Los investigadores buscan evidencia material para detener la inflamación de COVID-19
Crédito: Laboratorio Nacional de Oak Ridge
Al igual que los detectives veteranos que investigan la escena del crimen, se ha llamado a un equipo de biofísicos expertos e investigadores de neutrones para ayudar en un caso científico. Su tarea es descubrir cómo el mortal coronavirus SARS-CoV-2, después de que irrumpe en una célula humana, comienza a causar una inflamación masiva que conduce a los casos más graves de infecciones por COVID-19. La investigación se lleva a cabo en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía.
Se sabe que los delincuentes son pequeñas proteínas envolventes (proteínas E) en las superficies, o «envolturas», de los coronavirus. Después de que un virus ingresa a una célula huésped, su proteína E invade los centros de fabricación de la célula, el retículo endoplásmico y la región de Golgi, para permitir que el material genético del virus haga copias de sí mismo y ensamble nuevos virus. Luego, la proteína E sufre cambios estructurales que rompen la pared celular para liberar los virus recién formados, que a su vez proceden a invadir otras células y hacer más copias.
Sobrevivir a una tormenta de citoquinas
Este tipo de invasión celular al hogar es típico de infecciones virales, desde un resfriado común hasta la gripe estacional. Sin embargo, la proteína E del virus SARS-CoV-2 tiene un canal iónico y un motivo de unión a PDZ (un módulo de reconocimiento proteína-proteína central en la señalización celular) que aumentan la permeabilidad de la membrana de la célula huésped y desencadenan una «citoquina». tormenta.» La inflamación resultante conduce a una acumulación significativa de líquido en los pulmones y, en algunas personas, provoca inflamación en otros tejidos del cuerpo. Esto puede convertir lo que de otro modo podría parecerse a un resfriado común o una gripe en un síndrome de dificultad respiratoria aguda, que puede provocar problemas respiratorios e insuficiencia orgánica múltiple.
«Nuestros experimentos usan neutrones para comprender cómo el virus, en particular su E -proteína, trabaja en las membranas celulares para que podamos encontrar una manera de controlar la inflamación asociada», dijo Minh Phan, investigador asociado postdoctoral e investigador principal del proyecto. «Si podemos inhibir la proteína E, podremos reducir la cantidad de inflamación en los pulmones y otros órganos vitales de una persona. Eso ayudaría a mantener a las personas fuera de cuidados intensivos, para que nuestros hospitales y profesionales médicos no se vean abrumados. Entonces más personas con COVID-19 podrían lidiar con éxito con la infección en el hogar».
Para comprender cómo interactúan las membranas celulares con las proteínas E del virus, los científicos primero usaron la reflectometría de neutrones para analizar modelos de capas lipídicas, tanto modelos de una y dos capas, que funcionan como membranas celulares reales. Las muestras estaban libres de proteínas incrustadas u otras características de la superficie que pudieran afectar el comportamiento de la membrana desnuda.
Usando el instrumento de neutrones del reflectómetro de líquidos en la fuente de neutrones por espalación de ORNL, los investigadores midieron y analizaron cómo se dispersaron los neutrones, o «reflejadas», en diferentes ángulos dependiendo de la composición de las capas lipídicas por las que pasaban.
En otro ángulo
«La reflectometría de neutrones nos dio información sobre la estructura interna de las membranas, pero también necesitábamos entender cómo se comportan las superficies externas de las membranas», dijo John Katsaras, biofísico especializado en dispersión de neutrones y el estudio de membranas biológicas en la Dirección de Ciencias de Neutrones de ORNL. «Es como una hoja de papel en la que habíamos mirado dentro de la hoja, pero también necesitábamos examinar el anverso y el reverso del papel. Así que llevamos a cabo experimentos de dispersión de neutrones de ángulo pequeño, que revelaron detalles sobre las superficies de los materiales».
Los diferentes tipos de experimentos con neutrones revelaron cómo reaccionaban las membranas a diversas presiones y tensiones mientras estaban comprimidas o descomprimidas, lo que permitió a los científicos desarrollar un modelo básico de cómo se comporta la membrana desnuda internamente y en toda su superficie, en una variedad de condiciones e independientemente de cualquier factor de complicación. Los experimentos de apoyo fueron realizados en Virginia Tech por la profesora asistente Rana Ashkar, quien llevó a cabo estudios de microscopía complementarios en las monocapas lipídicas.
Después de realizar experimentos de control, el equipo insertó proteínas E en las membranas (los modelos de lípidos) y examinó las estructuras. Estaban analizando específicamente cómo el canal de iones de la proteína y el motivo de unión a PDZ funcionan juntos y cómo el canal de iones facilita que el virus inserte su material genético en una célula.
«Es importante que entendamos cómo funciona el canal de iones funciona en este virus, porque se ha demostrado que ciertas moléculas en los medicamentos existentes son capaces de inhibir las proteínas E», dijo Jesse Labb, genetista de hongos celulares y moleculares en la División de Biociencias de ORNL. «En los laboratorios, los bloqueadores de los canales iónicos han demostrado su eficacia para limitar la inflamación causada por un coronavirus similar, el SARS-CoV, que provocó una pandemia mortal en 2002. Eso es lo que hace que esta línea de investigación sea tan prometedora».
La La estructura y la actividad de la proteína E fueron estudiadas más a fondo por Pat Collier, un ingeniero de procesos de sala limpia del Centro de Ciencias de Materiales Nanofásicos de ORNL, quien examinó las bicapas de interfaz de gotas para registrar la actividad del canal iónico, y por Ben Doughty, un científico investigador de Ciencias Químicas de ORNL. Division, que realizó experimentos de espectroscopia vibratoria con neutrones para sondear las orientaciones y las estructuras secundarias de la proteína E.
Maestros del disfraz
Otra razón por la que los coronavirus son tan difíciles de tratar es que son maestros del disfraz, mutando regularmente para evitar ser reconocidos por el sistema inmunológico de una persona.
Para abordar los desafíos que plantean las mutaciones, los científicos de ORNL se están enfocando en las características del coro actual navirus que tienden a mutar con menos frecuencia de generación en generación. Tales características «conservadas», si un compuesto farmacológico se dirige con éxito, permitirían desarrollar un tratamiento con efectos más duraderos.
«El equipo de ORNL ha estudiado las membranas durante décadas y tiene mucha experiencia en este y la función de la membrana es un componente clave en la enfermedad de COVID-19», dijo Jacob Kinnun, investigador postdoctoral del equipo de reflectometría del SNS. «Si nuestra investigación puede identificar un mecanismo que inhiba la capacidad del virus SARS-CoV-2 para desencadenar inflamación en personas infectadas con COVID-19, podría conducir a un tratamiento que reduzca la cantidad de personas que necesitan hospitalización y ayude a salvar vidas».
A continuación, los investigadores planean exponer las proteínas E a algunos de los compuestos farmacológicos más prometedores que han demostrado inhibir proteínas similares. Un objetivo es desarrollar un modelo de cómo funciona la proteína E del SARS-CoV-2 y qué compuestos farmacológicos son más efectivos contra ella, lo que permite a los investigadores de todo el mundo evaluar de forma rápida y precisa nuevos medicamentos para ayudar a determinar cómo podrían funcionar contra futuros brotes de virus. .
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Los investigadores proponen estudiar la proteína de la cubierta de COVID-19 Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge Cita: Los investigadores buscan evidencia material para detener la inflamación de COVID-19 (2020, 31 de julio) recuperado 31 Agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-material-evidence-covid-inflammation.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.