Lo studio ha dimostrato che l'inibizione della fosforilazione di una proteina strutturale chiave espressa sui coronavirus ha compromesso l'infezione da SARS-CoV-2 nelle cellule epiteliali polmonari umane.
Il team ha utilizzato inibitori della glicogeno sintasi chinasi 3 (GSK-3) della proteina della cellula ospite per bloccare la fosforilazione della proteina nucleocapside SARS-CoV-2, essenziale per la replicazione del coronavirus.
I ricercatori hanno anche dimostrato che il litio inibitore GSK-3 era associato a un rischio significativamente ridotto di COVID-19
“Il targeting di GSK-3 può quindi fornire una terapia antivirale per COVID-19 e per le infezioni da coronavirus che potrebbero insorgere in futuro, ", afferma Peter Klein dell'Università della Pennsylvania e colleghi.
Una versione prestampata del documento di ricerca è disponibile su medRxiv * server, mentre l'articolo è sottoposto a revisione paritaria.
Studio:mirare alla proteina nucleocapside del coronavirus attraverso l'inibizione di GSK-3 . Credito di immagine:Droneandy/Shutterstock Klein e colleghi avvertono che, dati i principali focolai di coronavirus che si sono verificati negli ultimi due decenni, è probabile che in futuro si verificheranno ulteriori focolai.
“Oltre allo sviluppo di vaccini efficaci, strategie antivirali che mirano a meccanismi conservati nella replicazione e trasmissione del coronavirus potrebbero essere necessarie per COVID-19 e potenziali futuri focolai di coronavirus, " dicono.
La proteina nucleocapside (N) è essenziale per la replicazione del coronavirus, trascrizione e montaggio.
Però, La proteina N espressa dal virus SARS-CoV-1 (che ha causato l'epidemia di SARS 2002-2004) richiede la fosforilazione da parte della cellula ospite GSK-3 nel dominio arginina-serina (RS).
Per di più, il litio inibitore GSK-3, che è già una terapia comune per il disturbo bipolare, compromette la replicazione di vari coronavirus, compreso SARS-CoV-1, virus della diarrea epidemica suina, e virus della gastroenterite trasmissibile.
“Interferire con la dipendenza conservata della proteina N dalla proteina ospite GSK-3 può essere un approccio praticabile per trattare COVID-19 e potenziali futuri focolai di coronavirus, ” scrive Klein e il team.
Gli studi hanno già dimostrato che, nonostante la proteina N di SARS-CoV-1 condivida solo il 20-30% di identità di sequenza con le proteine N di molti altri coronavirus, tutti i virus hanno un dominio RS che si trova tra i domini conservati N-terminale e C-terminale.
Il dominio RS della proteina SARS-CoV-1 N include motivi ripetuti (SXXXS) che sono frequentemente associati alla fosforilazione di GSK-3.
Per di più, uno studio ha recentemente scoperto che la proteina SARS-CoV-2 N è altamente fosforilata all'interno del dominio RS. Però, nessuno studio fino ad oggi ha testato se GSK-3 fosforila la proteina SARS-CoV-2 N o se il litio esercita un effetto antivirale contro SARS-CoV-2.
Ora, Klein e colleghi hanno dimostrato che il dominio RS della proteina SARS-CoV-2 N è simile al 90% a quello della proteina SARS-CoV-1 N e che contengono ciascuno due serie di tre motivi SXXXS.
Sebbene le sequenze proteiche N di altri coronavirus divergano, il team ha anche dimostrato di conservare ancora i motivi SXXXS.
“Poiché troviamo siti di consenso GSK-3 nelle proteine N di diversi coronavirus, Gli inibitori di GSK-3 possono anche essere una terapia antivirale efficace in altre infezioni da coronavirus, compresi quelli che potrebbero sorgere in futuro, “dicono i ricercatori.
Prossimo, Klein e colleghi hanno testato gli effetti di vari inibitori di GSK-3 sulla proteina SARS-CoV-2 N espressa nelle cellule 293T del rene embrionale umano.
Hanno scoperto che il cloruro di litio e molti altri inibitori GSK-3 a piccole molecole, compreso CHIR99021, AR-A014418, ed Enzastaurino, tutta la fosforilazione di N inibita, sostenendo fortemente che GSK-3 è essenziale per la fosforilazione della proteina N.
Per di più, il team ha scoperto che l'inibitore GSK-3 CHIR99021 ha anche compromesso la replicazione di SARS-CoV-2 nella linea cellulare Calu-3 derivata dall'epitelio polmonare umano .
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L'inibitore GSK-3 blocca la replicazione nelle cellule infette da SARS-CoV2:A. Analisi dose-risposta delle cellule Calu-3 trattate con inibitori GSK-3 CHIR99021 o Enzastaurin (UPenn). Le cellule sono state trattate con il farmaco alle concentrazioni indicate e quindi inoculate con SARS-CoV-2. Le cellule sono state fissate a 48hpi e sono stati valutati il conteggio totale delle cellule (verde) e la percentuale di infezione virale (blu) rilevata mediante immunofluorescenza per dsRNA. B. Le cellule Calu-3 sono state trattate con il veicolo o le concentrazioni indicate di CHIR99021, inoculato con SARS-CoV-2, fisso a 48 hpi, e la proteina Spike è stata rilevata mediante immunofluorescenza (UCLA). Enzastaurin non ha avuto alcun effetto sull'infezione virale nelle cellule Calu-3. Poiché il litio è già ampiamente utilizzato per il trattamento del disturbo bipolare, i ricercatori hanno studiato se i pazienti che assumono litio hanno un rischio ridotto di sviluppare COVID-19, rispetto alla popolazione generale.
Hanno condotto un'analisi retrospettiva dei dati di tre principali sistemi sanitari negli Stati Uniti.
I ricercatori hanno incluso i dati per 121, 589 individui dell'Università della Pennsylvania Health System (UPHS), 115, 073 dal Mount Sinai Medical Center (MSMC), e 102, 420 dalla University of Iowa Hospitals and Clinics (UIHC). Tutti i pazienti erano stati testati per SARS-CoV-2 mediante reazione a catena della polimerasi (PCR) a febbraio 2021.
Tra questi individui, 8, 856 (7,2%) pazienti da UPHS, 10, 597 (9,2%) pazienti da MSMC, e 16, 170 (15,8%) pazienti dell'UIHC sono stati confermati positivi al SARS-CoV-2.
In tutti e tre i sistemi sanitari, Il 7% dei pazienti che stavano assumendo litio ha sviluppato COVID-19, rispetto al 15% della popolazione generale.
Per di più, una meta-analisi dei dati utilizzando un modello a effetti casuali ha mostrato che i pazienti che assumevano litio avevano il 49% in meno di probabilità di sviluppare COVID-19 rispetto ai pazienti che non assumevano litio.
Il team propone che l'inibizione della fosforilazione della proteina N sia alla base dell'attività antivirale del litio e di altri inibitori di GSK-3 contro SARS-CoV-2.
“Lo sviluppo di inibitori GSK-3 che inibiscono in modo sicuro ed efficace la fosforilazione di N è un potenziale approccio promettente per controllare SARS-CoV-2 e altre infezioni da coronavirus che potrebbero insorgere in futuro, ” afferma Klein e colleghi.
I ricercatori sottolineano inoltre che l'approccio si basa su un meccanismo chiaro e utilizza test clinici, farmaci ben tollerati che potrebbero essere rapidamente riutilizzati per COVID-19.
medRxiv pubblica rapporti scientifici preliminari non sottoposti a revisione paritaria e, perciò, non deve essere considerato conclusivo, guidare la pratica clinica/comportamento relativo alla salute, o trattati come informazioni stabilite.
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