Pesquisadores da Universidade de Maryland, no condado de Baltimore (UMBC), descobriram uma etapa fundamental que os enterovírus usam para se replicar dentro das células humanas. Resultados, publicados Comunicação da naturezaExplique como os vírus responsáveis por doenças como a poliomielite, a encefalite, a miocardite e até mesmo o resfriado comum controlam a maquinaria celular para que se copiem. Os cientistas dizem que a descoberta poderá eventualmente ajudar os investigadores a desenvolver uma nova geração de medicamentos antivirais capazes de atacar muitos enterovírus ao mesmo tempo.
A pesquisa foi liderada por Deepak Koirala, professor associado do Departamento de Química e Bioquímica da UMBC, com doutorado recente. Graduado Nava Krishna Das. Seu trabalho ajuda a responder questões antigas sobre como esses vírus iniciam a replicação após invadir uma célula.
“Meu laboratório está realmente motivado para entender como os vírus RNA produzem suas proteínas dentro das células e multiplicam seus genomas para produzir mais partículas virais”, diz Koirala. O trabalho anterior da equipe identificou uma importante estrutura em forma de trevo no RNA do vírus. O novo estudo mostra como esta estrutura recruta proteínas necessárias para a construção da 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 serve como modelo para fazer novas cópias do vírus enquanto direciona a produção de proteínas virais.
A maioria dos genomas virais contém instruções para proteínas estruturais, mas também codifica várias proteínas especializadas necessárias para a replicação. A mais importante é uma proteína de fusão chamada 3CD.
O segmento 3C cliva longas cadeias de aminoácidos em proteínas separadas necessárias ao vírus. O segmento 3D atua como uma RNA polimerase, uma enzima que copia o RNA viral para que o vírus possa se reproduzir. As células humanas não possuem naturalmente este tipo de polimerase, o que significa que o vírus deve 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 da proteína juntos, então sabemos como eles interagem”, explica Koirala. “Descobrimos que é o domínio 3C do 3CD que se liga ao RNA no genoma viral e depois recruta outros componentes, como a proteína hospedeira PCBP2, para montar o complexo de replicação”.
Os pesquisadores também descobriram que esse complexo molecular atua como um interruptor. Quando o 3CD é anexado, o vírus copia seu genoma de RNA. Quando a proteína é clivada, o RNA fica disponível para produzir a proteína viral.
Cientistas resolveram 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. Estudos anteriores sugeriram que as proteínas formavam pares mistos únicos.
Os cientistas ainda não entendem completamente por que são necessárias duas cópias, mas novas pesquisas fornecem uma imagem mais clara de como começa o processo de replicação.
Potencial para medicamentos antivirais de amplo espectro
Uma das descobertas mais promissoras foi a semelhança do processo entre os sete enterovírus testados no estudo. Os vírus compartilham estruturas de trevo de RNA quase idênticas e comportamento de ligação.
Esse nível de similaridade sugere que a estrutura do RNA é crucial 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 potencial.
Medicamentos para interromper 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 a pesquisa destaca como os vírus podem ser surpreendentemente sofisticados, apesar de seus genomas minúsculos.
“Os vírus são muito, muito inteligentes. Os seus genomas completos são quase equivalentes a uma sequência de mRNA em humanos, mas são muito eficazes”, diz Koirala. O seu trabalho mais recente mostra “por que precisamos de investigar esta ciência básica – para que possa ser traduzida no desenvolvimento de medicamentos que visam muitos agentes patogénicos nocivos causadores de doenças”.
