Científicos investigan bloqueadores de la proteína pico del coronavirus
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El coronavirus pandémico SARS-CoV-2 debe penetrar en nuestras células para establecer una infección. Obtiene acceso utilizando la ahora notoria proteína espiga pero, típico de los virus, debe secuestrar nuestra propia biología para forzar la cerradura. Los científicos están descubriendo formas de interceptar el virus antes de que pueda ingresar.
Las proteínas de pico viral dependen de enzimas que mastican proteínas, proteasas, para remodelarlas para la entrada celular. En el caso del SARS-CoV-2, la furina proteasa primero debe cortar el pico en un punto específico antes de que se adhiera al receptor ACE2 de una célula. Luego, otra proteasa debe cortar la proteína del pico e iniciar la fusión viral con la membrana celular.
La idea que persiguen los investigadores es bloquear la furina para que no corte el pico.
Al principio, antes de que COVID-19 fuera declarado oficialmente una pandemia, los científicos ya estaban investigando el caso de la furina y observaron que la proteína espiga tenía secuencias de aminoácidos que se parecían preocupantemente a un sitio de acoplamiento de furina, con un motivo de arginina-arginina-alanina-arginina. Furin es una enzima generalizada en el cuerpo, lo que potencialmente otorga al SARS-CoV-2 innumerables oportunidades para infectar células. El SARS-CoV, el coronavirus responsable del brote de SARS a principios de este siglo, no tiene un sitio de escisión de furina, pero dichos sitios están presentes en otros patógenos peligrosos como el VIH, el ébola, el MERS-CoV y la influenza aviar.
La búsqueda de inhibidores de furina para su uso clínico está muy avanzada.
Hay algunos virus de la gripe aviar altamente patógenos, que ocasionalmente infectan a las personas, y las furinas cortan sus picos. , por lo que esos virus pueden reproducirse en varias células y tejidos diferentes del cuerpo, explica Vincent Racaniello, virólogo de la Universidad de Columbia. Esto los separa de los virus anuales de la influenza humana, cuyas puntas no son divididas por la furina, y puede explicar en parte por qué esos virus no son tan patógenos como lo son las gripes aviares.
Si la furina es fundamental para la patogenicidad del SARS -CoV-2 y su capacidad para ingresar a diferentes tipos de células, luego bloquear la proteasa podría dificultar la replicación viral. Con este fin, los investigadores han estado investigando si la furina es realmente esencial para la infección por SARS-CoV-2 y si interferir con su actividad reduce las cargas virales en las células.
La furina como socio del crimen del SARS-CoV-2
En mayo, un grupo del Centro de Primates de Alemania dirigido por Stefan Phlmann informó que la escisión inicial de las subunidades S1 y S2 de la proteína espiga es esencial para la entrada del SARS-CoV-2 en las células pulmonares humanas y para la virus para fusionar células infectadas con otras células. Este fenómeno de fusión, llamado sincitio, está impulsado por el llamado péptido de fusión que libera la espiga a medida que se escinde.
Un grupo francés informó que las células infectadas con SARS-CoV-2 están salpicadas de Proteínas de pico, que se fusionan con vecinos que tienen enzimas de superficie ACE2. Se han visto células fusionadas en tejidos pulmonares post mortem de pacientes con COVID-19. Esta fusión célula-célula también se ha observado en tejidos de personas infectadas con los coronavirus que causan el SARS y el MERS.
Syncytium permite que las células infectadas por virus se unan a otras células, creando fábricas virales contiguas de 10 a 20 células. La estrategia permite que el virus secuestre nuevas células sin salir al cuerpo, eludiendo así la vigilancia inmunológica. El grupo francés concluyó que la fusión célula-célula es una característica de la COVID-19 grave y es facilitada por TMPRSS2, otra proteasa involucrada en cortar la proteína espiga.
Otro grupo alemán informó en julio evidencia que respalda la importancia de TMPRSS2 en infección y que la replicación del SARS-CoV-2 fue fuertemente inhibida por un inhibidor de furina sintética, MI-1851, en células de las vías respiratorias humanas.
En una preimpresión publicada en bioRxiv en agosto , Vineet Menachery de la rama médica de la Universidad de Texas y sus colegas informaron que la eliminación del sitio de escisión de la furina de las proteínas espiga del SARS-CoV-2 aumentó la replicación en una línea celular de mono, pero atenuó la replicación en las células respiratorias y la patogénesis in vivo en hámsteres .
Mi expectativa sería que lo mismo sucediera con el SARS-CoV-2 en pacientes humanos infectados, dice Phlmann sobre el resultado del hámster. En cuanto a los datos contradictorios de las células de mono, los investigadores todavía están buscando respuestas.
La búsqueda de un fármaco para bloquear la furina
La búsqueda de inhibidores de furina para usar clínicamente está bien en marcha Científicos en Taiwán probaron cuatro inhibidores de furina y otras proteasas similares en células humanas infectadas con SARS-CoV-2. La escisión y la fusión célula-célula se anularon en aquellas células tratadas con los inhibidores de furina CMK (decanoil-RVKR-clorometilcetona) y naftofluoresceína, informaron los autores en septiembre en Cell. La CMK es un inhibidor de péptidos utilizado durante mucho tiempo como herramienta de investigación que compite con la furina por la atención del SARS-CoV-2, mientras que la naftofluoresceína, un compuesto más nuevo utilizado en la investigación, es un inhibidor de molécula pequeña de la actividad de las furinas.
Estos dos inhibidores disminuyen no solo el sincitio, sino también la producción viral, dice el autor principal Shiou-Hwei Yeh del Hospital Universitario Nacional de Taiwán. Nuestro estudio confirma el papel crítico de la escisión de la furina para la actividad de fusión de la proteína espiga, pero también identificamos dos compuestos principales antivirales para el desarrollo de fármacos.
Yeh ha desarrollado una serie de derivados de la naftofluoresceína para aumentar su selectividad por furina Ahora planea probar sus derivados en modelos de ratón que expresan ACE2 humano.
Gonzalo Izaguirre, bioquímico de la Universidad de Illinois en Chicago, ha estudiado inhibidores de furina naturales llamados serpinas para muchos años. Ahora está trabajando en un inhibidor de furina de tipo serpina diseñado que puede bloquear la entrada a las células de un virus sintético no infeccioso equipado con el pico SARS-CoV-2. Si es efectivo, señala por correo electrónico, este inhibidor podría ser la base de una posible terapia para tratar el COVID-19.
Ya hay medicamentos inhibidores de la proteasa aprobados para afecciones no relacionadas que parecen afectar a la furina, que el bioquímico Richard Watt de la Universidad Brigham Young en Utah dice que valdría la pena investigar para su posible reutilización para tratar COVID-19. Por ejemplo, el nelfinavir es un medicamento aprobado para tratar el VIH que, según Watt, afecta a la furina. En un estudio no relacionado sobre la anemia, encontramos que un inhibidor de la proteasa del VIH podría unirse a la furina e inhibir su acción, explica Watt.
Se han desarrollado muchos medicamentos con el objetivo de inhibir la furina, pero ninguno han logrado llegar a los pacientes.
El fármaco se une fuertemente al sitio catalítico de la furina y también a otras proteasas que actúan sobre el SARS-CoV-2, según muestran los estudios computacionales de su grupo y otros , dice Watt. Además, una preimpresión anterior señaló que el nelfinavir parece actuar contra el SARS-CoV-2 al unirse a su proteasa principal.
Otra estrategia podría ser combinar un bloqueador de furina con un segundo inhibidor de la proteasa, como como para TMPRSS2. En una preimpresión de julio, Phlmann y sus colegas concluyeron que TMPRSS2 era esencial para que el SARS-CoV-2 infectara las células de las vías respiratorias humanas y sugirieron combinar un TMPRSS2 y un inhibidor de furina como estrategia antiviral.
La furina es un factor esencial enzima en el cuerpo humano. No se puede vivir sin furina, dice Phlmann. TMPRSS2 no es esencial, al menos en ratones, que pueden vivir felices sin él. La combinación de dos inhibidores podría permitir una dosis más baja de un bloqueador de furina, o un golpe uno-dos más rápido, por lo que solo necesitaría una breve inhibición de la furina.
Usted desearía inhibidores tanto de furina como de TMPRSS2, está de acuerdo Watt. Sugiere que esto puede ser factible usando nelfinavir en combinación con mesilato de camostato, un bloqueador de TMPRSS2 aprobado en Japón para el tratamiento de la pancreatitis y que Phlmann informó que puede inhibir la activación del SARS-CoV-2. Hay una serie de inhibidores aprobados de TMPRSS2 para afecciones no relacionadas con los coronavirus. Además, un ensayo danés está probando actualmente el efecto de camostat en pacientes con COVID-19.
La reutilización de medicamentos aprobados para bloquear las proteasas esenciales para el virus permitiría ensayos clínicos más rápidos para probar su eficacia contra el SARS-CoV- 2 y tal vez beneficiar a los pacientes con COVID-19 a través de terapias antivirales nuevas y muy necesarias. A Watt le gustaría probar nelfinavir en pacientes con COVID-19, pero aún tiene que encontrar un colaborador clínico o financiamiento.
Las limitaciones de interferir con la furina
No todos están convencidos de que bloquear la furina trabajará. Un grupo en el Reino Unido informó en una preimpresión en agosto que paralizar el gen de la furina en una línea celular embrionaria humana disminuye, pero no detiene por completo, la replicación del SARS-CoV-2. Descubrimos que la eliminación del gen de la furina ralentizaba la fusión célula-célula, pero no la impedía, explica por correo electrónico el inmunólogo Leo James de la Universidad de Cambridge.
El hecho de que la proteína S todavía se escindiera en la eliminación de furina Las células sugieren que puede haber otras proteasas que puedan ocupar su lugar, aunque de manera menos eficiente, agrega. A primera vista, estos resultados son malas noticias para generar antivirales que bloquean la furina. Incluso si un compuesto logra una inhibición del 100 %, no evitará por completo la infección, dice James. Un estudio de junio en iScience sugirió de manera similar que las enzimas relacionadas con la furina también podrían cortar la proteína del pico.
Aún así, esa no tiene por qué ser la última palabra. Yo diría que no han usado las celdas correctas, contrarresta Racaniello. Las líneas celulares de monos y células de embriones humanos pueden aprovechar diferentes proteasas para hacer el mismo trabajo que la furina, agrega, diferenciándolas de las células pulmonares humanas.
Además, Racaniello y otros dicen que puede no ser necesario bloquear completamente el SARS-CoV-2 fuera de las células. Claramente, si elimina este sitio de división, el virus aún puede reproducirse hasta cierto punto, dice Racaniello. Podría ser que una reducción de diez o cien veces en la producción de virus sea suficiente para prevenir la infección, y eso no se puede decir a partir de una línea celular. Necesita buscar en un modelo animal.
Un problema aparte es que la furina tiene funciones esenciales en nuestra célula, dice Racaniello, por lo que si bloquea la enzima, tendrá toxicidad asociada con eso. Se han desarrollado muchos medicamentos con el objetivo de inhibir la furina, pero ninguno ha llegado a los pacientes. Los inhibidores de furina son bastante tóxicos, confirma Izaguirre.
Esto no los descarta. Los inhibidores quizás podrían administrarse durante un período corto de tiempo para reducir la carga viral en un momento crítico. Es posible que los inhibidores de furina solo se apliquen durante un período de tiempo muy corto, con efectos secundarios no deseados limitados, concuerda Phlmann.
Aunque el nelfinavir está aprobado por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) para tratar VIH, aún no ha sido aprobado como inhibidor de furina. Actualmente, Watt está buscando la aprobación de la FDA para nelfinavir como inhibidor de furina para tratar la anemia causada por la inflamación crónica con la esperanza de que los estudios futuros permitan que el medicamento sea aprobado como inhibidor de furina para otras indicaciones, como las infecciones por SARS-CoV-2.