Pesquisadores da University of Maryland, Baltimore County (UMBC) descobriram uma etapa crucial que os enterovírus utilizam para se reproduzir dentro das células humanas. Os resultados, publicados na Nature Communications, explicam como vírus responsáveis por doenças como poliomielite, encefalite, miocardite e até o resfriado comum assumem o controle da maquinaria celular para se copiarem. Cientistas afirmam que essa descoberta pode, eventualmente, auxiliar pesquisadores a desenvolver uma nova geração de medicamentos antivirais capazes de atacar diversos enterovírus de uma só vez.
O estudo foi liderado por Deepak Koirala, professor associado de química e bioquímica na UMBC, em colaboração com o recente doutorando Naba Krishna Das. O trabalho deles ajuda a responder perguntas antigas sobre como esses vírus iniciam a replicação após invadir uma célula.
“Meu laboratório tem se mostrado bastante motivado para entender como os vírus de RNA produzem suas proteínas dentro da célula e multiplicam seu genoma para gerar mais partículas virais”, afirma Koirala. Trabalhos anteriores da equipe identificaram uma importante estrutura em forma de trevo dentro do RNA do vírus. O novo estudo demonstra como essa estrutura recruta as proteínas necessárias para construir a maquinaria de replicação viral.
Como os Enterovírus se Reproduzem nas Células
Os enterovírus possuem genomas de RNA muito pequenos que precisam realizar duas funções ao mesmo tempo. O RNA viral deve direcionar a produção de proteínas virais enquanto também serve de molde para a criação de 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 quebra longas cadeias de aminoácidos nas proteínas separadas que o vírus necessita. A parte 3D atua como uma RNA polimerase, uma enzima que copia o RNA viral para que o vírus possa se reproduzir. As células humanas não contêm naturalmente esse tipo de polimerase, o que significa que o vírus precisa fornecer sua própria versão.
“Anteriormente, determinamos a estrutura do RNA isoladamente, e outros grupos esclareceram a estrutura de 3C e 3D, mas agora capturamos a estrutura do RNA e das proteínas juntas, então sabemos como elas interagem”, explica Koirala. “Descobrimos que é o domínio 3C de 3CD que se liga ao RNA no genoma viral e, em seguida, recruta os outros componentes, como a proteína host PCBP2, para montar o complexo de replicação.”
Os pesquisadores também descobriram que esse complexo molecular funciona como um interruptor. Quando 3CD está anexado, o vírus copia seu genoma de RNA. Quando a proteína se desanexa, o RNA se torna disponível para a produção de proteínas virais em vez disso.
Pesquisadores Resolvem um Mistério Viral Antigo
Para examinar essas interações em detalhes, a equipe usou cristalografia de raios X para visualizar o cloverleaf de RNA e a proteína 3CD juntas. Eles também se valeram da calorimetria de titulação isotérmica (ITC), que mede o calor liberado quando as moléculas se ligam, e interferometria de biocamada (BLI), que utiliza mudanças na interferência da luz para rastrear quanto tempo as moléculas permanecem unidas.
Os experimentos ajudaram a resolver um debate científico em andamento. Os pesquisadores mostraram que duas moléculas completas de 3CD, cada uma levando sua própria RNA polimerase, se ligam lado a lado no RNA viral. Pesquisas anteriores haviam proposto que as proteínas formavam um único par fundido em vez disso.
Os cientistas ainda não compreendem plenamente por que duas cópias são necessárias, mas o novo estudo proporciona uma visão muito mais clara de como o processo de replicação se inicia.
Potencial para Medicamentos Antivirais de Amplo Espectro
Uma das descobertas mais promissoras foi o quão semelhante parecia o mecanismo entre os sete enterovírus examinados no estudo. Os vírus compartilhavam estruturas de cloverleaf de RNA quase idênticas e comportamentos de ligação.
Esse nível de semelhança sugere que a estrutura de RNA é extremamente importante para a sobrevivência viral. Mutações significativas provavelmente comprometeriam a replicação, tornando a estrutura um potencial alvo estável para medicamentos em diversos enterovírus.
Os pesquisadores afirmam que isso levanta a possibilidade de desenvolver medicamentos antivirais de amplo espectro que poderiam funcionar contra toda uma família de vírus, ao invés de um único patógeno.
Cientistas já estão desenvolvendo medicamentos que interferem com as proteínas 3C e 3D, mas as novas descobertas revelam outra estratégia possível.
Medicamentos que interferem na atividade de 3C e 3D já estão em desenvolvimento, mas “agora temos outra camada a testar”, diz Koirala. “E se nós focarmos no RNA ou na 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 medicamentos para alvos específicos.”
Koirala comenta que o estudo destaca quão surpreendentemente sofisticados os vírus podem ser, apesar de seus genomas minúsculos.
“Os vírus são tão, tão inteligentes. Todo o seu genoma é equivalente a aproximadamente uma sequência de mRNA em humanos, e ainda assim eles são tão eficazes”, diz Koirala. Seu trabalho mais recente demonstra “por que precisamos investigar essa ciência básica — para que possamos traduzir isso em desenvolver medicamentos que visem patógenos que causam tantas doenças nocivas.”
