SARS-CoV-2: Estrutura, Proteínas e Patogênese do Novo Coronavírus

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Louise Hay
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Autor e referências

Introdução

Há mais de um ano, a atenção do mundo tem sido direcionada para Covid-19, infecção respiratória causada pelo novo Coronavírus SARS-CoV-2e para o pandemia que resultou dele.



Os dados epidemiológicos do momento dizem que: SARS-CoV-2 está presente em mais de 200 países do mundo, aproximadamente 19 milhões de pessoas adoeceram com COVID-113 em todo o mundo (fevereiro de 2021) e, destes, não 2,5 milhões faleceu.

O SARS-CoV-2 é um vírus que atinge principalmente o trato respiratório, causando sintomas como tosse, resfriado, febre e, nos casos mais graves, dificuldades respiratórias; às vezes, porém, também pode induzir inflamação sistêmica, causando sepse, insuficiência cardíaca e disfunção de múltiplos órgãos.

A infecção por SARS-CoV-2 é particularmente perigosa para indivíduos com mais de 60 anos, para aqueles com doenças crônicas (por exemplo: diabetes, doença cardíaca coronária) e para pessoas em terapia com medicamentos depressores do sistema imunológico (por exemplo: quimioterapia, imunossupressores).

Este artigo tem como objetivo analisar a estrutura, o genoma e as proteínas do SARS-CoV-2, e fornecer informações fundamentais relacionadas à patogênese do vírus.

Para mais informações: SARS-CoV-2: como reconhecer os primeiros sintomas e o que fazer

Estrutura do SARS-CoV-2

Como é feito SARS-CoV-2: Estrutura, Genoma e Proteínas

Exemplo de beta-coronavírus, SARS-CoV-2 é um vírus de RNA de fita simples positivo, equipado com pericapside (o envelope).



O pericapsídeo é uma espécie de envelope colocado em torno do capsídeo de alguns vírus; é composto de fosfolipídios e glicoproteínas.

SARS-CoV-2 possui um genoma de 29.881 bases de nitrogênio, que codifica para 9.860 aminoácidos.
Este genoma se divide em genes para proteínas estruturais e genes para proteínas não estruturais.

Genes para proteínas estruturais codificam para pico de proteína (abreviado para S), la proteína do pericapside (abreviado para E, de envelope), o proteína de membrana (abreviado para M) e o proteína do nucleocapsídeo (abreviado para N).
Como o nome sugere, as proteínas estruturais se combinam para formar a estrutura do SARS-CoV-2.

Os genes para proteínas não estruturais, por outro lado, codificam proteínas, como a protease semelhante à 3-quimiotripsina, a protease semelhante à papaína ou a RNA polimerase dependente de RNA, cujas funções são regular e direcionar os processos de replicação. E montagem de vírus.

Abaixo está uma descrição das proteínas estruturais individuais, com foco na proteína S, e das proteínas não estruturais.

Para saber mais: Coronavirus: o que são?

Pico de proteína

Estrutura da proteína de pico SARS-CoV-2

A proteína spike (ou proteína S) do SARS-CoV-2 (e de todos os Coronavírus conhecidos) cobre a superfície externa do vírus, formando aquelas protuberâncias características que dão ao Novo Coronavírus a aparência de uma coroa (da qual ele deriva, em fato, o termo "Coronavírus").



A proteína do pico pesa 180-200 kDa (leia-se quiloDalton) e é composta de 1.273 aminoácidos.

O pico é feito de dois componentes principais de aminoácidos, chamados Subunidade S1 (14-685) e Subunidade S2 (686-1.273)

  • A subunidade S1 hospeda uma sequência de aminoácidos conhecida como RBD (Sigla em inglês que significa "Domínio de ligação ao receptor", que é o domínio de ligação ao receptor), que é essencial para ligar o vírus às células do hospedeiro (ou seja, o ser humano).
  • Já a subunidade S2 é o sítio das sequências de aminoácidos (peptídeo de fusão, HR1, HR2, domínio transmembranar e domínio citoplasmático), cuja função final é favorecer a fusão e entrada do vírus nas células hospedeiras.

Em seu estado nativo (ou seja, quando o vírus não está infectando ninguém), a proteína spike está na forma de precursor inativo. Quando o vírus encontra um organismo potencial para ser infectado, no entanto, ele muda imediatamente para uma forma ativa: as proteases das células-alvo desencadeiam o processo de ativação (portanto, é o próprio hospedeiro quem o ativa!), Que "quebram" o pico e formam as subunidades S1 e S2.

Como a proteína de pico SARS-CoV-2 funciona

O funcionamento da proteína spike SARS-CoV-2 é complexo; o artigo em questão visa simplificá-lo ao máximo, para que possa ser compreendido pelos leitores.


A proteína spike é essencial para iniciar o processo de infecção do hospedeiro; em outras palavras, é a arma que o Novo Coronavírus usa para causar a infecção conhecida como COVID-19.


O processo de infecção impulsionado por picos pode ser dividido em duas fases:

  • Il ligação para a célula hospedeira. É a fase em que o vírus ataca e se liga às células do organismo que irá infectar.
  • La fusão da membrana viral (essencialmente do vírus) com a membrana da célula hospedeira. É a fase que permite ao vírus entrar nas células do organismo atacado e aí disseminar seu genoma.

Ligação às células hospedeiras

A proteína spike liga-se às células hospedeiras através da sequência RBD da subunidade S1.

Estudos científicos observaram que a sequência RBD se liga às células hospedeiras por meio de uma interação com o Receptor ACE2 colocados na superfície da membrana plasmática das próprias células.

ACE2 é uma enzima homóloga de ACE, a proteína responsável pela conversão da angiotensina 1-9.
Em humanos, a ACE2 é encontrada principalmente na superfície da membrana plasmática de células de órgãos, como pulmões, intestinos, coração e rins.

Uma vez que a subunidade S1 se liga a ACE2, a proteína S começa a mudar a conformação; esse evento serve para favorecer a fase de fusão e a entrada do vírus na célula hospedeira.

A ligação com ACE2 e a mudança conformacional resultante são dois aspectos fundamentais para a realização do Vacina SARS-CoV-2 e entender os mecanismos de antigenicità e resposta imune implementado pelo host.

No entanto, há um problema que deve ser considerado: mutações na subunidade S1 e, em particular na sequência RBD, podem alterar a maneira como a mudança conformacional se desenvolve; consequentemente, isso poderia impactar nas características antigênicas e na eficácia das vacinas (para saber mais sobre o assunto, recomendamos a leitura do artigo dedicado às variantes do SARS-CoV-2).

Fusão de célula hospedeira

A proteína spike funde o vírus à célula hospedeira por meio das sequências de aminoácidos da subunidade S2.

O processo de fusão do vírus ocorre na onda da mudança conformacional da proteína S induzida pela ligação entre RBD e o receptor ACE2 do hospedeiro: a mudança na conformação do pico, de fato, aproxima a membrana viral da membrana plasmática da célula hospedeira , até à interação, à fusão entre membranas e, por fim, à incorporação do vírus infectante.

Uma vez que o genoma viral está dentro da célula hospedeira, o vírus começa sua replicação e o processo de infecção pode ser considerado completo.

Para obter mais informações: Mutações de proteína de pico: Variantes SARS-CoV-2

Proteína pericapsida

Também conhecidas como proteínas E, as proteínas pericapsídeo SARS-CoV-2 contribuem para a formação do pericapsídeo.

Eles constituem um grupo de proteínas muito pequenas, consistindo apenas em 75-109 aminoácidos.

Apesar de seu pequeno tamanho, as proteínas E têm um papel funcional extremamente significativo: na verdade, elas suportam omontagem e liberação de vírions.

Em microbiologia, a partícula viral madura é chamada de vírion, com seu ácido nucléico (DNA ou RNA) contido em uma cápsula de proteína, chamada capsídeo.

Estudos a este respeito mostraram que a proteína E SARS-CoV-2 é uma viroporina, que, uma vez na célula hospedeira, vai se localizar na membrana do aparelho de Golgi e do retículo endoplasmático, para facilitar a montagem e liberação dos vírions.

A viroporina é uma proteína viral que atua como um canal de membrana dentro das células do hospedeiro.

A proteína E SARS-CoV-2 é muito semelhante à do SARS-CoV, embora tenha algumas diferenças em relação ao MERS-CoV.

Proteína de membrana

As proteínas de membrana (ou proteínas M) são as proteínas estruturais mais abundantes no SARS-CoV-2.

Eles têm uma sequência de aminoácidos de aproximadamente Elementos 220.

A proteína M SARS-CoV-2 tem várias funções:

  • Define a forma do pericapsídeo;
  • Interagindo com as proteínas E, N e S, organiza a montagem dos vírions.

A pesquisa mostrou que sem a proteína M, mas com todas as outras proteínas estruturais disponíveis, o SARS-CoV-2 é incapaz de montar novos vírions dentro do hospedeiro; isso significa que as proteínas M desempenham um papel fundamental no processo acima mencionado.

Por outro lado, as evidências sugerem que:

  • A interação entre a proteína M e a proteína S garante a incorporação desta nos novos vírions;
  • A interação entre a proteína M e a proteína N estabiliza o nucleocapsídeo (isto é, o complexo RNA-proteína N) e promove a montagem final dos vírions.
  • Junto com a proteína E, contribui para a formação do pericapsídeo.

Proteína nucleocapsídeo

A proteína N, ou proteína do nucleocapsídeo, é a única proteína SARS-CoV-2 capaz de se ligar ao genoma viral.
Não surpreendentemente, graças a esta propriedade, ela desempenha um papel fundamental no processo de embalagem de RNA viral dentro dos novos virions.

O complexo viral RNA - proteína N constitui o denominado nucleocapsídeo.

Como antecipado, para mediar a ação da proteína N está a proteína M: a interação entre essas duas proteínas, de fato, estabiliza o nucleocapsídeo e promove a montagem final dos vírions.

Ressalta-se que estudos com a proteína N mostraram que esta também está envolvida na transcrição e replicação do RNA viral.
Após esta descoberta, os especialistas começaram a considerar a proteína N como um possível alvo para novos medicamentos específicos para SARS-CoV-2.

A proteína N é altamente conservada em coronavírus: por exemplo, a do SARS-CoV-2 tem uma sequência de aminoácidos que é 90% sobreposta à do SARS-CoV.

Proteínas Não Estruturais

Origem e função das proteínas não estruturais SARS-CoV-2

O tópico de proteínas não estruturais (abreviado para "nsp") de SARS-CoV-2 é um tanto complexo.
Portanto, necessita de uma simplificação, a fim de torná-lo mais fácil de entender.

Primeiro, as proteínas não estruturais SARS-CoV-2 estão no total Elementos 16.

Eles são derivados de duas grandes proteínas, chamadas poliproteína 1a (pp1a) E poliproteina 1ab (pp1ab), que por sua vez são codificados, respectivamente, pelos genes virais conhecidos como replicasi 1a e replicasi 1ab.

O processo de formação de proteínas não estruturais a partir das duas poliproteínas vê o envolvimento de duas enzimas virais específicas, chamadas protease e produzido precocemente pelo vírus; essas proteases lidam com "corte" as poliproteínas em pontos específicos, para dar origem às proteínas não estruturais únicas.

A estratégia de poliproteína (da qual derivam proteínas menores) é muito comum entre os vírus.

É interessante ressaltar que, antes do processo de corte, as proteínas ainda incluídas nas poliproteínas são inativas, não funcionais; eles se tornam funcionais somente após a intervenção das proteases e sua clivagem em relação às principais cadeias de aminoácidos.

A principal função das proteínas não estruturais SARS-CoV-2 é lidar com transcrição e replicação RNA viral.

No entanto, deve-se notar que essas proteínas também estão envolvidas na patogênese viral.

Protease SARS-CoV-2

Duas proteínas não estruturais fundamentais para o SARS-CoV-2 são, sem dúvida, as proteases que tratam de "cortar" as poliproteínas e formar as proteínas úteis para a transcrição e replicação do RNA viral.

Essas proteases são conhecidas como protease semelhante a 3-chimotripsina (abreviado para 3CLpro) E protease semelhante à papaína (abreviado para PLpro).

Considerando que as proteínas a que dão origem servem então para disseminar a infecção no hospedeiro, as proteases em questão representam um alvo farmacológico interessante.

RNA polimerase dependente de RNA

L'RNA polimerase dependente de RNA é a proteína não estrutural do SARS-CoV-2 essencial para a replicação do genoma viral destinado aos novos vírions.

Esta proteína não estrutural também representaria um alvo farmacológico atraente.

Patogênese viral

Como SARS-CoV-2 causa infecção COVID-19

O SARS-CoV-2 inicia o processo infeccioso quando, por meio da proteína spike, consegue invadir as células do hospedeiro.

Conforme descrito no capítulo dedicado à proteína S, a interação entre a sequência de pico RBD e o receptor ACE2 presente na membrana plasmática das células do trato respiratório do próprio hospedeiro garante a entrada do vírus no organismo hospedeiro.

Após a entrada, o SARS-CoV-2 "se apropria" dos ribossomos do hospedeiro e os explora para traduzir seu próprio genoma em RNA e criar as proteínas necessárias para a replicação do mesmo material genético e a montagem de novos vírions.

Com base no acima exposto, um papel fundamental na transcrição e replicação do RNA viral pertence às proteínas não estruturais.

Com a transcrição e replicação do genoma viral, o SARS-CoV-2 começa a se espalhar no hospedeiro, dando início à própria doença infecciosa.

Nesta fase, o vírus atua no organismo hospedeiro tanto com umatividade citocida (ou seja, mata células) com ambos mecanismos imunomediados.

Em relação à atividade citocida, a evidência sugere que o SARS-CoV-2 induz apoptose (morte celular) e lise celular; mais detalhadamente, descobriu-se que o vírus produz sincícios dentro da célula infectada e causa a ruptura do aparelho de Golgi após a replicação. 

Quanto aos mecanismos imunomediados, a pesquisa mostrou que o SARS-CoV-2 envolve tanto o sistema imunológico inato, seja isso adaptativo (anticorpos e linfócitos T).

Por que o SARS-CoV-2 é mais infeccioso que o SARS Coronavirus?

O SARS-CoV, o coronavírus responsável pelo SARS, também invade as células hospedeiras, explorando a interação entre o RBD e o receptor ACE2 presente nas células do trato respiratório.

No entanto, há uma diferença importante entre este tipo de ligação e aquela estabelecida pelo SARS-CoV-2: a sequência RBD do Coronavírus responsável pelo COVID-19 tem muito mais afinidade para ACE2 e se liga a ele muito mais eficientemente, resultando muito mais eficaz no processo de invasão das células hospedeiras.

Estudos científicos a esse respeito mostraram que a diferença na interação descrita acima se deve a um composição de aminoácidos diferente entre RBD de SARS-CoV e RBD de SARS-CoV-2; em particular, existem duas regiões de aminoácidos com diferenças importantes.

Essa diferença de afinidade explica vários aspectos:

  • A razão pela qual o SARS-CoV-2 tem um R0 mais alto do que o SARS-CoV;
  • A razão pela qual os medicamentos e vacinas que visam a sequência RBD do SARS-CoV e parecem ser eficazes não são adequados contra o SARS-CoV-2.
Para mais informações: Novo Coronavírus e SARS: Analogias e Diferenças

Resposta inflamatória

SARS-CoV-2 e liberação de citocinas

Após a entrada do SARS-CoV-2, o sistema imunológico do organismo hospedeiro infectado é ativado.

Nesse ponto, elementos do sistema imunológico (por exemplo, linfócitos T) chegam ao local da infecção e atacam o vírus.

Na maioria das pessoas, o processo acima é bem-sucedido, eliminando o vírus do corpo e permitindo que o indivíduo se recupere.

Em certa porcentagem dos casos, porém, acontece que a doença infecciosa assume conotações mais graves e que o SARS-CoV-2 estimula uma resposta imune aberrante.

Nesse caso, nas situações citadas, percebeu-se que o vírus causa um superprodução de citocinas pró-inflamatórias (ex: interleucina-1, interleucina-2, interleucina-6 etc.) que se acumulam nos pulmões, a ponto de danificar o parênquima pulmonar.

As citocinas pró-inflamatórias surgem da atividade de certas células do sistema imunológico.
Em condições normais, servem para regular a resposta imunológica, inflamação e hematopoiese.

Além disso, dados clínicos e outras pesquisas mostraram que a superprodução de citocinas pró-inflamatórias observada na presença de infecção grave de SARS-CoV-2 pode estender-se a outros órgãos (es: cuore), causando o disfunção, e tem repercussões em processos de coagulação, induzindo a formação de trombo.

Quando o SARS-CoV-2 desencadeia uma extensa superprodução de citocinas pró-inflamatórias, os especialistas definem o fenômeno com a expressão "síndrome de tempestade de citocinas".

Bibliografia

  • Ahmad Abu Turab Naqvi, Kisa Fatima, Taj Mohammad, Urooj Fatima, Indrakant K. Singh, Archana Singh, Shaikh Muhammad Atif, Gururao Hariprasad, Gulam Mustafa Hasan e Md. Imtaiyaz Hassan (101 de outubro de 2021) Insights sobre SARS-CoV-2 genoma, estrutura, evolução, patogênese e terapias: Abordagem estrutural da genômica. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis .; 1866 (10): 165878.
  • Yuan Huang, Chan Yang, Xin-feng Xu, Wei Xu e Shu-wen Liu (03 de agosto de 2021) Propriedades estruturais e funcionais da proteína spike SARS-CoV-2: desenvolvimento potencial de medicamento antivírus para COVID-19. Acta Pharmacologica Sinica volume 41, páginas 1141-1149.
  • Muge Cevik, conferencista clínico, Krutika Kuppalli, Jason Kindrachuk e Malik Peiris (23 de outubro de 2021) Virologia, transmissão e patogênese do SARS-CoV-2. BMJ; 371: m3862.
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