Um passo crítico na corrida para desenvolver tratamentos para a COVID-19 é que os cientistas obtenham uma compreensão clara de exatamente como o vírus entra em nossas células. Esse conhecimento apoiará o desenvolvimento de tratamentos antivirais direcionados, focados em bloquear essa via.
Pesquisas sobre o primeiro vírus SARS-CoV, que surgiu em 2002 causando uma epidemia, bem como sobre o SARS-CoV-2, o coronavírus relacionado que agora causa a COVID-19, mostram que, em ambos os casos, uma proteína spike (S) que se projeta da membrana viral se liga a pelo menos uma proteína, a enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2), na superfície das células humanas. Após a ligação, proteases, que são enzimas humanas que cortam outras proteínas em pedaços, cortam ou "preparam" a proteína spike para remover seu segmento externo, chamado S1, e revelar o segmento interno, chamado S2. O segmento S2 da proteína spike causa então a fusão da membrana viral com as membranas das células humanas, permitindo que o material genético viral entre na célula e comece a se replicar. Uma publicação recente resumiu esse processo, destacando o papel da ACE2. Nesta publicação, entrarei em mais detalhes sobre o papel que as proteases humanas desempenham ao ajudar o vírus a entrar em nossas células e destacarei tratamentos antivirais que visam essa interação.
A proteína spike do SARS-CoV-2: uma história de dois segmentos
A proteína spike do SARS-CoV-2 tem um formato semelhante a um parafuso, com uma cabeça maior e uma haste mais longa e fina (Figura 1). Três proteínas spike se ligam umas às outras para formar um trímero, que tem o formato, previsivelmente, de um parafuso maior. A haste é inserida na membrana viral e mantém a cabeça voltada para fora, longe do vírus. A região da cabeça maior e parte da haste são chamadas de região S1 da proteína spike. A parte restante da haste, que fica mais próxima da membrana viral, é chamada de região S2.
Assim que entra no corpo e entra em contato com o sistema respiratório, trato gastrointestinal, vasos sanguíneos ou outras células que expressam ACE2 em suas superfícies, a região S1 da proteína spike se liga à ACE2 na superfície celular e ancora o vírus na parte externa da célula humana. Este é o primeiro passo no processo de replicação viral.
O SARS-CoV-2 entra nas células de uma forma ou de outra
Uma vez que o vírus se ligou à célula, ele tem dois caminhos potenciais diferentes para entrada (Figura 2). Qual caminho será usado depende de se as proteases humanas estão presentes ou não para "preparar" a proteína spike. A presença de proteases depende do tipo de célula humana que o vírus está invadindo e das condições específicas dessa célula. Várias proteases humanas podem clivar a proteína spike, incluindo a serina protease transmembrana 2 (TMPRSS2), furina, elastase e tripsina. A TMPRSS2 é expressa pelas células pulmonares humanas. Portanto, acredita-se que ela desempenhe um papel importante na entrada do vírus nas células do sistema respiratório.
Se essas proteases estiverem presentes perto da interface de ligação spike-ACE2, elas clivarão a proteína spike para expor a região S2, e especificamente a região do peptídeo de fusão, da proteína spike. Essa região do peptídeo de fusão da spike é composta por aminoácidos mais hidrofóbicos, ou semelhantes a lipídios, e se insere na membrana celular contendo lipídios para induzir a fusão da membrana viral com a membrana celular e a subsequente entrada do genoma viral na célula (Figura 2a). Essa clivagem deve ocorrer após a ligação spike-ACE2. Se ocorrer antes, o vírus tem menos capacidade de infectar a célula.
Se as proteases não estiverem presentes perto da interface de ligação spike-ACE2, o vírus entrará na célula por um caminho diferente chamado endocitose (Figura 2b). Nesse processo, os coronavírus ligados às proteínas ACE2 fora da célula são engolfados por uma reentrância em uma pequena região da membrana da célula, que então se fecha para formar uma vesícula endocítica que traz o material externo para dentro da célula. Depois disso, a vesícula endocítica se funde com uma vesícula intracelular revestida por membrana chamada endossomo. No endossomo, existem proteases presentes, incluindo uma chamada catepsina L, que pode clivar a proteína spike e expor sua região de peptídeo de fusão. O peptídeo de fusão então medeia a fusão da membrana viral com a membrana do endossomo e, assim, induz a entrada subsequente do genoma viral na célula.
Evidências recentes sugerem que pode haver uma terceira maneira pela qual o SARS-CoV-2 pode entrar nas células. Quando o vírus está se replicando e criando novas partículas virais dentro das células, algumas das proteínas spike podem ser pré-clivadas, ou pré-preparadas, por uma protease humana chamada furina durante o processo de montagem do novo vírus. Isso significa que, assim que o vírus sai da célula, esses vírus com proteínas spike pré-preparadas podem se fundir e infectar outras células, mesmo que essas outras células tenham baixos níveis de proteases presentes para uma das duas vias "normais" de clivagem da proteína spike descritas acima.
Planejando um contra-ataque
Researchers are working hard on drugs that can target the spike ̶ ACE2 ̶ membrane fusion ̶ endocytosis part of the infection lifecycle to hinder COVID-19. Our previous post highlighted recombinant soluble ACE2 as a potential treatment. It works by inactivating the spike protein before SARS-CoV-2 can bind to ACE2 on the surface of cells. However, many other drug candidates are under consideration as well.
Nafomastat e MI-1851 inibem as proteases envolvidas na clivagem da proteína spike, TMPRSS2 e furina, respectivamente, demonstrando potencial para reduzir a infecção por SARS-CoV-2 em testes laboratoriais. Peptídeos, que são proteínas muito curtas semelhantes a pequenas regiões da proteína spike, demonstraram inibir a fusão das membranas viral e humana ao "bloquear" a proteína spike preparada no vírus enquanto ela muda de forma durante o processo de fusão da membrana. Isso impede a entrada viral. Por fim, os inibidores de PIKfyve são bloqueadores conhecidos da infecção por SARS-CoV-2. A PIKfyve é uma quinase lipídica humana, uma enzima que adiciona um grupo fosfato a lipídios específicos. Como a PIKfyve está envolvida no metabolismo endossômico na via endocítica de entrada viral, os inibidores de PIKfyve possuem atividade antiviral.
Estes são apenas alguns dos muitos candidatos a medicamentos sendo estudados como inibidores de entrada viral do SARS-CoV-2. No entanto, existem muitos alvos disponíveis para pesquisadores que buscam tratamentos para a COVID-19. A proteína spike, a ACE2, as proteases que clivam a proteína spike e os componentes da via endocítica são todas possibilidades sendo estudadas, e há muitas substâncias com atividade antiviral em relação a cada um desses alvos. Para ajudar os cientistas a identificar alguns desses potenciais candidatos mais rapidamente, o CAS lançou um conjunto de dados de código aberto compilado a partir do CAS REGISTRY® que inclui medicamentos antivirais conhecidos e compostos químicos relacionados que são estruturalmente semelhantes aos antivirais conhecidos. Saiba mais e baixe este e outros recursos de acesso aberto do CAS sobre a COVID-19 aqui.
