Los investigadores señalan las regiones de proteína de pico como objetivos para las vacunas COVID-19 pasivas y activas


Investigadores en Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford han identificado regiones del nuevo síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2) que tienen relativamente pocas mutaciones y, por lo tanto, podrían servir como objetivos importantes para los agentes profilácticos contra la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19).

Los fármacos que se dirigen a estas regiones “menos variables” tienen más probabilidades de ser eficaces contra futuras variantes del SARS-CoV-2 porque permanecen sin cambios o “conservados” a medida que el virus muta y evoluciona.

Daria Mochly-Rosen y sus colegas identificaron las regiones utilizando una base de datos de casi 190.000 secuencias de virus individuales aisladas de pacientes de todo el mundo, lo que refleja la evolución natural del virus.

El equipo se centró en los datos para el viral proteína de pico – la estructura principal que utiliza el virus para acceder a las células huésped. El dominio de unión al receptor (RBD) de la proteína de pico se une al receptor humano de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) como paso inicial en el proceso de infección.

Actualmente, gran parte del esfuerzo para desarrollar agentes profilácticos como tratamientos para COVID-19 se centra en apuntar a esta proteína de pico para bloquear su interacción con ACE2.

Ahora, Mochly-Rosen y sus colegas sugieren que puede ser beneficioso desarrollar vacunas pasivas y activas que se dirijan a la RBD, en lugar de a toda la proteína de pico.

También sugieren que las moléculas pequeñas que imitan una región llamada sitio de unión al ácido linoleico (LA) pueden ser beneficiosas. Además, dicen que los medicamentos que se dirigen a una región relativamente conservada y expuesta en la superficie de la proteína (que abarcan los residuos 541-612) pueden tener un beneficio profiláctico.

Una versión preimpresa del papel está disponible en el bioRxiv* servidor mientras el artículo se somete a revisión por pares.

Regiones funcionales en la proteína S y el sitio de interacción RBD-ACE2.  a) El número de variantes por posición en toda la secuencia de la proteína S, destacando regiones funcionales específicas.  b) Homotrímero de espiga con cintas coloreadas según la leyenda, unidas a ACE2 (rojo).  El contorno punteado negro que se muestra en c.  c) Interfaz RBD-ACE2.  d) Interfaz RBD-ACE2 que resalta los residuos en RBD dentro de 4.5Å desde ACE2.  e) El número de variantes por posición en el dominio RBD.

Regiones funcionales en la proteína S y el sitio de interacción RBD-ACE2. a) El número de variantes por posición en toda la secuencia de la proteína S, destacando regiones funcionales específicas. b) Homotrímero de espiga con cintas coloreadas según la leyenda, unidas a ACE2 (rojo). El contorno punteado negro que se muestra en c. c) Interfaz RBD-ACE2. d) Interfaz RBD-ACE2 que resalta los residuos en RBD dentro de 4.5Å desde ACE2. e) El número de variantes por posición en el dominio RBD.

El proceso de infección del SARS-CoV-2

Como parte del proceso de infección del SARS-CoV-2, las proteasas dividen la proteína de la espiga en dos subunidades. La subunidad 1 (S1) contiene el RBD en una conformación cerrada (inactiva) que no permite la unión viral o una conformación abierta (activa) que sí permite la unión. Cuando el RBD está en la conformación abierta, la subunidad (S2) permite la posterior fusión del virus a la membrana de la célula huésped.

Los enfoques de profilaxis implican prevenir la escisión proteolítica de S1, competir con la unión de RBD, generar anticuerpos contra la proteína de pico o RBD (vacunas pasivas) y desencadenar una respuesta inmune a la proteína de pico (vacunas activas).

Aparte del RBD, es probable que otras regiones, como la interfaz del trímero de pico y el sitio de unión a LA, sean clave para mantener la integridad estructural, la entrada y la transmisión del SARS-CoV-2, dicen Mochly-Rosen y sus colegas.

Los investigadores plantearon la hipótesis de que estas regiones de la proteína de pico estarían más conservadas y contenerían menos variantes que otras regiones.

¿Qué hicieron los investigadores?

Para identificar las regiones de la proteína de pico que son las menos variables, el equipo utilizó la base de datos de proteínas de pico creada por el Instituto de Bioinformática de Singapur.

Al 11 de noviembreth, 2020, la base de datos incluyó 189,704 secuencias individuales del virus natural aislado de muchos pacientes en todo el mundo.

Cada variante observada en la proteína de pico se cargó en la herramienta de software PROVEAN y se comparó con la secuencia de aminoácidos de la proteína de pico de la referencia de Wuhan (EPI_ISL_402124) obtenida en febrero de 2020.

¿Qué encontraron?

En comparación con la secuencia de referencia, se encontró que la proteína de pico (que comprende 1273 aminoácidos) tiene 4517 variantes.

Cada posición de aminoácido en la secuencia de la proteína albergaba un promedio de cuatro variantes. Sin embargo, algunas regiones tenían diez variantes en cada posición, mientras que otras no tenían ninguna. Las regiones que no tenían más de dos variantes por posición de aminoácido fueron más frecuentes en la interfaz del trímero estructuralmente crítica (38%), el sitio de unión a LA (65%) y el RBD (37%).

Los investigadores dicen que la interfaz del trímero es menos accesible y, por lo tanto, es poco probable que sea el objetivo de los medicamentos. Sin embargo, el sitio de unión a LA podría ser un objetivo potencial para tratamientos con moléculas pequeñas que estabilizan la proteína de pico en su conformación inactiva cerrada.

“El bolsillo de unión de ácidos grasos en la conformación inactiva de S [spike] la proteína se conserva en otros coronavirus y se prevé que el 82% de las variantes entre los 20 aminoácidos que forman este bolsillo tengan un efecto neutral ”, escribe el equipo.

¿Y el RBD?

El estudio encontró que el RBD (aminoácidos 331-524) contiene diez aminoácidos invariantes, y la herramienta PROVEAN predijo que solo se predijo que el 7% de las variantes de RBD serían dañinas estructural o funcionalmente.

“Por lo tanto, se espera que los fármacos que se dirigen al RBD sean profilácticos eficaces para la mayoría de las variantes del SARS-CoV-2”, escriben los investigadores.

El equipo también identificó otra región menos variable o denominada “caliente” que abarca los residuos de aminoácidos 541-612.

Los investigadores dicen que dentro de esta región, se ha propuesto que el aminoácido en la posición 564 sirva como un “pestillo” que estabiliza la proteína de pico en la conformación cerrada.

El equipo sugiere que esta región caliente puede estar involucrada en la fusión de membranas.

“Determinar el papel de esta región invariable es importante, ya que puede ser otro talón de Aquiles al que apuntar para el tratamiento anti-SARS-CoV-2”, escriben Mochly-Rosen y el equipo.

¿Cuáles son las implicaciones del estudio?

Los investigadores dicen que los hallazgos podrían orientar el desarrollo de agentes profilácticos efectivos para detener la propagación de la pandemia COVID-19.

“Nuestros datos sugieren que puede ser beneficioso desarrollar vacunas pasivas y activas que se dirijan a la RBD, en lugar de la proteína S completa, así como moléculas pequeñas que bloquean la conformación cerrada, como las que imitan a LA”, escriben.

“Por último, los fármacos y anticuerpos dirigidos a la región 541-612, una región relativamente conservada y expuesta en la superficie de la proteína, también pueden tener un beneficio profiláctico”, concluye el equipo.

*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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