Immagine: rappresentazione del complesso tra il dominio di legame del recettore (RBD) della proteina Spike SARS-CoV2 (blu / ciano) e il recettore ACE2 umano (grigio / verde). Il motivo del recettore (RBM) è disegnato in ciano. La parte verde del dominio ACE2 comprese le eliche H1, H2 e H3 è disegnata in verde.
Alcuni ricercatori italiani hanno sviluppato un nuovo entusiasmante farmaco peptidico che potrebbe potenzialmente impedire al coronavirus SARS-CoV-2 di infettare le cellule delle persone. Il documento, pubblicato sul server di prestampa bioRxiv * nell’aprile 2020, descrive una piccola molecola che può legarsi e bloccare il sito di attacco sulla proteina spike del virus, impedendone l’ingresso nella cellula ospite.
Perché un nuovo farmaco?
Il coronavirus, noto dal punto di vista medico come grave sindrome respiratoria acuta coronavirus 2 (SARS-CoV-2), è responsabile della pandemia globale che ha imperversato negli ultimi cinque mesi, spazzando quasi l’intero mondo, portando intere economie a una brusca frenata e causando centinaia di migliaia di morti. Originario di Wuhan, in Cina, COVID-19 si è diffusa con una velocità quasi senza precedenti in tutto il mondo e non è stata ancora scoperta alcuna cura o vaccino.
Di fronte a questo quadro desolante, un team di ricercatori di Napoli, ha escogitato un approccio che potrebbe aiutare a prevenire ulteriori infezioni da SARS-CoV-2.
La proteina Spike
SARS-CoV-2, come altri coronavirus, dipende da una proteina glicosilata denominata “Spike” (o Proteina S) per infiltrarsi nelle cellule dell’ospite umano. Una volta dentro, il virus prende il controllo dei meccanismi delle cellule ospiti per replicare il suo genoma e altri componenti essenziali. Questi sono assemblati all’interno della cellula e quindi emergono dalla cellula per infettare altre cellule. Il ciclo continua e può causare la malattia dell’ospite.
Le particelle virali di solito colpiscono le cellule epiteliali del tratto respiratorio. Tuttavia, i recettori dell’enzima 2 di conversione dell’angiotensina (ACE2) non sono l’unico modo in cui un virus può entrare in una cellula. Recentemente, un altro recettore chiamato CD147 (o Basigin) è stato identificato come una possibile via di ingresso. Anche qui, il virus utilizza Spike per ottenere l’accesso alla cellula. Pertanto, Spike è un obiettivo promettente per gli anticorpi e altri potenziali trattamenti.
Virus SARS-CoV-2 che si legano ai recettori ACE-2 su una cellula umana, lo stadio iniziale dell’infezione COVID-19, illustrazione 3D concettuale Credit: Kateryna Kon / Shutterstock.
La strategia “Fatal Mimic”
Il team ha deciso di interrompere la sequenza di ingresso virale al suo inizio. La proteina Spike ha due subunità: S1 e S2. Gli omotrimeri della proteina S vengono utilizzati dal virus per attaccarsi al recettore dell’enzima 2 (ACE2) di conversione dell’angiotensina sulla membrana cellulare, attraverso il dominio di legame del recettore (RBD) sulla subunità S1.
L’attuale studio era focalizzato sulla creazione di una molecola che avrebbe interagito con la proteina S. Ciò agirebbe contro tutti i coronavirus noti che utilizzano questo recettore, sia in passato che in futuro. Utilizzando i dati esistenti sull’interazione tra la proteina SARS-CoV-2 S e la molecola ACE2, il team ha creato una mini-proteina, “un mimico miniaturizzato” di ACE2, che ha chiamato Spikeplug. La modellistica molecolare si basava sulla struttura EM criogenica della proteina SARS-CoV-2 S, nonché sulla struttura derivata dalla cristallizzazione del complesso recettore-RBD ACE2. Spikeplug include una serie di mutazioni per una maggiore stabilità e solubilità. Ad esempio, include un’elica aggiuntiva per stabilizzare la stabilità di piegatura conformazionale, poiché i peptidi nella soluzione non sono tipicamente piegati. La mini-proteina, che i ricercatori hanno prodotto in alto rendimento (70 mg di proteina pura / L di coltura batterica di E. coli) usando tecniche di ricombinazione, ha una conformazione alfa-elicoidale stabile ed è altamente solubile e stabile in soluzione. Spikeplug incorpora tutti i componenti essenziali di ACE2, che sono presi di mira dalla proteina S. È stata progettata per interagire e fondersi con Spike e quindi impedire che si leghi con i siti ACE2 sulle cellule ospiti, in effetti immobilizzandola. La proteina ad alta affinità può legarsi al dominio RBD della proteina glicosilata S quando presente a concentrazioni di alcuni nanomoli. Spikeplug è abbastanza grande da coprire le interazioni più importanti con Spike, ma abbastanza piccolo da legare a tutte e tre le sue catene. Impedendo efficacemente al virus di infiltrarsi in una cellula ospite, Spikeplug è uno strumento prezioso nello sviluppo di trattamenti per il coronavirus.
In che modo Spikeplug è migliore di altri antivirali?
Il team ritiene che gli approcci basati sul mimico dei recettori ospiti siano vantaggiosi rispetto ad altri metodi. In primo luogo, se dovesse emergere un altro coronavirus e tentare di colpire l’ACE2, questo sarà scoraggiato dalla proteina mimica. Il secondo vantaggio risiede nel campo della resistenza antimicrobica. La maggior parte dei patogeni può mutare relativamente rapidamente per bypassare i trattamenti esistenti. Tuttavia, poiché il legame con il sito ACE2 è un passaggio fondamentale nella catena di infezione da coronavirus, la mutazione per evitare questo passaggio comporterebbe probabilmente un virus non vitale.
Questo approccio ha dimostrato di essere efficace nel caso del farmaco Enfuvirtide. Questo farmaco antiretrovirale agisce come inibitore dell’entrata per il virus HIV inibendo l’azione della proteina di fusione gp41. Enfuvirtide può scegliere la mutazione della resistenza: tuttavia, tali varianti resistenti sono significativamente meno idonee poiché devono apportare un cambiamento significativo nel complesso di fusione. Infine, è improbabile che Spikeplug provochi reazioni avverse dal corpo a causa della sua somiglianza con la proteina ACE2 nativa del corpo. Lo studio conclude: “Riteniamo che Spikeplug sia un candidato promettente di prim’ordine per lo sviluppo di terapie molecolari mirate contro SARS-CoV-2 e altri coronavirus”.
Autori: Maria Romano, Alessia Ruggiero, Flavia Squeglia, Rita Berisio
