Científicos vinculados al Centro de Investigación e Innovación en Biodiversidad y Farmacéutica (CIBFar) dieron a conocer detalles del proceso de maduración de la principal enzima involucrada en la replicación de la nuevo coronavirus, conocido como 3CL. El descubrimiento, descrito en Revista de biología molecular, facilita la búsqueda de medicamentos capaz de sabotear este proceso desde el principio.
“En un año y medio de pandemia, ya tenemos al menos media docena de vacunas en uso clínico, pero ningún fármaco con eficacia y seguridad comprobadas. El antiviral es aún más difícil de desarrollar. Sin embargo, a pesar de que tenemos buenos agentes de inmunización, obtener un medicamento para Covid-19 sigue siendo muy importante si el virus se escapa de la vacuna ”, dice Glaucius Oliva, coordinador de CIBFar – Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) de la FAPESP. con sede en el Instituto de Física São Carlos de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP).
En el artículo, los científicos describen el mecanismo molecular por el cual la proteasa principal en Sars-CoV-2, la enzima responsable de la multiplicación del virus, se autoprocesa y se activa para replicar el material genético (ARN) del patógeno dentro de la célula huésped.
“Cuanto más entendemos el metabolismo del virus y sus pasos de replicación, más fácil es ver los objetivos en este proceso y luego desarrollar moléculas capaces de detenerlo desde el principio”, dice Gabriela Noske, estudiante de doctorado en CIBFar y primera autora. del artículo.
Según Oliva, esta es una estudio de ciencias basicas, Mas con aplicaciones inmediatas. “A diferencia de lo que vemos en otros virus, como el Zika, el dengue o la fiebre amarilla, en el nuevo coronavirus la proteasa no actúa de forma monomérica. [como uma molécula isolada]. Para que se active y empiece a multiplicar el ARN del SARS-CoV-2 necesita ser dimérico, es decir, necesita un par de copias de la proteasa para que pueda cortarse a sí mismo y a las demás proteínas responsables de la metabolismo del virus dentro de la célula ”, explica.
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Oliva lidera un proyecto multidisciplinario, apoyado por la FAPESP, que reúne a investigadores del Instituto de Ciencias Biomédicas (ICB-USP), el Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP), la Facultad de Ciencias Farmacéuticas de Ribeirão Preto (FCFRP-USP). ), de la Universidad Estadual de São Paulo (Unesp) y la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) en la búsqueda de antivirales para el tratamiento de Covid-19.
varios pasos
El ARN del SARS-CoV-2 está protegido por una «envoltura» formada por lípidos y proteínas, entre ellos el famoso pico, que forma la estructura de la corona que da nombre a la familia. Coronaviridae. Cuando el virus invade la célula y es engullido por ella, el ARN se libera de la cápsula.
Dentro de la célula, el principal objetivo del virus es multiplicarse. En esta fase, las proteínas estructurales dejan de tener una función fundamental (transporte de ARN y evasión del sistema inmunológico) y entran en escena las llamadas proteínas no estructurales, responsables del metabolismo viral dentro del huésped.
“El microorganismo necesita hacer copias de su ARN. Como no tiene todos los mecanismos para esto, necesita secuestrar algunas funciones de la célula invadida. Otras funciones metabólicas, específicas del virus, descansan en proteínas no estructurales, como la proteasa principal y otras 15 moléculas. Nuestro estudio se centró en la proteasa principal ”, dice André Godoy, coautor del artículo e investigador de IFSC-USP.
Godoy explica que, si bien las proteínas estructurales suelen servir como objetivos para el desarrollo de vacunas, las proteínas no estructurales se utilizan como referencias para los medicamentos antivirales. Este es el caso de los cócteles utilizados en el tratamiento del sida, que tienen como uno de los objetivos a la proteasa del VIH.
El descubrimiento de que la proteasa principal del nuevo coronavirus pasa por diferentes fases hasta madurar y luego favorece la multiplicación de Sars-Cov-2 en la célula infectada solo fue posible gracias a una investigación realizada en la estructura científica más compleja del país. país.
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El año pasado, el experimento realizado por Godoy y la investigadora Aline Nakamura inauguró la primera estación de investigación Sirius, el acelerador de partículas de última generación que se está ultimando en el Centro Nacional de Investigación en Energía y Materiales (CNPEM), en Campinas. .
En tres días, con la ayuda de un potente haz de luz de sincrotrón, fue posible determinar la estructura de más de 200 cristales de dos proteínas del nuevo coronavirus. Entre ellos se encontraba la proteasa principal, en diversas formas y en complejos con varios ligandos.
“Junto con el pico, la proteasa principal es la proteína más estudiada en el nuevo coronavirus. Lo que no se sabía hasta entonces era cómo Sars-CoV-2 procesa dos copias de esta enzima para crear, en su estructura, una región denominada ‘sitio activo’, donde logra procesar las otras proteínas sintetizadas a partir de la información contenida en el genoma viral. Hay otros tipos de virus que también tienen esta característica, la innovación en este estudio es entender cómo sucede todo esto ”, informa Godoy.
Los investigadores explican que, al ser un virus de ARN, el Sars-CoV-2 llega a la célula listo para ser transcrito por el orgánulo llamado ribosoma, produciendo así proteínas no estructurales.
Sin embargo, dado que tiene una sola hebra de ARN, primero es necesario decodificar todas las proteínas no estructurales (y estructurales) innumerables veces. Para ello, las produce como una proteína larga y única (poliproteína), que luego necesita ser degradada, formando las 16 moléculas responsables de los mecanismos metabólicos.
“Debido a que es una estructura mucho más simple, el ARN del virus codifica todas las proteínas juntas, pegadas entre sí, como si fuera una larga cadena de cuentas. Se producen en los ribosomas de la célula invadida en forma de una poliproteína larga, que debe cortarse en pedazos. Sin embargo, hay un problema: quién corta las proteínas es la proteasa principal, que también se encuentra en este ‘collar de cuentas’. Por tanto, necesita encontrar la forma de cortarse y, en base a eso, seguir dividiendo a los demás ”, explica Oliva.
Los análisis con el haz de luz de sincrotrón, un tipo de radiación electromagnética extremadamente brillante y muy utilizada en estudios de biología estructural, permitieron a los investigadores identificar cómo la proteasa principal lleva a cabo este proceso. El trabajo reveló que, al escindir sus dos extremos, la proteasa principal modifica su estructura.
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Además, demostramos que, para procesar uno de los extremos [denominada C-terminal], la enzima necesita un socio dímero, es decir, una proteína igual que pueda escindir el frente. Se las arregla para romper un extremo por sí solo, pero no el otro. ya el socio [a outra proteína madura] se vinculará a esta parte y luego dividirá lo que falta ”, dice Godoy.
El proceso de maduración de la proteasa principal, explica el investigador, le permite salir de una etapa en la que forma parte de una larga cadena de proteínas, para poder autoescindirse en el extremo N-terminal, para encontrar otra cadena dentro de la célula. , para formar un dímero y procesar la porción C-terminal, formando finalmente su estructura madura y activa.
Luz al final del túnel
Según el coordinador de CIBFar, la farmacéutica Pfizer está realizando ensayos clínicos con un fármaco que puede bloquear la proteasa principal, pero en su fase madura. La compañía farmacéutica Merck también tiene un estudio clínico con una molécula que bloquea otra proteína no estructural, llamada polimerasa, responsable de sintetizar copias de ARN viral.
Oliva señala que todos los medicamentos antivirales funcionan mediante la activación de un receptor. “El mundo entero está buscando fármacos candidatos que se ajusten a la proteasa, sin embargo, observando la estructura de la enzima madura ya preparada. Lo que hemos demostrado es que existen variaciones de las etapas anteriores de esta proteasa que pueden ser objetivos más interesantes para el desarrollo de fármacos. Es como cortar la hierba antes de que crezca”, Concluye.
(Este texto fue publicado originalmente en la Agencia FAPESP)
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