Cientistas descobrem um ponto fraco compartilhado pelos vírus da poliomielite e do resfriado comum
Pesquisadores da Universidade de Maryland, no condado de Baltimore (UMBC), descobriram uma etapa crucial que os enterovírus usam para se reproduzir dentro das células humanas. As descobertas, publicadas em Comunicações da Naturezaexplicam como os vírus responsáveis por doenças como a poliomielite, a encefalite, a miocardite e até mesmo o resfriado comum assumem o controle da maquinaria celular para se copiarem. Os cientistas dizem que a descoberta poderá eventualmente ajudar os investigadores a criar uma nova geração de medicamentos antivirais capazes de atacar muitos enterovírus ao mesmo tempo.
O estudo foi liderado por Deepak Koirala, professor associado de química e bioquímica na UMBC, juntamente com recente doutorado. graduado Naba Krishna Das. O seu trabalho ajuda a responder a questões antigas sobre como estes vírus iniciam a replicação quando invadem uma célula.
“Meu laboratório está realmente motivado para entender como os vírus RNA produzem suas proteínas dentro da célula e multiplicam seu genoma para produzir mais partículas virais”, diz Koirala. Trabalhos anteriores da equipe identificaram uma importante estrutura em forma de trevo no RNA do vírus. O novo estudo mostra como essa estrutura recruta proteínas necessárias para construir a maquinaria de replicação viral.
Como os enterovírus se reproduzem dentro das células
Os enterovírus carregam genomas de RNA muito pequenos que devem realizar duas tarefas ao mesmo tempo. O RNA viral deve direcionar a produção de proteínas virais, ao mesmo tempo que serve de modelo para a criação de novas cópias do vírus.
A maior parte do genoma viral contém instruções para proteínas estruturais, mas também codifica várias proteínas especializadas necessárias para a replicação. Uma das mais importantes é uma proteína de fusão chamada 3CD.
A porção 3C corta longas cadeias de aminoácidos nas proteínas separadas de que o vírus necessita. A porção 3D atua como uma RNA polimerase, uma enzima que copia o RNA viral para que o vírus possa se reproduzir. As células humanas não contêm naturalmente este tipo de polimerase, o que significa que o vírus tem de fornecer a sua própria versão.
“Anteriormente determinamos a estrutura do RNA sozinho, e outros grupos determinaram a estrutura de 3C e 3D, mas agora capturamos a estrutura do RNA e das proteínas juntas, então sabemos como eles estão interagindo”, explica Koirala. “Descobrimos que é o domínio 3C do 3CD que se liga ao RNA no genoma viral e depois recruta os outros componentes, como a proteína hospedeira PCBP2, para montar o complexo de replicação”.
Os pesquisadores também descobriram que esse complexo molecular funciona como um interruptor. Quando o 3CD é anexado, o vírus copia seu genoma de RNA. Quando a proteína se separa, o RNA fica disponível para a produção de proteínas virais.
Cientistas resolvem um mistério viral de longa data
Para examinar essas interações em detalhes, a equipe usou cristalografia de raios X para visualizar o trevo de RNA e a proteína 3CD juntas. Eles também confiaram na calorimetria de titulação isotérmica (ITC), que mede o calor liberado quando as moléculas se ligam, e na interferometria de biocamada (BLI), que usa mudanças na interferência da luz para rastrear quanto tempo as moléculas permanecem ligadas.
Os experimentos ajudaram a resolver um debate científico em andamento. Os pesquisadores mostraram que duas moléculas completas de 3CD, cada uma carregando sua própria RNA polimerase, se ligam lado a lado ao RNA viral. Pesquisas anteriores propuseram que as proteínas formassem um único par fundido.
Os cientistas ainda não entendem completamente por que são necessárias duas cópias, mas o novo estudo fornece uma imagem muito mais clara de como começa o processo de replicação.
Potencial para medicamentos antivirais de amplo espectro
Uma das descobertas mais promissoras foi o quão semelhante o mecanismo apareceu em todos os sete enterovírus examinados no estudo. Os vírus compartilhavam estruturas de trevo de RNA e comportamento de ligação quase idênticos.
Esse nível de similaridade sugere que a estrutura do RNA é extremamente importante para a sobrevivência viral. Mutações significativas provavelmente interromperiam a replicação, tornando a estrutura um alvo de medicamento potencialmente estável em muitos enterovírus.
Os investigadores dizem que isto levanta a possibilidade de desenvolver medicamentos antivirais de amplo espectro que possam funcionar contra uma família inteira de vírus, em vez de um único agente patogénico.
Os cientistas já estão a desenvolver medicamentos que interferem nas proteínas 3C e 3D, mas as novas descobertas revelam outra estratégia possível.
Os medicamentos que perturbam a atividade 3C e 3D já estão em desenvolvimento, mas “agora temos outra camada para testar”, diz Koirala. “E se atingirmos o RNA, ou a interface RNA-proteína, para quebrar a interação? Essa é outra oportunidade. Agora que temos estruturas de alta resolução, você pode projetar com precisão moléculas de drogas para atingi-las.”
Koirala diz que o estudo destaca como os vírus podem ser surpreendentemente sofisticados, apesar de seus genomas minúsculos.
“Os vírus são muito, muito inteligentes. Todo o seu genoma é equivalente a cerca de uma sequência de mRNA em humanos, mas são muito eficazes”, diz Koirala. O seu trabalho mais recente demonstra “por que precisamos de investigar esta ciência básica – para que possa ser traduzida no desenvolvimento de medicamentos direcionados a agentes patogénicos que causam tantas doenças prejudiciais”.
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