Foi demonstrado anteriormente que o SARS-CoV-2 usa o receptor ACE2 para infectar células humanas. Agora, duas novas pesquisas independentes sugerem que o vírus da covid-19 também é capaz de usar um segundo receptor, chamado neuropilin-1 (NRP1, neuropilina-1), uma proteína abundante em muitos tecidos humanos, incluindo o trato respiratório, vasos sanguíneos e neurônios.

A descoberta é um grande avanço científico e uma surpresa, porque pensava-se que o papel da neuropilina-1 era ajudar os neurônios a fazer conexões corretas e um fator de crescimento dos vasos sanguíneos. Ninguém suspeitava que a neuropilina-1 pudesse ser uma porta para o SARS-CoV-2 entrar no sistema nervoso.

Até agora, permanecia sem resposta por que o SARS-CoV-2 infecta órgãos fora do sistema respiratório, como rins, fígado, coração, cérebro e intestinos.

A ligação da neuropilin-1 com a proteína Spike do SARS-CoV-2 já vinha sendo investigada (SARS-CoV-2 Spike protein co-opts VEGF-A/Neuropilin-1 receptor signaling to induce analgesia) por interferir na transmissão de sinais de dor, via supressão da atividade sináptica espinhal espontânea e redução das correntes eletrogênicas nos neurônios sensoriais.

Estudos

A equipe do Reino Unido usou cristalografia de raios-X e abordagem bioquímica para descobrir o papel da neuropilin-1, enquanto o grupo da Finlândia e Alemanha produziu partículas lentivirais que foram pseudotipadas com a proteína Spike SARS-CoV-2 para investigar como o vírus interage com células humanas.

Reino Unido

No estudo Neuropilin-1 is a host factor for SARS-CoV-2 infection, publicado revisado por pares em 20 de outubro na Science, pesquisadores da Universidade de Bristol demonstraram, em laboratório, que a interação com a neuropilin-1 aumenta a invasão SARS-CoV-2 de células humanas em culturas e que anticorpos monoclonais reduzem a capacidade de infecção do vírus.

A imagem mostra células humanas infectadas com SARS-CoV-2 e expressando proteínas virais (mostradas em verde). A remoção da neuropilin-1 (NRP1) das células ou o tratamento das células com um fármaco ou anticorpo direcionado à neuropilin-1 reduz a infecção por SARS-CoV-2. © Universidade de Bristol
A imagem mostra células humanas infectadas com SARS-CoV-2 e expressando proteínas virais (mostradas em verde). A remoção da neuropilin-1 (NRP1) das células ou o tratamento das células com um fármaco ou anticorpo direcionado à neuropilin-1 reduz a infecção por SARS-CoV-2. © Universidade de Bristol

Nos experimentos, o vírus SARS-CoV-2 foi capaz de infectar menos células humanas sem neuropilin-1.

Em células com ambas proteínas, ACE2 e neuropilin-1, o estudo britânico indicou que a infecção por SARS-CoV-2 é maior face as células com apenas uma delas.

Finlândia e Alemanha

No estudo Neuropilin-1 facilitates SARS-CoV-2 cell entry and infectivity, publicado revisado por pares também em 20 de outubro na Science, pesquisadores alemães e finlandeses chegaram às mesmas conclusões do estudo britânico.

Cientistas da Universidade Técnica de Munique, Alemanha, e da Universidade de Helsinque, Finlândia, descobriram, por via diferente dos pesquisadores da Universidade de Bristol, que a neuropilin-1 é crítica para o coronavírus SARS-CoV-2 entrar e infectar células humanas.

A equipe da Universidade de Helsinque descobriu que, embora a neuropilin-1 sozinha dificilmente promova a infecção nas células, quando co-expressa com ACE2 e TMPRSS2, houve uma infecção visivelmente aumentada. Em células Caco-2, que expressam endogenamente ACE2, a expressão de NRP1 aumentou a infecção, sugerindo que ela pode potencializar a infecção na presença de outros fatores do hospedeiro.

"Sabia-se que o SARS-CoV-2 usa o receptor ACE2 para infectar nossas células, mas os vírus costumam usar vários fatores para maximizar seu potencial infeccioso", explica o virologista Giuseppe Balistreri, chefe do grupo de pesquisa de biologia celular viral da Universidade de Helsinque envolvido nos experimentos.

“O ponto de partida de nosso estudo foi a questão de por que o SARS-CoV, um coronavírus que levou a um surto muito menor em 2003, e o SARS-CoV-2, se espalham de maneira tão diferente, mesmo que usem o mesmo receptor principal ACE2", explicou Ravi Ojha, pesquisador do laboratório de Balistreri e um dos principais contribuintes do estudo.

Balistreri revela que “quando a sequência do genoma SARS-CoV-2 ficou disponível, no final de janeiro, algo nos surpreendeu. Comparado com seu parente mais antigo, o novo coronavírus adquiriu uma 'peça extra' em suas proteínas de superfície, que também é encontrada nas pontas de muitos vírus humanos devastadores, incluindo Ebola, HIV e cepas altamente patogênicas de influenza aviária, entre outros. Achamos que isso poderia nos levar à resposta”.

Um esforço de pesquisa internacional, incluindo mais de 30 pesquisadores da Alemanha, Finlândia, Estônia e Austrália, analisou se a neuropilin era importante para a infecção pelo SARS-CoV-2.

Os cientistas descobriram que a proteína neudropilin-1 "potencializa significativamente a infecciosidade da SARS-CoV-2", um efeito que pode ser bloqueado por um anticorpo monoclonal específico.

"Se você pensar no ACE2 como uma fechadura de porta para entrar na célula, então a neuropilina-1 pode ser um fator que direciona o vírus para a porta", disse Balistreri. "A ACE2 é expressa em níveis muito baixos na maioria das células. Portanto, não é fácil para o vírus encontrar portas para entrar. Outros fatores, como a neuropilina-1, podem ajudar o vírus a encontrar sua porta".

Em outro experimento, Ludovico Cantuti-Castelvetri, da Universidade Técnica de Munique, e colegas anexaram partículas de prata à proteínas Spike sintéticas feitas em laboratório e descobriram que essas partículas eram capazes de entrar nas células que carregavam neuropilin-1 em suas superfícies. Quando eles fizeram os mesmos experimentos em ratos vivos, descobriram que as partículas de prata entraram nas células que revestem o nariz. Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que a proteína Spike pode entrar nos neurônios e vasos sanguíneos do cérebro.

Usando tecidos de autópsias humanas, Cantuti-Castelvetri e colegas notaram que a neuropilin-1 estava presente nas células que revestem as vias respiratórias e nasais humanas, enquanto a proteína ACE2 não, demonstrando que a neuropilin-1 fornece uma porta independente para o vírus da covid-19 infectar as células.

Além disso, as células que revestem as passagens nasais de pacientes com covid-19 que foram positivas para neuropilin-1 também foram positivas para a proteína Spike.

No estudo, os autores analisaram autópsias de seis pacientes com covid-19 e detectaram infecção do epitélio olfatório em cinco deles. As células epiteliais olfatórias infectadas mostraram alta expressão de neuropilin-1.

As descobertas confirmaram que Spike usa a proteína neuropilin-1 para infectar células humanas em regiões do corpo onde ACE2 não está presente.

Embora o foco até agora na entrada do SARS-CoV-2 tenha sido quase inteiramente no papel da ACE2, Cantuti-Castelvetri e colegas observaram que o padrão de expressão de ACE2 não corresponde ao tropismo de tecido de SARS-CoV-2.

Para muitos vírus, o tropismo do tecido é determinado pela disponibilidade de receptores de vírus e co-fatores de entrada na superfície das células hospedeiras.

Os achados levantam a possibilidade de que co-fatores sejam necessários para facilitar as interações vírus-célula hospedeira em células com baixa expressão de ACE2.

A neuropilin-1 poderia representar tal fator de potencialização de ACE2; no entanto, também é possível que o SARS-CoV-2 possa entrar nas células independentemente da ACE2 quando as cargas virais são altas.

Cabe notar que outros dois receptores, PIKFyve quinase e CD147, também mostraram se ligar à Spike e facilitar a entrada viral. Se essas proteínas assumirão o papel central ou ficarão em segundo plano em relação à ACE2 e à neuropilin-1, ainda será determinado.

Terapias

Embora ambos os grupos de pesquisa tenham conseguido bloquear a atividade do vírus bloqueando sua interação com a neuropilin-1 em células cultivadas em laboratório, não está claro se o bloqueio dessa interação teria um efeito benéfico em pacientes com covid-19.

“É muito cedo para especular se o bloqueio direto da neuropilin pode ser uma abordagem terapêutica viável, pois pode levar a efeitos colaterais. Isso terá que ser analisado em estudos futuros”, disse Balistreri. “Atualmente nosso laboratório está testando o efeito de novas moléculas que projetamos especificamente para interromper a conexão entre o vírus e a neuropilin. Os resultados preliminares são muito promissores e esperamos obter validações in vivo em um futuro próximo”.

Os estudos também têm implicações para o desenvolvimento de vacinas contra a proteína Spike.

Talvez a implicação mais importante seja que a região de ligação da neuropilin-1 de Spike deve ser direcionada para a prevenção de covid-19.

Como vários outros vírus humanos, incluindo o Ebola, o HIV-1 e cepas altamente virulentas da gripe aviária, também compartilham esta sequência de assinatura de Spike, a neuropilin-1 pode ser um mediador promíscuo da entrada viral.

* Com informações do Clinical OMICs, The Conversation, American Association for the Advancement of Science, Science, International Association for the Study of Pain, Genetic Engineering & Biotechnology News, Science Board

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