Os paramixovírus têm o potencial de desencadear uma pandemia devastadora. Esta família de vírus inclui sarampo, vírus Nipah, caxumba, doença de Newcastle e cinomose.
“A infecciosidade do sarampo é inigualável por qualquer vírus conhecido. Se uma pessoa com sarampo tossir em uma sala com 100 pessoas não vacinadas, cerca de 90 seriam infectadas”, diz Michael Norris, Ph.D., ex-associado de pós-doutorado no La Jolla Institute for Immunology (LJI) e atual professor assistente da Universidade de Toronto. “O vírus Nipah não é tão contagioso, mas é incrivelmente letal, com entre 40% e 90% das infecções causando a morte”.
“Imagine se surgisse um paramixovírus tão contagioso quanto o sarampo e tão mortal quanto o Nipah”, acrescenta Norris.
Não é difícil imaginar esse cenário. Na verdade, o filme de 2011 “Contágio” foi baseado nesse tipo exato de paramixovírus imaginado.
Agora Norris e uma equipe internacional de colaboradores publicaram o primeiro olhar sobre um estágio chave nos ciclos de vida do sarampo e vírus Nipah. Seu novo estudo, publicado como uma próxima matéria de capa na Science Advances, revela como futuras terapias podem impedir esses vírus em suas trilhas.
“Este trabalho resolve um mistério de longa data: como os vírus se agrupam”, diz a professora do LJI Erica Ollmann Saphire, Ph.D., que atuou como co-autora sênior do estudo com o professor Robert Stahelin, Ph.D., da Purdue University. “Sabemos que as muitas peças de um vírus se juntam na membrana celular, mas não sabíamos qual era o gatilho que iniciava esse processo de montagem irreversível”.
“Este estudo é bem-sucedido ao identificar como os paramixovírus são capazes de utilizar um lipídio da célula hospedeira para a disseminação viral”, diz Stahelin. “Este trabalho informará futuros esforços de descoberta de drogas”.
Montagem de um paramixovírus
Os pesquisadores usaram várias técnicas de imagem, incluindo cristalografia de raios-X e microscopia eletrônica, para capturar um processo chamado montagem viral.
Durante a montagem viral, proteínas-chave e material genético correm para áreas específicas nas membranas das células hospedeiras infectadas. Proteínas virais especiais, chamadas proteínas “matrizes”, juntam-se para formar uma rede contra o interior da membrana celular. As proteínas da matriz são os condutores do processo de montagem do vírus. Norris os chama de “marechais de campo” que reúnem e orientam as outras proteínas necessárias para formar um novo vírus. As proteínas da matriz também dão forma ao vírus.
À medida que a montagem viral continua, a rede de proteínas da matriz começa a empurrar a membrana para fora para formar um “broto” e recruta outras proteínas virais para este local. Uma vez que o broto tenha todos os componentes necessários no lugar, ele se separa da célula-mãe para formar um novo vírus que pode infectar uma nova célula hospedeira.
Os pesquisadores esperam que, entendendo melhor a montagem viral, possam projetar terapias que interrompam o processo. Essa abordagem é promissora; a droga Lenacapavir tem como alvo o processo de montagem do HIV e está em testes clínicos agora, e Norris diz que há potencial para usar a mesma estratégia para parar os paramixovírus. “Esta terapia de HIV é uma prova de princípio de que direcionar a montagem viral é uma estratégia viável para o desenvolvimento de drogas”, diz Norris.
Os cientistas só precisam de uma visão clara do processo de montagem do paramixovírus. O desafio para os pesquisadores é tentar ver as proteínas da matriz em ação.
Capturando a montagem viral
Norris e seus colegas examinaram a montagem viral no vírus do sarampo e no vírus Nipah. Sua análise mostra como duas proteínas da matriz se unem em uma espécie de abraço para formar uma estrutura de “dímero” de dois lados. Os pesquisadores demonstraram que interromper esse “abraço” bloqueando a formação desse dímero também interrompe a montagem viral – mas isso não foi surpreendente.
Os pesquisadores realmente precisavam saber como esses dímeros interagem com outras estruturas durante o processo de brotamento. Eles mostraram que o abraço de dímero flutua em direção ao interior da membrana celular para uma espécie de colisão de cabeças com a membrana.
A partir do trabalho liderado pelo Stahelin Lab da Purdue University, a equipe descobriu que as proteínas da matriz se ligam especificamente a uma molécula lipídica na membrana da célula hospedeira chamada PI(4,5)P2. Essa interação ancora as proteínas da matriz à superfície da membrana da célula hospedeira e fornece pontos de encontro para a montagem do vírus em locais específicos ao longo da membrana. Norris e seus colegas capturaram essa interação em detalhes usando cristalografia de raios-X.
Então veio uma grande surpresa estrutural. A equipe descobriu que as proteínas da matriz do vírus Nipah realmente mudam sua estrutura para abrir um bolso de ligação de lipídios para PI(4,5)P2.
“Este foi um aspecto extremamente emocionante do estudo”, diz Norris. Ele enfatiza que essa bolsa não existe antes da ligação da membrana – e a bolsa não teria sido localizada sem a estrutura capturada neste estudo. A descoberta deste bolso revelou um novo alvo para o desenvolvimento de inibidores do processo de montagem.
PI(4,5)P2 também acabou por ser o ingrediente secreto que desencadeia dímeros de proteínas da matriz para se ligarem uns aos outros para formar uma rede na superfície interna da membrana da célula hospedeira. Quando as proteínas da matriz alteram sua estrutura para abrir a bolsa PI(4,5)P2, elas também adotam uma forma que impulsiona a montagem da rede.
Essa mudança na estrutura da proteína da matriz também altera a membrana celular. Antes da ligação de PI(4,5)P2, o espaço entre duas proteínas da matriz em um abraço tem uma forma de tigela côncava com lados angulados. Após a ligação de PI(4,5)P2 às proteínas da matriz, esses lados inclinados se achatam para transformar a forma da tigela em uma forma de placa e forçar a membrana a se curvar para cima. A curva suave da membrana celular então aparece para começar a formar um novo broto que acabará por formar um novo vírus.
Os cientistas aprenderam muito com essas estruturas. “Não sabíamos o quanto as moléculas mudariam quando o processo fosse desencadeado ou qual seria a aparência da estrutura ao se unirem”, diz Saphire.
Projetando uma ampla terapia
O sarampo ainda é um grande assassino em todo o mundo. Índia e Bangladesh lidam com surtos anuais de Nipah. Esses vírus não estão desaparecendo e precisamos de terapias eficazes para interromper os surtos.
Uma ampla terapia de paramixovírus também poderia proteger o gado de doenças e garantir a segurança alimentar. A doença de Newcastle em aves é causada por infecções por paramixovírus que podem destruir bandos inteiros antes mesmo que os sintomas sejam detectados. Um surto da doença de Newcastle em 2018-2020 na Califórnia causou o abate de 1,2 milhão de aves.
O novo estudo mostra o potencial de uma terapia pan-paramixovírus que visa a montagem viral em vários vírus. Norris aponta que, embora os genomas dos vírus do sarampo e do vírus Nipah sejam muito diferentes, as proteínas da matriz do sarampo e do Nipah parecem quase idênticas.
“Como essas estruturas de proteínas da matriz são altamente conservadas, poderíamos potencialmente atingir um vírus e ter um inibidor que poderia atingir todos os demais vírus desta família”, diz Norris.
A Norris conseguiu começar a procurar inibidores de proteínas de matriz graças ao financiamento do Prêmio SPARK das Famílias Tullie e Rickey da LJI para Inovação em Imunologia. Esse financiamento permitiu que ele reduzisse rapidamente uma lista de mais de 7,4 milhões de candidatos a drogas para identificar cerca de 100 que serão submetidos a testes adicionais.
Os próximos passos são entender melhor as interações moleculares que compõem a rede da matriz e entender melhor como as proteínas da matriz recrutam e interagem com as outras proteínas virais durante o processo de montagem.
“Estamos procurando alavancar esse trabalho para projetar inibidores de amplo espectro da montagem viral”, diz Norris.
Publicado em 22/07/2022 10h43
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