proceso, los coronavirus unidos a las proteínas ACE2 fuera de la célula son engullidos por una hendidura en una pequeña región de la membrana celular, que luego se cierra para formar una vesícula endocítica que introduce el material exterior en la célula. Después de esto, la vesícula endocítica se fusiona con una vesícula intracelular rodeada de membrana llamada endosoma. En el endosoma hay proteasas presentes, incluida una llamada catepsina L, que puede escindir la proteína espícula y exponer su región del péptido de fusión. El péptido de fusión media entonces la fusión de la membrana viral con la membrana del endosoma y, por lo tanto, induce la posterior entrada del genoma viral en la célula.
Evidencias recientes sugieren que puede haber una tercera forma en la que el SARS-CoV-2 puede entrar en las células. Cuando el virus se está replicando y creando nuevas partículas virales dentro de las células, algunas de las proteínas espícula podrían ser pre-escindidas, o pre-preparadas, por una proteasa humana llamada furina durante el proceso de ensamblaje del nuevo virus. Esto significa que, una vez que el virus sale de la célula, aquellos virus con proteínas espícula pre-preparadas pueden fusionarse con otras células e infectarlas, incluso si esas otras células tienen niveles bajos de proteasas presentes para una de las dos vías de escisión de la proteína espícula «normales» descritas anteriormente.
Planificación de un contraataque
Los investigadores están trabajando intensamente en fármacos que puedan actuar sobre la parte del ciclo de vida de la infección que comprende la unión espícula-ACE2, la fusión de membranas y la endocitosis para frenar la COVID-19. Nuestra publicación anterior destacó la ACE2 soluble recombinante como un tratamiento potencial. Funciona inactivando la proteína espícula antes de que el SARS-CoV-2 pueda unirse a la ACE2 en la superficie de las células. Sin embargo, se están considerando también muchos otros fármacos candidatos.
Nafomastat y MI-1851 inhiben las proteasas implicadas en la escisión de la proteína de la espícula, TMPRSS2 y furina, respectivamente, demostrando potencial para reducir la infección por SARS-CoV-2 en ensayos de laboratorio. Se ha demostrado que los péptidos, proteínas muy cortas similares a pequeñas regiones de la proteína de la espícula, inhiben la fusión de las membranas virales y celulares humanas al «bloquear» la proteína de la espícula cebada del virus mientras cambia de forma durante el proceso de fusión de la membrana. Esto impide la entrada del virus. Por último, los inhibidores de PIKfyve son conocidos bloqueadores de la infección por SARS-CoV-2. PIKfyve es una quinasa lipídica humana, una enzima que añade un grupo fosfato a lípidos específicos. Dado que PIKfyve interviene en el metabolismo endosómico de la vía endocítica de entrada viral, los inhibidores de PIKfyve poseen actividad antiviral.
Estos son solo algunos de los muchos fármacos candidatos que se están estudiando como inhibidores de la entrada del SARS-CoV-2. No obstante, los investigadores que buscan tratamientos para la COVID-19 disponen de múltiples dianas. La proteína de la espícula, la ACE2, las proteasas que escinden dicha proteína y los componentes de la vía endocítica son posibilidades bajo estudio, y existen numerosas sustancias con actividad antiviral frente a cada una de estas dianas. Para ayudar a los científicos a identificar estos candidatos potenciales con mayor rapidez, CAS ha publicado un conjunto de datos de código abierto recopilado a partir de CAS REGISTRY® que incluye fármacos antivirales conocidos y compuestos químicos relacionados estructuralmente similares a antivirales conocidos. Obtenga más información y descargue este y otros recursos de acceso abierto de CAS sobre la COVID-19 aquí.
