Pesquisadores da Universidade de Maryland, no condado de Baltimore (UMBC), descobriram uma etapa crítica que os enterovírus usam para se replicar nas células humanas. Resultados publicados em Comunicações da naturezaexplicar como os vírus responsáveis por doenças como a poliomielite, a encefalite, a miocardite e até a constipação comum assumem o controlo 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 atingir muitos enterovírus simultaneamente.
A pesquisa foi liderada por Deepak Koirala, professor assistente de química e bioquímica na UMBC, juntamente com um recente Ph.D. graduado por Naba Krishna Das. Seu trabalho ajuda a responder questões antigas sobre como esses vírus iniciam a replicação após invadir uma célula.
“Meu laboratório estava realmente motivado para entender como os vírus RNA produzem suas proteínas dentro da célula 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 as proteínas necessárias para construir a maquinaria de replicação do vírus.
Como os enterovírus se reproduzem dentro das células
Os enterovírus carregam genomas de RNA muito pequenos que devem desempenhar duas funções simultaneamente. O RNA viral deve direcionar a produção de proteínas virais enquanto serve como modelo para fazer 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 Parte 3C corta as longas cadeias de aminoácidos nas proteínas individuais necessárias ao vírus. A parte 3D atua como 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 deve fornecer a sua própria versão.
“Costumávamos determinar a estrutura do RNA sozinho, enquanto outros grupos determinavam a estrutura 3C e 3D, mas agora capturamos a estrutura do RNA e das proteínas juntas, 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 funciona como um interruptor. Quando o 3CD se liga, o vírus copia seu genoma de RNA. Quando a proteína se separa, o RNA fica disponível para a produção de proteínas virais.
Cientistas resolveram um mistério viral de longa data
Para estudar essas interações em detalhes, a equipe usou cristalografia de raios X para visualizar o RNA do trevo e a proteína 3CD juntos. 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 de longa data. Os pesquisadores mostraram que duas moléculas 3CD completas, cada uma carregando sua própria RNA polimerase, se ligam ao RNA viral. Estudos anteriores sugeriram que as proteínas formavam um único par fundido.
Os cientistas ainda não entendem completamente por que são necessárias duas cópias, mas um novo estudo fornece uma imagem muito mais clara de como começa o processo de replicação.
O potencial dos medicamentos antivirais de amplo espectro
Uma das descobertas mais promissoras foi a semelhança do mecanismo em todos os sete enterovírus examinados no estudo. Os vírus tinham estruturas de RNA em folha de trevo e comportamento de ligação quase idênticos.
Este nível de semelhança sugere que a estrutura do RNA é extremamente importante para a sobrevivência do vírus. É provável que mutações significativas interrompam a replicação, tornando a estrutura um alvo de medicamento potencialmente estável para 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 desenvolvendo medicamentos que interferem nas proteínas 3C e 3D, mas as novas descobertas mostram outra estratégia possível.
Os medicamentos que perturbam a atividade do 3C e do 3D já estão em desenvolvimento, mas “agora temos outra camada para testar”, diz Koirala. “E se visarmos o RNA ou a interface RNA-proteína para interromper a interação? Esta é outra possibilidade. Agora que temos as estruturas de alta resolução, você pode projetar com precisão moléculas de medicamentos para atingi-las.”
Koirala diz que o estudo mostra como os vírus podem ser surpreendentemente complexos, apesar de seus genomas minúsculos.
“Os vírus são muito inteligentes. Todo o seu genoma equivale a cerca de uma sequência de mRNA num ser humano, mas são muito eficientes”, diz Koirala. O seu último trabalho demonstra “por que precisamos de investigar esta ciência básica – para que possa ser traduzida no desenvolvimento de medicamentos que tenham como alvo os agentes patogénicos que causam tantas doenças prejudiciais”.
