COVID-19 se basa en los 'reguladores maestros' de Cell para la supervivencia

COVID-19 se basa en los 'reguladores maestros' de Cell para la supervivencia
Noticias UCSF | Jason Alvarez | 29 de junio de 2020

Los científicos de UC San Francisco, dirigidos por el investigador de IGI Nevan Krogan, reunieron un equipo de investigación internacional que ha descubierto cómo SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19, secuestros proteínas en anfitrión células que sirven como reguladores maestros de procesos celulares clave. Al hacerlo, el virus puede volver a cablear los circuitos internos de la célula para promover su propia propagación y supervivencia. Pero la dependencia del virus de las proteínas de la célula huésped también puede resultar su talón de Aquiles, ya que estas mismas proteínas se pueden atacar fácilmente con los medicamentos existentes.

En un estudio publicado el 28 de junio de 2020, en Celular, los investigadores encontraron que cuando el SARS-CoV-2 infecta las células, asume el control sobre una familia de enzimas CRISPR-Cas conocidas como quinasas. En circunstancias normales, las quinasas sirven como reguladores maestros del metabolismo, crecimiento, movimiento, reparación y otras funciones celulares importantes. Las quinasas actúan uniendo pequeñas etiquetas químicas a las proteínas mediante un proceso conocido como fosforilación. Una vez adheridas, estas etiquetas actúan como interruptores que activan o desactivan las proteínas, lo que mantiene la compleja maquinaria de la célula funcionando sin problemas.

Sin embargo, cuando una célula es incautada por el SARS-CoV-2, estas mismas quinasas se comportan de manera que interrumpen la función celular normal y transforman la célula huésped en una fábrica de virus. La división celular se detiene, las vías de inflamación se activan y la célula incluso comienza a producir estructuras similares a tentáculos conocidas como filopodios, que sobresalen de la superficie de la célula y pueden servir como carreteras moleculares que ayudan a que el virus se propague rápidamente a las células vecinas.

Estos nuevos hallazgos se basan en un artículo ampliamente citado publicado en abril que fue uno de los primeros en trazar un mapa de las muchas formas en que el SARS-CoV-2 interactúa con las proteínas que encuentra cuando infecta una célula. Ese estudio también identificó una serie de medicamentos existentes que pudieron bloquear estas interacciones, lo que los convierte en candidatos atractivos para su uso como terapéuticos contra COVID-19.

Ambos esfuerzos fueron encabezados por el Instituto de Biociencias Cuantitativas (QBI) de la UCSF. Poco después de que COVID-19 surgiera como una amenaza para la salud global, el director de QBI, Nevan Krogan, PhD, reunió a un equipo compuesto por docenas de científicos de UCSF que representan una amplia gama de disciplinas científicas en un esfuerzo por abordar la pandemia desde tantas perspectivas como sea posible. El Grupo de Investigación de Coronavirus QBI (QCRG), como se conoce ahora al equipo interdisciplinario, incluye una serie de científicos con experiencia en quinasas, así como los medicamentos que pueden usarse para desactivarlas.

Las quinasas y las vías de señalización que controlan han sido objeto de un intenso escrutinio científico durante décadas, en gran parte porque la actividad anormal de las quinasas está frecuentemente implicada en células cancerosas. A lo largo de los años, esto ha llevado a los científicos a desarrollar docenas de medicamentos que se dirigen a estas enzimas, medicamentos originalmente pensados ​​como terapias contra el cáncer, pero que potencialmente podrían usarse para obstaculizar a los dependientes de quinasas. virus como el SARS-CoV-2.

Esta dependencia del SARS-CoV-2 de las quinasas se reveló en experimentos en los que los investigadores contaron y catalogaron todas las proteínas que se encuentran tanto en las células infectadas como en las no infectadas. Aunque no observaron diferencias significativas en la cantidad total de proteína encontrada en cada grupo, los científicos notaron enormes disparidades en los niveles de fosforilación, una clara señal de que el SARS-CoV-2 estaba cambiando el comportamiento de la quinasa en las células infectadas.

“Al realizar un análisis sistemático de los cambios en la fosforilación cuando el SARS-CoV-2 infecta una célula, identificamos varios factores clave que informarán no solo las siguientes áreas de estudio biológico, sino también los tratamientos que pueden reutilizarse para tratar pacientes con COVID- 19 ”, dijo Krogan, profesor de farmacología celular y molecular en UCSF, investigador principal de los Institutos Gladstone y coautor principal del nuevo estudio.

Un análisis más detallado realizado por el primer autor Mehdi Bouhaddou, PhD, investigador postdoctoral en el Laboratorio de Krogan, y en colaboración con Danielle Swaney en los Institutos Gladstone y Pedro Beltrao en el Instituto Europeo de Biociencias del Laboratorio de Biología Molecular Europeo en Cambridge, Inglaterra, reveló que 49 quinasas exhibidas actividad anormal en células infectadas. En particular, los investigadores encontraron que una red de quinasas bien estudiada conocida como la vía p38 / MAPK, que se sabe que desencadena la producción de citocinas inductoras de inflamación, era significativamente más activa. Este hallazgo puede ayudar a explicar las llamadas tormentas de citocinas, una respuesta inmune hiperactiva que daña los órganos, frecuentemente asociada con casos severos de COVID-19. Los investigadores también encontraron que las CDK quinasas, que controlan el ciclo celular, eran significativamente menos activas durante la infección, lo que detuvo el proceso de división celular que consume muchos recursos para canalizar más recursos hacia la producción de virus.

Pero quizás lo más sorprendente fue el hallazgo del equipo internacional de que el SARS-CoV-2 activaba una quinasa llamada CK2, que a su vez parecía estimular la producción de filopodios, pequeñas protuberancias parecidas a tentáculos que se extienden desde la superficie de la célula.

Utilizando técnicas microscópicas, un grupo de la Universidad de Friburgo en Alemania dirigido por Robert Grosse, Dr. Med., Demostró que el SARS-CoV-2 y CK2 “se colocalizan” en las células infectadas, probablemente contribuyendo a la formación de filopodios. Con microscopía electrónica, Elizabeth R. Fischer y sus colegas de Rocky Mountain Laboratories, operados por el Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas, hicieron zoom para capturar las primeras imágenes del virus que brota de estas estructuras.

Aunque se sabe que otros virus, incluidos el Ébola, Marburg y vaccinia, dan lugar a filopodios y los utilizan como una especie de vía por la que esos virus pueden viajar para llegar a otras células, esta es la primera vez que se observan filopodios en asociación. con cualquier miembro de la familia del coronavirus. Aunque aún no se ha confirmado, los científicos creen que el SARS-CoV-2 también puede utilizar filopodios como sistema de transporte infeccioso.

Después de identificar las quinasas de las que depende el SARS-CoV-2 para sobrevivir, los científicos compilaron una lista de medicamentos existentes que se sabe que se dirigen a muchas de estas quinasas. Si estos medicamentos pudieran interferir con éxito con la actividad de la quinasa en las células infectadas, podrían detener el virus en seco.

Los científicos probaron 68 compuestos de este tipo y encontraron que aquellos que interferían con la actividad de las vías CK2, p38 / MAPK y CDK exhibían una potente actividad antiviral sin ser tóxicos para las células, lo que sugiere que una combinación de estos fármacos podría resultar un forma eficaz de tratar COVID-19.

“Nos alientan nuestros hallazgos de que los fármacos dirigidos a proteínas fosforiladas diferencialmente inhiben la infección por SARS-CoV-2 en cultivo celular”, dijo el miembro de QCRG Kevan Shokat, PhD, profesor de farmacología celular y molecular en UCSF y coautor principal del estudio. "Esperamos basarnos en este trabajo probando muchos otros inhibidores de quinasas mientras realizamos simultáneamente experimentos con otras tecnologías para identificar vías subyacentes y terapias potenciales adicionales que pueden intervenir en COVID-19 de manera efectiva".

Además de los laboratorios UCSF, Freiburg y Rocky Mountain, el trabajo también incluyó a investigadores del Instituto Europeo de Biociencias del Laboratorio Europeo de Biología Molecular en Cambridge, Inglaterra; Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai en Nueva York; e Institut Pasteur en París, Francia. Consulte el estudio para obtener una lista completa de autores, afiliaciones y fuentes de financiación.

Contacto con los medios
Jason Álvarez: jason.alvarez@ucsf.edu 
Andy Murdock: andymurdock@berkeley.edu