La investigación sobre la proteína de pico de SARS-CoV-2 puede conducir a nuevas vacunas y tratamientos

El virus que causa COVID-19 está tachonado en su exterior con "proteínas de pico", un componente clave en su capacidad para infectar células humanas. Dos investigadores de la Universidad de Georgia, Rob Woods y Parastoo Azadi, están investigando las proteínas y azúcares en la superficie del virus con el objetivo de encontrar información que pueda conducir a vacunas y terapias. Woods y Azadi son científicos del Centro de Investigación de Carbohidratos Complejos de la UGA, donde los investigadores estudian las estructuras y funciones de los carbohidratos complejos de microbios, plantas y animales para determinar el papel de los carbohidratos en el crecimiento y el desarrollo, las interacciones huésped-patógeno y los procesos de enfermedades. < br> El SARS-CoV-2 es el virus que causa COVID-19, y sus proteínas de pico se adhieren a las células y fuerzan al virus a través de la membrana celular. El sistema inmunitario humano detecta proteínas extrañas, como la proteína espiga, al reconocer las secuencias de aminoácidos que están presentes, según Woods. "Pero si un patógeno pone un azúcar en la superficie de la proteína, puede enmascarar los aminoácidos", dijo.
"Un azúcar puede enmascarar un grupo completo de aminoácidos para que nuestros anticuerpos no puedan verlos. Muchos virus lo hacen". esto: gripe y hepatitis C, por ejemplo ". Woods y su equipo han modelado la estructura 3D de la proteína espiga del SARS-CoV-2 y sus azúcares unidos. Como se muestra en una ilustración que produjeron, la proteína es una superficie lisa protegida por azúcares que se mueven como árboles en el viento. . Eso dificulta que el sistema inmunitario humano encuentre el objetivo: la superficie de la proteína. "Siempre uso la analogía de los glicanos como árboles en el viento. Algunos de ellos son flexibles y otros más rígidos", dijo. "Estamos buscando unos que podamos encontrar debajo o alrededor". El proceso de cómo los glicanos están unidos a las superficies proteicas (y protectoras) se llama glicosilación.
"Esto es en lo que nuestro grupo se especializa", dijo Woods. "Desarrollamos métodos para predecir cómo se mueven y se unen los glicanos a las superficies de proteínas". El equipo había estado trabajando en otros virus, particularmente la gripe, antes de la propagación de COVID-19.
Los sistemas son biológicamente diferentes, pero desde una perspectiva estructural, el modelado es similar, lo que facilita la transición. Pero la glicosilación es un objetivo complicado ya que no hay uniformidad en términos de qué azúcares se usan y dónde se colocan. Para modelar la estructura de la proteína espiga, Woods y su equipo utilizaron el modelo Cryo-EM publicado en marzo por un equipo de China.
Una semana después, un estudio de glicómica mostró estructuras y ubicaciones probables de azúcar en la superficie de la proteína. , ayudándoles a determinar qué azúcares poner en cada sitio. El modelo que generaron muestra hasta qué punto el sitio de unión y otras regiones podrían estar expuestas; información que ayuda a ilustrar cómo debería ser una vacuna. Muchas personas que no están familiarizadas con la glicociencia piensan que la proteína es solo una proteína, no el hecho de que la superficie está cubierta de azúcares. Esto les da una falsa idea de lo que realmente es accesible para el sistema inmunitario. Al considerar los azúcares, tiene una idea de cuánta proteína está oculta de nuestro sistema inmunológico. Al diseñar una vacuna, desea que la vacuna genere anticuerpos que reconozcan las partes de la proteína a las que puede unirse, que los anticuerpos pueden atacar.
Al ver dónde están los azúcares, puede tomar decisiones sobre cómo va a hacer una vacuna para apuntar a las áreas que están expuestas y no protegidas por los azúcares ". Rob Woods, científico, Centro de investigación de carbohidratos complejos, Universidad de Georgia Woods y su equipo fueron uno de los primeros grupos en modelar glicoproteínas. "Después de todos estos años de mirar los carbohidratos, realmente nos coloca en la posición correcta en el momento correcto, con la base de conocimiento adecuada, para hacer esto", dijo.
"Es muy emocionante para mí estar en un señale dónde podemos usar nuestras herramientas para hacer algo tan oportuno ". El documento del equipo, "Los modelos 3D de la proteína de pico de SARS-CoV-2 glicosilada sugieren desafíos y oportunidades para el desarrollo de vacunas", está disponible en línea con el servicio de preimpresión bioRxiv. Los coautores incluyen a Oliver C.
Grant, David Montgomery y Keigo Ito, todos en CCRC. Al igual que Woods, la investigación previa de Parastoo Azadi, que caracteriza la glucosilación de los candidatos a la vacuna para virus que incluyen la influenza y el VIH, hizo una transición directa para trabajar en la proteína de la punta del SARS-CoV-2. Pero a diferencia de Woods, ella adopta un enfoque experimental.
Ella y su equipo están utilizando técnicas de espectrometría de masas de alto rendimiento para caracterizar tipos específicos de glicosilación en la proteína de la espiga, lo que facilita la unión viral y desempeña un papel crítico en provocar una respuesta inmune del huésped. Sus resultados han mostrado por primera vez la presencia de O-glucosilación inesperada (la unión de una molécula de azúcar a un átomo de oxígeno) en la proteína espiga. Dado que la glucosilación juega un papel clave en la unión viral, su caracterización puede ayudar en el diseño de una vacuna para COVID-19.
"Comprender la glucosilación en el sitio de unión puede guiar el diseño de vacunas", dijo Azadi, científico investigador senior y director técnico de Servicios Analíticos y Capacitación en CCRC. "Solo una vacuna que pueda imitar la proteína viral lo más cerca posible puede provocar una respuesta inmune óptima". El artículo del equipo, "Deducir el perfil de glucosilación N y O de la proteína espiga del nuevo coronavirus SARS-CoV-2", se publica en línea con el servicio de preimpresión bioRxiv y ha sido aceptado por la revista Glycobiology.
Co- los autores incluyen a Asif Shajahan, Nitin T. Supekar y Anne S. Gleinich, que forman parte del equipo analítico del CCRC.
"Como parte de la comunidad de investigación biomédica, estamos extremadamente comprometidos a abordar una de las emergencias más críticas de la era moderna", dijo Azadi. "Todos estos años de servicio como recurso para la comunidad científica nos ayudaron a avanzar y contribuir rápidamente al desarrollo de intervenciones terapéuticas contra COVID-19".