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 nas nossas células. Esse insight dará suporte ao desenvolvimento de tratamentos antivirais direcionados, com foco no bloqueio dessa 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 está causando a covid-19, mostra que, nos dois 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, as proteases, enzimas humanas que cortam outras proteínas em pedaços, cortam ou “preparam”, a proteína spike para remover seu segmento externo, denominado S1, e revelar o segmento interno, denominado 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. Um post recente resumiu esse processo destacando o papel da ACE2. Neste post, entrarei em mais detalhes sobre o papel que as proteases humanas desempenham em ajudar o vírus a entrar em nossas células e destacar os tratamentos antivirais que visam essa interação.
A proteína spike do SARS-CoV-2: um conto de dois segmentos
A proteína spike do SARS-CoV-2 tem a forma de um parafuso com uma cabeça maior e uma haste mais longa e mais fina (Figura 1). Três proteínas spike se unem para formar um trímero, que tem a forma, previsivelmente, de um parafuso maior. O talo é inserido na membrana viral e mantém a cabeça afastada do vírus. A região maior da cabeça e parte do pedúnculo são chamadas de região S1 da proteína spike. A parte restante do pedúnculo que está mais próxima da membrana viral é chamada de região S2.
Uma vez 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 da célula e amarra o vírus no exterior 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
Depois que o vírus se ligou à célula, ele tem duas vias diferentes de conseguir entrar (Figura 2). Qual via é usada depende se as proteases humanas estão ou não presentes para “preparar” a proteína spike. A presença de proteases depende do tipo de célula humana em que o vírus está entrando e das condições particulares dessa célula. Várias proteases humanas podem clivar a proteína spike, incluindo serina proteinase 2 transmembrana (TMPRSS2), furina, elastase e tripsina. TMPRSS2 é expresso de células pulmonares humanas. Assim, pensa-se que desempenha 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 irão clivar 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 do spike é feita de aminoácidos mais hidrofóbicos, ou semelhantes a lipídios, e se insere na membrana celular contendo lipídios para induzir a fusão membrana viral–membrana celular e a subsequente entrada do genoma viral na célula (Figura 2a). Esta clivagem deve ocorrer após a ligação spike ̶ ACE2. Se ocorrer antes, o vírus é menos capaz de infectar a célula.
Se as proteases não estiverem presentes perto da interface de ligação spike ̶ ACE2, o vírus entrará na célula por uma via diferente chamada endocitose (Figura 2b). Nesse processo, os coronavírus ligados às proteínas ACE2 fora da célula são englobados por uma reentrância em uma pequena região da membrana da célula, que então se desprende para formar uma vesícula endocítica que traz o material externo para dentro da célula. Depois que isso acontece, a vesícula endocítica se funde com uma vesícula de membrana intracelular chamada endossoma. No endossoma, existem proteases presentes, incluindo uma chamada catepsina L, que pode clivar a proteína spike e expor sua região peptídica de fusão. O peptídeo de fusão então medeia a fusão da membrana viral com a membrana do endossoma 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 produzindo 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 novo processo de montagem do vírus. Isso significa que, uma vez que o vírus saia 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 em uma das duas vias de clivagem de proteínas spike “normais” descritas acima.
Planejando um contra-ataque
Os pesquisadores estão trabalhando duro em medicamentos que podem ter como alvo o spike ̶ ACE2 ̶ fusão de membrana ̶ endocitose, parte do ciclo de vida da infecção para impedir a covid-19. Nosso post anterior destacou a ACE2 solúvel recombinante como um possível tratamento. Ele funciona inativando a proteína spike antes que o SARS-CoV-2 possa se ligar à ACE2 na superfície das células. No entanto, muitos outros candidatos a medicamentos também estão sendo considerados.
Nafomastat e MI-1851 inibem as proteases envolvidas na clivagem da proteína spike, TMPRSS2 e furina, respectivamente, mostrando potencial para reduzir a infecção por SARS-CoV-2 no tubo de ensaio. Peptídeos, que são proteínas muito curtas semelhantes a pequenas regiões da proteína spike, demonstraram inibir a fusão das membranas das células virais e humanas ao “entupir” a proteína spike do vírus à medida que ela muda de forma durante o processo de fusão da membrana. Isso impede a entrada viral. Finalmente, os inibidores do PIKfyve são bloqueadores conhecidos da infecção por SARS-CoV-2. O PIKfyve é uma quinase lipídica humana, uma enzima que adiciona um grupo de fosfato a lipídios específicos. Como o PIKfyve está envolvido no metabolismo endossomal na via endocítica de entrada viral, os inibidores do PIKfyve têm atividade antiviral.
Estes são apenas alguns dos muitos candidatos a medicamentos que estão em estudos 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 em estudo, e existem muitas substâncias que possuem 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 montado 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-o e outros recursos do CAS covid-19, de acesso aberto aqui.
