Immagine: Università di Tartu.
Un recente studio condotto da ricercatori estoni presso l’Università di Tartu spiega come SARS-CoV-2 si attiva prima di attaccare le cellule dell’ospite e cosa potrebbe fermarlo.
Lo studio, pubblicato su Scientific Reports, ci avvia alla comprensione del motivo per cui la diffusione di SARS-CoV-2 è stata così rapida e aggressiva. Il meccanismo di attivazione del virus studiato è anche un potenziale obiettivo per lo sviluppo di farmaci per il trattamento di COVID-19.
I biologi molecolari Mihkel Örd e Ilona Faustova dell’Università di Tartu insieme al Professor Mart Loog hanno confrontato i meccanismi di ingresso cellulare di SARS-CoV-2 che causa l’attuale pandemia COVID 19, con quelli di SARS-CoV-1 e MERS-CoV, con focolai rispettivamente nel 2003 e nel 2012. Lo studio si è concentrato sulla proteina spike del virus.
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La proteina spike di SARS-CoV-2 è composta da due parti. La punta della proteina funziona come un rilevatore, alla ricerca di una cellula adatta a cui attaccarsi. Nelle cellule, lo scambio di informazioni è mediato da varie proteine che inviano e ricevono segnali chimici. I virus sfruttano queste proteine per entrare nelle cellule.
Una proteina alla quale spike SARS-CoV-2 si rivolge è l’enzima furina che è presente in molte cellule del corpo umano. Il compito dell’enzima furina è di scindere le proteine, agendo come forbici biologiche. Diversi enzimi influenzano diverse proteine. Tra le altre proteine, la furina scinde anche la proteina spike SARS-CoV-2, rimuovendo la sua punta simile a un rilevatore. Dopodiché, la parte rimanente della proteina spike inizia a funzionare fondendosi con la membrana cellulare e consentendo al virus di entrare nella cellula.
“Molti virus utilizzano una strategia simile. Hanno un dominio recettore e un dominio di legame, ma utilizzano diversi enzimi dell’ospite. In una certa misura, questo influisce anche sul modo in cui il virus funziona nel corpo. Diversi enzimi sono espressi in diversi tessuti. La furina è espressa in tutto il corpo umano, quindi la gamma di cellule in cui il virus può entrare è enorme. Possiamo supporre che questo sia il motivo per cui il virus è particolarmente aggressivo“, ha spiegato Mihkel Örd, dottorando in tecnologia biomedica presso l’Università di Tartu (UT).
Dalla divisione cellulare “all’addomesticamento” del virus
Nel loro lavoro quotidiano, Mihkel Örd e UT Ilona Faustova, Senior Research Fellow in Molecular Biology, studiano cosa influenza la divisione delle cellule e come. Prestano particolare attenzione alla fosforilazione, una reazione chimica in cui un gruppo fosforile è attaccato a una proteina. Di conseguenza, il compito o l’attività iniziale delle proteine può cambiare, il che consente di controllare i processi intracellulari in determinate condizioni.
Il modo in cui gli enzimi elaborano le proteine dipende dai modelli o dai brevi motivi lineari degli amminoacidi nella proteina. Le proteine sono composte da 20 diversi amminoacidi e i brevi motivi lineari degli amminoacidi possono codificare importanti informazioni biologiche. Analizzando la sequenza della proteina spike del nuovo coronavirus, i ricercatori di Tartu hanno presto notato che in quel punto critico in cui si suppone che la proteina spike venga tagliata in due, ci possono essere tre motivi con un compito diverso. Quando la diffusione del coronavirus si è trasformata in una pandemia, Örd e Faustova hanno deciso di studiare se questi motivi predetti funzionano nella vita reale e come possono influenzare il ciclo di vita del virus.
“Abbiamo ordinato sequenze di DNA del coronavirus, sintetizzato e separato le proteine dalle cellule, creato mutazioni per rilevare i siti sensibili alla furina, per capire come la fosforilazione li influenza. Ci sono più di mille aminoacidi nella proteina spike, ma per questo processo, solo una piccola parte è importante. Abbiamo dedicato la nostra attenzione a quel sito e abbiamo iniziato a studiarlo più in dettaglio”, ha spiegato Örd.
L’analisi ha rivelato che, nel caso di un motivo, il sito di scissione della furina era codificato in modo molto specifico nel nuovo coronavirus. “Ciò che è stato sorprendente è come la furina ha tagliato in modo efficiente il motivo della proteina spike SARS-CoV-2. In confronto, abbiamo analizzato i motivi nei virus che causano MERS e SARS che sono solo leggermente diversi: la furina non è riuscita a fenderli. Il sito di scissione era circondato da altri due motivi la cui fosforilazione inibiva completamente la scissione della furina della proteina spike. Questi risultati forniscono nuove informazioni su quali processi possono influenzare il ciclo di vita del virus e perché il nuovo virus ha avuto più successo dei precedenti”, ha spiegato Faustova.
“Nella nostra ricerca, siamo sempre stati guidati dall’idea che meglio comprendiamo diversi meccanismi molecolari, maggiori sono le possibilità che abbiamo di influenzarli o controllarli intenzionalmente. Poiché i motivi studiati sono ripetuti in diverse proteine, la loro descrizione consente di fare previsioni sui compiti e la regolazione di molte proteine. I primi risultati pubblicati confermano già che gli inibitori della furina frenano la replicazione di SARS-CoV-2 e possono avere una potenziale applicazione farmaceutica “, ha detto Faustova.
La pandemia ha messo alla prova il sistema della ricerca
Faustova aggiunge che la pandemia da SARS-CoV-2 ha rivelato la capacità di collaborazione della comunità di ricerca globale. “Abbiamo studiato per anni i segnali enzimatici codificati di diversi motivi e questo ci ha permesso di contribuire alla comprensione dei meccanismi del coronavirus sulla base della nostra esperienza. Centinaia di laboratori in tutto il mondo hanno fatto lo stesso. Nella crisi, altri progetti sono stati fermati per concentrarsi congiuntamente sul nuovo virus. Negli ultimi nove mesi, gli scienziati hanno fatto enormi progressi. Mai prima d’ora siamo riusciti a unire tutte le nostre forze e condurre uno studio dettagliato di un singolo processo critico. Pubblicazioni di alta qualità vengono rese note ogni giorno. Questo ci fa ben sperare che il vaccino anti SARS-CoV-2 e i farmaci potrebbero raggiungerci molto presto “.
