Uma segunda via para as células para o SARS-CoV-2

Novo entendimento da proteína neuropilina-1 pode acelerar a pesquisa de vacinas

y Rajesh Khanna e Aubin Moutal

Quando se trata de como o coronavírus invade uma célula, leva três para o tango. A dança começou com o receptor ACE2, uma proteína em células humanas que permite sars-CoV-2, o vírus que causa COVID-19, entrar e infectar a célula. Mas agora entra um novo parceiro de dança – outra proteína – que está presente nas células humanas. Este tango de três proteínas – duas humanas e uma viral – aumenta a capacidade do SARS-CoV-2 de entrar em células humanas, replicar e causar doenças

O COVID-19 tem prejudicado os sistemas de saúde e as economias em todo o mundo. Esforços extraordinários estão em andamento para desenvolver vacinas e outras terapias para combater esse vírus. Mas para esses esforços para ter sucesso, entender como o vírus entra nas células é fundamental. Para isso, em dois artigos publicados na Science,duasequipes descobriram de forma independente que uma proteína chamada receptor neuropilin-1 é uma porta alternativa para o SARS-CoV-2 entrar e infectar células humanas. Este é um grande avanço e uma surpresa, porque os cientistas pensaram que a neuropilina-1 desempenhou papéis em ajudar os neurônios a fazer as conexões corretas e ajudar o crescimento dos vasos sanguíneos. Antes desta nova pesquisa, ninguém suspeitava que a neuropilina-1 poderia ser uma porta para sars-cov-2 entrar no sistema nervoso.

Meus colegas e eu ficamos particularmente intrigados com esses relatórios porque como neurocientistas que estudam como os sinais de dor são acionados e transmitidos para o cérebro, também estávamos sondando a atividade da neuropilina-1. Em um artigo recente, nossa equipe mostrou como a neuropilina-1 está envolvida com sinais de dor e como, quando o vírus SARS-CoV-2 se conecta a ele, bloqueia a transmissão da dor e alivia a dor. O novo trabalho mostra que a neuropilina-1 é uma porta independente para o vírus COVID-19 infectar células. Essa descoberta fornece insights que podem revelar maneiras de bloquear o vírus.

Neuropilin-1 ajuda SARS-CoV-2 a entrar

UNIVERSIDADE DE BRISTOL, CC BY-ND

Nesta imagem, a caixa representa uma chamada humana e o objeto verde é SARS-CoV-2. A proteína Spike no vírus COVID-19 se liga ao receptor de proteína ACE2 (rosa) e infecta células humanas.

UNIVERSIDADE DE BRISTOL, CC BY-ND

A proteína Spike no vírus COVID-19 se liga tanto às proteínas preceptoras ACE2 (rosa) quanto à neuropilina-1 (amarela), que estão presentes na mesma célula humana.

UNIVERSIDADE DE BRISTOL, CC BY-ND

Quando a proteína Spike no vírus COVID-19 (verde) se liga tanto às proteínas ACE2 (rosa) quanto à neuropilina-1 (amarela) na mesma célula humana, o vírus é capaz de infectar muito mais células.

Uma proteína chamada Spike que fica na superfície externa do SARS-CoV-2 permite que este vírus se conecte a receptores proteicos de células humanas. Reconhecendo que um pequeno pedaço de Spike era semelhante a regiões de sequências de proteínas humanas conhecidas por se ligar a receptores de neuropilina,ambas as equipes de pesquisa perceberam que a neuropilina-1 pode ser fundamental para infectar células.

Usando uma técnica chamada cristalografia de raios-X,que permite aos pesquisadores ver a estrutura tridimensional da proteína Spike em uma resolução de átomos individuais, bem como outras abordagens bioquímicas, James L. Daly da Universidade de Bristol e colegas mostraram que esta pequena sequência de Spike ligada à neuropilina-1.

Em experimentos no laboratório, o vírus SARS-CoV-2 foi capaz de infectar menos células humanas que não tinham neuropilina-1.

Em células com proteínas ACE2 e neuropilina-1, a infecção pelo SARS-CoV-2 foi maior em comparação com as células apenas com "porta".

Daly e colegas mostraram que o SARS-CoV-2 foi capaz de infectar menos células se eles usaram uma pequena molécula chamada EG00229 ou anticorpos para bloquear o acesso da proteína Spike à neuropilina-1.

Receptor neuropilin-1 ajuda vírus a infectar células

Usando métodos semelhantes, uma equipe liderada por pesquisadores alemães e finlandeses chegou às mesmas conclusões do primeiro estudo. Especificamente, esta equipe mostrou que a neuropilina-1 era fundamental para o vírus SARS-CoV-2 entrar e infectar células.

Usando um anticorpo para bloquear uma região da proteína receptora neuropilina-1, os pesquisadores mostraram que o SARS-CoV-2 colhido de pacientes COVID-19 não poderia infectar células.

Em outro experimento, Ludovico Cantuti-Castelvetri da Universidade Técnica de Munique e colegas anexaram partículas de prata a proteínas de Spike sintéticas feitas em laboratório e descobriram que essas partículas eram capazes de entrar em células que carregavam neuropilina-1 em suas superfícies. Quando fizeram os mesmos experimentos em camundongos vivos, descobriram que as partículas de prata entraram nas células que revestem o nariz. Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que a proteína Spike também poderia entrar em neurônios e vasos sanguíneos dentro do cérebro.

Usando tecidos de autópsias humanas, Cantuti-Castelvetri e colegas observaram que a neuropilina-1 estava presente nas células que revestem as passagens respiratórias e nasais humanas, enquanto a proteína ACE2 não estava. Isso demonstra que a neuropilina-1 fornece uma porta independente para o vírus COVID-19 infectar as células.

A UNIVERSIDADE DE BRISTOL.

Isso mostra como a neuropilina-1 permite que o SARS-CoV-2 infecte as células.

Além disso, as células que revestem as passagens nasais de pacientes COVID-19 que deram positivo para neuropilina-1 também foram positivas para a proteína Spike. Esses achados confirmaram que Spike usa a proteína neuropilina-1 para infectar células humanas em regiões do corpo onde ace2 não está presente.

Neuropilina-1 pode bloquear vírus, câncer e dor

Em uma descoberta surpreendente recentemente relatada pelo nosso laboratório,descobrimos que a proteína SARS-CoV-2 Spike tem um efeito de alívio da dor. Ainda mais surpreendente foi a constatação de que essa analgesia envolvia o receptor neuropilina 1.

Demonstramos que Spike impediu que uma proteína se ligasse à neuropilina-1, que bloqueava sinais de dor e trazia alívio da dor. Isso porque quando essa proteína, chamada Fator de Crescimento Endotelial Vascular A (VEGF-A) – que é produzida por muitas células do corpo – se liga à neuropilina-1 em circunstâncias normais, inicia o processo de sinalização da dor por neurônios excitantes que transmitem mensagens de dor.

Assim, o vírus nos revelou um novo alvo potencial – o receptor de neuropilina-1 – para o gerenciamento da dor crônica. Agora, se pudermos decifrar como a neuropilina-1 contribui para a sinalização da dor, então somos capazes de direcioná-la para projetar maneiras de bloquear a dor.

Em nosso laboratório, agora estamos aproveitando como Spike engaja neuropilina-1 para projetar novos inibidores da dor. Neste relatório sobre o servidor de pré-impressão BioRxiv, identificamos uma série de novos compostos que se ligam à neuropilina-1 de uma maneira que imita Spike. Essas moléculas têm o potencial de interferir na função neuropilina-1, incluindo a entrada do vírus SARS-CoV-2, e bloquear sinais de dor e até mesmo o crescimento do câncer.

DR. SAMANTHA PEREZ-MILLER, CC BY-ND

A proteína do pico do vírus bloqueia o fator de crescimento endotelial vascular humano -A - VEGF-A (verde) - de interagir com a neuropilina-1 nas células humanas, bloqueando assim os sinais de dor.

Mais parceiros de dança por vir

Os estudos de Daly e colegas e Cantuti-Castelvetri e colegas mudam nosso foco coletivo para a neuropilina-1 como um potencial novo alvo para as terapias COVID-19.

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Esses estudos também têm implicações para o desenvolvimento de vacinas contra a proteína Spike. Talvez a implicação mais importante seja que a região de ligação neuropilina-1 de Spike deve ser alvo de prevenção COVID-19. Como uma série de outros vírus humanos, incluindo ebola, HIV-1 e cepas altamente virulentas de influenza aviária, também compartilham esta sequência de assinatura de Spike, a neuropilina-1 pode ser um mediador promíscuo da entrada viral.

Mas parece que o tango ainda não acabou. Mais parceiros de dança surgiram. PIKFyve quinase e CD147 – duas proteínas – também foram mostrados para ligar Spike e facilitar a entrada viral. Resta saber se esses novos parceiros tomam o centro do palco ou jogam segundo violino para ACE2 e neuropilin-1.

Este artigo é republicado a partir de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.