Saúde

Como SARS-CoV-2 desativa o sistema de alarme celular humano
Igualmente importante para o tratamento dos sintomas é entender o que o coronavírus que causa o COVID-19, o SARS-CoV-2, está fazendo dentro das células humanas para deixar as pessoas tão doentes.
Por Lori Dajose - 11/10/2020


Um gráfico da produção de proteína celular saudável (coluna da esquerda), em comparação com como o SARS-CoV-2 interrompe esses processos (coluna da direita). O vírus interrompe os processos de splicing, tradução e tráfego de proteínas para evitar que a célula peça ajuda durante uma infecção. Crédito: Inna-Marie Strazhnik / Caltech

Como o mundo está há mais de meio ano na pandemia de COVID-19, médicos e pesquisadores têm uma ideia bastante boa de como são os principais sintomas da doença: tosse, febre, falta de ar e fadiga, entre outros. Mas igualmente importante para o tratamento dos sintomas é entender o que o coronavírus que causa o COVID-19, o SARS-CoV-2, está fazendo dentro das células humanas para deixar as pessoas tão doentes.

Como todos os vírus, o SARS-CoV-2 invade uma célula e sequestra seus recursos e máquinas para criar mais vírus. Falando evolutivamente, os vírus bem-sucedidos são aqueles que podem efetivamente escapar das defesas de uma célula, mas evitam matar a célula imediatamente (afinal, o vírus precisa da célula para permanecer viva para poder se reproduzir).

As células humanas (e, mais amplamente, as células de mamíferos) têm mecanismos de defesa embutidos para lidar com infecções virais. A presença de material genético viral em uma célula desencadeia uma cascata de eventos que levam à produção e secreção de um grupo de proteínas chamado interferon, que tentará interromper a infecção e notificar as células vizinhas da ameaça. Os pesquisadores descobriram que os pacientes com sintomas graves de COVID-19 também apresentam baixos níveis de resposta do interferon, sugerindo que a resposta do interferon é crucial para combater o vírus. Como o vírus suprime esses mecanismos normais de defesa?

Uma equipe liderada por pesquisadores do Caltech já identificou os mecanismos pelos quais o vírus SARS-CoV-2 incapacita as células humanas, essencialmente desativando o sistema de alarme da célula para que ela não possa pedir ajuda ou alertar as células próximas sobre a infecção. A compreensão de como o vírus causa disfunções no nível celular fornece novos insights sobre como combatê-los.

A pesquisa foi conduzida principalmente no laboratório de Mitchell Guttman , professor de biologia e pesquisador do Heritage Medical Research Institute. Um artigo que descreve a pesquisa aparece online antes da publicação na revista Cell .

O vírus SARS-CoV-2 produz cerca de 30 proteínas virais. Nesta nova pesquisa, o laboratório Guttman examinou cada um deles e mapeou como eles interagem com os componentes moleculares dentro das células humanas cultivadas em uma placa de laboratório. Eles descobriram que as proteínas SARS-CoV-2 atacam três processos celulares críticos para interromper a produção de proteína humana.

"Os vírus são incríveis", diz Emily Bruce, cientista da Universidade de Vermont e co-autora do artigo. "Os vírus e as células hospedeiras estão continuamente em uma corrida armamentista evolutiva para enganar uns aos outros. O SARS-CoV-2 desenvolveu maneiras intrincadas e específicas de desativar as células sem matá-las imediatamente, de modo que o vírus ainda possa usar a célula para seus próprios fins. "

Primeiro, alguns antecedentes básicos da biologia celular: O núcleo da célula abriga seu material genético, escrito como DNA. Esse assim chamado genoma pode ser considerado um manual de instruções abrangente, com "capítulos" que podem ser intitulados "Como enviar um sinal" ou "O que fazer em caso de infecção viral", por exemplo. O resto da célula contém o mecanismo que cria as proteínas (como o interferon) que executam essas instruções.

O processo para transformar as instruções do DNA em proteínas úteis é chamado de "dogma central" da biologia. A primeira etapa é a transcrição, por meio da qual um pedaço de DNA no núcleo da célula é lido e copiado em uma forma (uma molécula chamada mRNA) que pode deixar o núcleo e viajar para o resto da célula. Antes de exportar para fora do núcleo, o mRNA é freqüentemente remontado e "amadurecido" em um processo denominado splicing (linha superior) .

Depois que o mRNA é exportado para fora do núcleo, uma peça da maquinaria celular chamada ribossomo se liga ao mRNA maduro, lê-o e constrói a proteína correspondente por meio de um processo denominado tradução (linha do meio) .

Algumas dessas proteínas são projetadas para se mover para fora da célula de origem para transmitir mensagens a outras células, por exemplo, para alertar sobre a presença de uma infecção viral. Nessa situação, outra peça do mecanismo celular chamada partícula de reconhecimento de sinal entra em ação; ele funciona como uma espécie de sistema de transporte que ajuda as proteínas a se moverem de dentro para fora de uma célula. Isso é conhecido como tráfego de proteínas (linha inferior) .

O laboratório Guttman descobriu que as proteínas SARS-CoV-2 interferem em todo esse processo em vários estágios. Algumas das proteínas do vírus impedem que o mRNA seja totalmente processado e devidamente montado. Outros obstruem o ribossomo de modo que não possa formar novas proteínas. Ainda outras proteínas SARS-CoV-2 interferem com a partícula de reconhecimento de sinal e bloqueiam o transporte da proteína.

A proteína que conecta o ribossomo é chamada de NSP1. Surpreendentemente, a equipe descobriu que o NSP1 bloqueia o mRNA humano de entrar no ribossomo, mas permite que o mRNA viral passe bem. O mRNA viral contém uma assinatura genética no início de cada um de seus mRNAs que atua como um código de acesso que efetivamente sequestra o ribossomo para produzir proteínas virais, mas não proteínas humanas. Como a produção viral depende dessa assinatura, ela pode representar um alvo potente para o desenvolvimento terapêutico antiviral.

"Cada um dos processos que o SARS-CoV-2 interrompe - splicing, tradução e tráfico de proteínas - é muito importante para converter o material genético humano em proteínas e são essenciais para a biologia humana", diz Guttman. "Na verdade, a descoberta de cada um desses processos separadamente levou à concessão do Prêmio Nobel. Essas máquinas são essenciais para a vida. Não podemos existir sem elas. O SARS-CoV-2 evoluiu de maneiras muito específicas para desativá-las máquinas celulares e interromper suas funções. "

"Nosso estudo ilustra a importância da pesquisa científica básica e estabelece um canal para lidar com novos vírus de RNA emergentes no futuro", disse o co-primeiro autor Abhik Banerjee, um estudante de graduação no laboratório Guttman. "Além disso, ilustra a atmosfera colaborativa da ciência no Caltech e em outros lugares da comunidade científica no seu melhor. Aqui no Caltech, temos acesso a líderes em várias áreas fundamentais da biologia, incluindo a professora Rebecca Voorhees (coautora no manuscrito publicado ), Bil Clemons e Shu-ou Shan em biologia estrutural, todos dispostos a discutir as ramificações de nossos dados e fornecer experiência nesta área relativamente nova para nós. "

Mario Blanco, um cientista pesquisador do laboratório Guttman, concorda.

"Nossa capacidade de interrogar os alvos de RNA humano das proteínas SARS-CoV-2 nos permitiu identificar esses mecanismos sem evidência prévia", diz ele. "Os métodos e práticas que desenvolvemos aqui nos permitirão aplicar esses mesmos processos a doenças emergentes e até mesmo aos vírus existentes, onde não temos um conhecimento profundo do mecanismo."

O artigo é intitulado "SARS-CoV-2 interrompe o splicing, tradução e tráfico de proteínas para suprimir as defesas do hospedeiro."

O estudante de graduação Abhik Banerjee, o cientista pesquisador Mario Blanco e a cientista Emily Bruce são os co-autores do estudo. O estudante de graduação Drew Honson, o estudante de graduação Linlin Chen e a cientista pesquisadora sênior Amy Chow são co-autores. Outros co-autores são o estudante de graduação Prashant Bhat, o bolsista de pós-doutorado Noah Ollikainen, a ex-estudante de graduação do laboratório Guttman Sofia Quinodoz (PhD '20), Colin Loney do Centro de Pesquisa de Vírus da MRC-University of Glasgow, assistente técnico de pesquisa da Caltech Jasmine Thai, Zachary Miller da University of Vermont College of Medicine, Aaron Lin do Broad Institute of MIT e Harvard, Madaline Schmidt da University of Vermont, Douglas Stewart do MRC-University of Glasgow Center for Virus Research,

O financiamento foi fornecido pelo National Institutes of Health, o programa USC MD / PhD, UCLA-Caltech MSTP, a American Cancer Society, o Wellcome Trust, o Gabinete do Vice-Presidente de Pesquisa da UVM, o Heritage Medical Research Institute, o New York Stem Cell Foundation, a Chan-Zuckerberg Initiative e Caltech

 

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