MINIREVIEW – Analisi dell’interattoma SARS-CoV-2/Uomo

Analisi della letteratura a cura di: Rossana Aprigliano, Carmela Iosco, Valeria Montis; Revisionato: Valeria Montis, Giulia Poggi

Per sviluppare strategie terapeutiche contro SARS-CoV-2, l’agente eziologico della nuova malattia del tratto respiratorio CoViD-19, è fondamentale comprendere le strategie attraverso le quali agisce il virus. L’uso di approcci bioinformatici ha portato all’identificazione di interazioni molecolari tra virus e ospite che possono mediare l’infezione virale e la patogenesi. Questo fornisce informazioni chiave per selezionare nuovi targets per lo sviluppo di terapie antivirali ad ampio spettro contro SARS-CoV-2.

La cromatografia di affinità associata a spettrometria di massa (AP-MS) e l’analisi combinata di interattoma e trascrittoma, hanno rispettivamente rivelato l’interazione SARS-CoV-2/proteine ospite umane (PPI) [1] e i Geni Regolatori delle infezioni di Coronavirus nelle cellule dell’epitelio polmonare [2]. L’AP-MS ha riportato un totale di 332 PPI; 67 di questi sono bersaglio di 69 farmaci approvati dalla FDA e sono attualmente inclusi in studi clinici e preclinici contro SARS-CoV-2 [1]. Le proteine umane identificate sono principalmente espresse nelle cellule polmonari, il che è potenzialmente vantaggioso per la produzione di farmaci ad alta specificità e minimi effetti collaterali sistemici. L’analisi dei Geni Master Regolatori (MRA) ha fornito una mappa delle proteine ospiti colpite dall’infezione virale e ha evidenziato la complessa interazione tra 31 proteine virali e 94 proteine umane [2]. Nell’insieme, questi studi offrono un’ampia panoramica delle proteine [2] e dei processi biologici [1] influenzati da SARS-CoV-2. Sulla base dei risultati ottenuti viene inoltre proposto un elenco di principi attivi con potenziale impatto su questi processi biologici [1]. Di seguito è riportato un riepilogo dei risultati.

Le principali proteine umane influenzate dall’infezione virale sono (Fig. 1):

Figura 1: lista dlele principali interazioni tra proteine virali ed umane, come proposto in J. Clin. Med. 2020, 9. 982

– ACE2: utilizzato da SARS-CoV-2 per l’ingresso nella cellula, down-regolato. Questo potrebbe essere un meccanismo indotto da SARS-CoV-2 per diffondersi più rapidamente, danneggiando il tessuto polmonare dell’ospite.

– MCL1: regolatore positivo dell’apoptosi, sovra-regolato in SARS-CoV e MERS-CoV. L’apoptosi è un meccanismo che le cellule ospiti utilizzano in extremis per contrastare l’infezione virale; tuttavia, potrebbe anche risultare in un aumento della replicazione virale e nel rilascio di virioni dalle cellule morenti, come osservato nei Coronavirus aviari.

– EEF1A1: coinvolto nella consegna dei tRNA al ribosoma, down-regolato in seguito a infiammazione e infezione virale, con l’obiettivo ultimo di compromettere il ciclo di infezione da virus. La sua sottoregolazione potrebbe essere il risultato di una strategia cellulare innata atta a privare SARS-CoV-2 di un supporto chiave per la replicazione dell’RNA.

– NDUFA10: un membro del complesso mitocondriale I, inibito a seguito dell’infezione virale. Coronavirus e Paramyxovirus si avvalgono dello stesso meccanismo, che sembra essere una strategia infettivaaltamente conservata nei virus a RNA, volta a compromettere l’attività mitocondriale.

– GRAIL: l’ubiquitina ligasi E3 RNF128 correlata all’attività delle cellule T, che fornisce un rinforzo positivo della risposta immunitaria contro i virus a RNA, è stata sotto-regolata. Questa risposta potrebbe rappresentare un meccanismo di difesa dei Coronavirus contro l’immunità innata della cellula ospite.

– DDX5: DEAD-box polipeptide 5, RNA elicasi, sovra-regolato. SARS-CoV-2 è un virus a singolo filamento di RNA che utilizza sia la propria RNA polimerasi RNA-dipendente (RdRP) sia le proteine ospiti per promuovere la replicazione del suo materiale genetico. La sovra-regolazione di DDX5 potrebbe essere un altro meccanismo di attivazione della cellula ospite innescata da virus; questa proteina ha dimostrato di promuovere la capacità di infezione di altri virus a RNA, come i Flavivirus.

I processi biologici che coinvolgono le interazioni virus-ospite:

– Modificazioni lipidiche necessarie per il traffico vescicolare, che consentono al virus di entrare nelle cellule ospiti;

– Regolazione dell’ubiquitinazione proteica, con conseguente regolazione post-traduzionale delle risposte immunitarie innate;

– Regolazione delle risposte infiammatorie nelle cellule ospiti. SARS-CoV-2 sembra antagonizzare la trasduzione del segnale mediata dall’interferone nelle cellule ospiti e influenzare i meccanismi di ubiquitinazione che regolano il sistema immunitario innato;

– Regolazione della struttura della cromatina. Il virus SARS-CoV-2 potrebbe indurre cambiamenti nell’espressione delle proteine ospite a suo vantaggio. Ciò potrebbe richiedere l’interazione del pericapside virale con le proteine contenenti bromodomini che regolano la struttura della cromatina.

Approcci chemoinformatici hanno suggerito diversi principi attivi che potrebbero influenzare le interazioni proteina-proteina nei processi biologici riportati, ad es. bafilomicina 1A, aloperidolo, clorochina, azitromicina, cloramfenicolo, tigeciclina e linezolid [1]. Tuttavia, è importante notare che l’azione farmacologica potrebbe essere sia dannosa che benefica per l’infezione virale. È pertanto necessaria una validazione sistematica mediante approcci genetici per determinare la rilevanza funzionale di queste interazioni.

Vale la pena ricordare che uno di questi studi [1] ha rivelato somiglianze tra la mappa di interazione SARS-CoV-2/proteine umane e quelle ottenute con il virus del Nilo Occidentale (WNV) e con Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Le somiglianze con Mtb potrebbero essere di particolare interesse, alla luce di un simile tropismo (entrambi questi patogeni infettano i tessuti polmonari) e del fatto che il vaccino Mtb potrebbe essere efficace nel potenziare il sistema immunitario contro COVID-19.

In conclusione, questi risultati forniscono una conoscenza più approfondita dei partner di interazione virus/ospite. Ciò può portare a una migliore comprensione del meccanismo di infezione e aiutare a sviluppare strategie farmacologiche più efficaci e specifiche.