El SARS-CoV-2 lanza un ataque múltiple contra la síntesis de proteínas de la célula huésped, encuentra un estudio

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Un nuevo estudio interesante arroja una gran cantidad de luz sobre cómo el virus del síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2) cumple su misión de infectar y replicarse dentro de las células del huésped mientras evade la respuesta inmune del huésped. El estudio, publicado como preimpresión en el bioRxiv* servidor en noviembre de 2020, muestra cómo el virus no solo suprime la traducción de proteínas celulares sino que aumenta la tasa de degradación de los ácidos ribonucleicos mensajeros celulares (ARNm) que defienden al huésped contra el virus.

Nuevo coronavirus SARS-CoV-2 Micrografía electrónica de barrido coloreada de una célula apoptótica (azul) infectada con partículas del virus SARS-COV-2 (rojo), aislada de una muestra de un paciente.  Imagen capturada en la Instalación de Investigación Integrada (IRF) del NIAID en Fort Detrick, Maryland.  Crédito de la imagen: NIAID / Flickr

Nuevo coronavirus SARS-CoV-2 Micrografía electrónica de barrido coloreada de una célula apoptótica (azul) infectada con partículas del virus SARS-COV-2 (rojo), aislada de una muestra de un paciente. Imagen capturada en la Instalación de Investigación Integrada (IRF) del NIAID en Fort Detrick, Maryland. Crédito de la imagen: NIAID / Flickr

El virus tiene un genoma de ácido ribonucleico (ARN) monocatenario de aproximadamente 30 kb, que codifica dos poliproteínas en dos marcos de lectura abiertos, ORF1ab. Estos se traducen en péptidos que finalmente se escinden en 16 proteínas virales funcionales. Estas son las proteínas no estructurales (nsps) como la ARN polimerasa dependiente de ARN (RdRp), que media la transcripción del ARN subgenómico en la misma secuencia líder 5 ‘pero diferentes segmentos del extremo 3’ del genoma del ARN viral.

Estos diferentes segmentos de ARN subgenómico codifican las proteínas virales estructurales como las proteínas espiga (S) y nucleocápside (N), así como proteínas accesorias. Tales proteínas pueden traducirse del ARN subgenómico solo por el propio aparato de traducción de la célula, que es secuestrado por el virus para sus propios fines. El virus simultáneamente mantiene a raya la respuesta inmune del huésped.

En primer lugar, la célula infectada utiliza la vía del interferón (IFN). La célula infectada detecta la presencia de transcripciones de ARN viral y responde promoviendo la entrada de factores de transcripción en el núcleo para inducir la producción de IFN de tipo I. Estos se unen a sus receptores en la misma y otras células para aumentar la fuerza de la señal, lo que provoca la secreción de cientos de genes estimulados por IFN (ISG) que dificultan la replicación viral en diferentes puntos.

Se cree que los IFN son muy importantes en el proceso de la enfermedad que sigue a la infección por SARS-CoV-2. El estudio actual tuvo como objetivo producir una imagen de cómo el virus interfiere con la traducción de la célula huésped, utilizando la secuenciación de ARN y el perfil ribosómico para monitorear la producción de ARN (transcripción) y la síntesis de proteínas (traducción) simultáneamente. El experimento se llevó a cabo por duplicado para asegurar que los resultados fueran reproducibles.

Inhibición global de la traducción de proteínas

El SARS-CoV-2 es único en el grado de inhibición de la señalización de IFN. Esto ocurre al interrumpir la síntesis de proteínas del huésped, principalmente por el virus nsp1. Esto evita la traducción al unirse al ribosoma 40S, cerrando el canal de entrada del ARNm de los ribosomas. Dado que hay menos ribosomas disponibles para la traducción, hay una reducción global en la síntesis de proteínas.

A las 3 horas siguientes a la infección, el ARNm viral se tradujo con el mismo tipo de eficacia que el ARNm del huésped (eficacia de traducción similar, TE). A las 8 horas posteriores a la infección, el TE se desplazó significativamente para inhibir las transcripciones virales. Esta eficiencia de traducción reducida quizás se deba a que algunos ARNm virales no están disponibles para la traducción, ya que están encerrados en los compartimentos de doble membrana dentro de los cuales se produce la replicación.

Esta reducción en TE se centró en los ORF en el extremo 3 ‘pero no en los del medio, mientras que los del extremo 5’ tuvieron un aumento en su TE en relación con los demás. Siendo la UTR 5 ‘la misma para todos estos ORF, esto puede deberse a una longitud diferente de las transcripciones virales o alguna función de la UTR 3’.

Usando un indicador para medir los niveles de síntesis de proteínas nacientes, los investigadores encontraron que, en general, la traducción ya se había reducido a las 3 horas posteriores a la infección, disminuyendo aún más con el tiempo hasta que solo fue un 50% normal. Sin embargo, el ARN total permaneció sin cambios, al igual que el ARN ribosómico (ARNr).

A las 8 horas posteriores a la infección, la cantidad de ARNm celular y viral (que indica la transcripción) excedió a la del ARNr (que indica la traducción), debido a la alta transcripción viral. Al mismo tiempo, el ARNm celular se redujo a la mitad. Algunos ARNm celulares, sin embargo, se encontraban en niveles más altos, incluidos los relacionados con la respuesta inmune como la señalización de TLR, quimiocinas y citocinas como IL6 e IL8, así como varios ISG.

La traducción de las transcripciones inducidas se altera durante la infección.  (A) Mapa de calor que presenta TE relativo, ARNm y huellas (FP) de genes humanos que mostraron los cambios más significativos en su TE relativo a lo largo de la infección por SARS-CoV-2.  Se muestran las relaciones de expresión relativas después de dividir la agrupación en función de los cambios en los valores de TE relativos.  (B) Gráfico de dispersión que presenta los niveles de transcripción celular en células no infectadas en comparación con 8hpi.  Los genes se colorean según el cambio relativo en su TE entre no infectado y 8hpi.  Las citocinas centrales y los genes estimulados por IFN están marcados.  (C) Un modelo de cómo el SARS-CoV-2 suprime la expresión génica del huésped mediante un enfoque de múltiples frentes: 1. Reducción de la traducción global;  2. Degradación de los ARNm celulares citosólicos;  3. Inhibición de la traducción específica de ARNm celulares recién sintetizados.

La traducción de las transcripciones inducidas se altera durante la infección. (A) Mapa de calor que presenta TE relativo, ARNm y huellas (FP) de genes humanos que mostraron los cambios más significativos en su TE relativo a lo largo de la infección por SARS-CoV-2. Se muestran las relaciones de expresión relativas después de dividir la agrupación en función de los cambios en los valores de TE relativos. (B) Gráfico de dispersión que presenta los niveles de transcripción celular en células no infectadas en comparación con 8hpi. Los genes se colorean según el cambio relativo en su TE entre no infectado y 8hpi. Las citocinas centrales y los genes estimulados por IFN están marcados. (C) Un modelo de cómo el SARS-CoV-2 suprime la expresión génica del huésped mediante un enfoque de múltiples frentes: 1. Reducción de la traducción global; 2. Degradación de los ARNm celulares citosólicos; 3. Inhibición de la traducción específica de ARNm celulares recién sintetizados.

Por lo tanto, la síntesis de proteínas del huésped fue interrumpida por una “reducción general de la capacidad de traducción de las células infectadas y una reducción de los niveles de la mayoría de los ARNm celulares”.

Degradación de las transcripciones celulares citosólicas.

Las transcripciones celulares que se redujeron fueron en su mayoría citosólicas, en lugar de nucleares, especialmente las que se traducen. Las transcripciones mitocondriales también se salvaron relativamente. Los científicos observaron que la nsp1 viral no solo interrumpe la traducción de la célula huésped a gran escala, sino que acelera la degradación de los ARNm celulares. También encontraron que este aumento de la rotación de las transcripciones celulares maduras hace que las lecturas exónicas se reduzcan a un ritmo mayor en relación con las lecturas intrónicas.

El ARN viral transcrito de su genoma resiste esta ruptura, probablemente protegido por sus regiones 5 ‘UTR. Este hallazgo es importante, ya que estudios previos mostraron que el 5 ‘UTR viral ayudó a que los ARNm virales se traduzcan de manera más eficiente al evadir la inhibición global de la traducción. Los experimentos actuales mostraron que el aumento de los ARNm virales no se debió a la traducción preferencial del ARN viral en las células infectadas, sino a la refractariedad mediada por 5’-UTR de estos ARNm a la degradación inducida por nsp1.

El contenido total de ARNm estaba compuesto por aproximadamente un 90% de ARN viral y solo un 10% de ARNm celular. Sin embargo, a nivel ribosómico, solo un tercio del ARN unido a estos orgánulos (lo que indica una traducción activa a proteínas) comprendía ARNm viral. El efecto es que los productos de traducción viral se vuelven dominantes en el conjunto de ARNm dentro de la célula.

Inhibición de la traducción específica de ARNm recién transcritos

Finalmente, el virus inhibe preferentemente la traducción de genes inducidos por la infección, incluidos los relacionados con la inmunidad innata. Por lo tanto, a pesar del aumento de ARN, su incapacidad para lograr un aumento en la traducción puede explicar cómo falla la respuesta de IFN.

Los investigadores concluyeron que el virus ejerce “dominio sin precedentes”Sobre el tipo de transcripción y traducción que se produce tras la infección de una célula huésped. Dicen: “La interrupción de la producción de proteínas celulares utilizando estos tres componentes puede representar un mecanismo de múltiples frentes que actúa sinérgicamente para suprimir la respuesta antiviral del huésped”.

Otros factores como ORF6, que interrumpe el transporte de moléculas desde el núcleo al citosol, también pueden ayudar a suprimir los genes de respuesta antiviral, que, aunque se transcriben a niveles más altos en el núcleo, no pueden inducir una respuesta antiviral eficiente sin ser exportados al citosol. .

*Noticia importante

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no son revisados ​​por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica / comportamiento relacionado con la salud o tratarse como información establecida.

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