- Gli scienziati non comprendono ancora appieno come le singole mutazioni nelle varianti SARS-CoV-2 influenzino la contagiosità o la gravità della malattia.
- Per entrare in una cellula umana, la proteina spike del SARS-CoV-2 deve essere attivata. Ciò accade in seguito alla scissione da parte di un enzima chiamato furina.
- Gli scienziati hanno teorizzato che le mutazioni nel sito di scissione della furina potrebbero svolgere un ruolo importante nella capacità di infettare o replicarsi nelle cellule umane.
- Contrariamente alle aspettative, gli autori di un nuovo studio hanno scoperto che questa mutazione non ha influenzato la capacità del virus di entrare o diffondersi tra le cellule.
- Alcune varianti di interesse, come Delta e Omicron, hanno anche mutazioni nello stesso sito di scissione della furina e questo studio può aiutare a comprendere i cambiamenti nella loro contagiosità e capacità di produrre malattie.
La variante SARS-CoV-2 Alpha, una volta nota come B.1.1.7, porta una mutazione nel sito in cui la sua proteina spike viene scissa da un enzima chiamato furin.
Gli scienziati credevano che questa mutazione potesse contribuire all’aumento della trasmissibilità di Alpha o alla gravità della malattia.
Tuttavia, un recente studio condotto da ricercatori della Cornell University, a Ithaca, NY, suggerisce che questa mutazione nel sito di scissione della furina non ha influenzato la capacità di Alpha di diffondersi o infettare le cellule.
In altre parole, mutazioni diverse da quelle nel sito di scissione della furina sono probabilmente responsabili delle maggiori capacità di Alpha di trasmettere e causare malattie.
La variante di Omicron recentemente emersa ha molte mutazioni simili a quelle di Alpha, inclusa la mutazione nel sito di scissione per la furina.
L’autore principale dello studio, il dottor Gary Whittaker, virologo della Cornell, spiega: “Omicron ha molte delle stesse caratteristiche di Alpha. Quindi, ciò che abbiamo appreso su Alpha ci aiuta a capire Omicron e le possibili varianti future”.
La maggiore contagiosità ma la ridotta gravità della malattia di Omicron, rispetto ad Alpha, sono probabilmente dovute ad altre differenze genetiche.
Il nuovo studio appare sul diario iScienza.
Sito di scissione di Furin
Errori durante la replicazione del virus SARS-CoV-2 provocano mutazioni nel suo genoma. Questo produce varianti.
Sebbene le mutazioni siano costantemente prodotte mentre si replica SARS-CoV-2, solo a
Gli esperti devono ancora comprendere il ruolo preciso delle singole mutazioni nel migliorare la trasmissione del virus o nel causare malattie più gravi.
La variante Alpha, identificata per la prima volta nel Regno Unito nell’autunno del 2020, era del 45-71% più trasmissibile del SARS-CoV-2 di tipo selvatico originario di Wuhan, in Cina. L’alfa è stata anche associata ad un aumento della gravità della malattia.
La variante Alpha aveva 23 mutazioni nel suo genoma, di cui nove nel gene che codifica per la proteina spike.
Gli scienziati hanno osservato molteplici mutazioni della proteina spike nelle diverse varianti di interesse e alcune di queste
La proteina spike è espressa sulla superficie di SARS-CoV-2 e consente al virus di legarsi al recettore dell’enzima di conversione dell’angiotensina 2 sulla superficie delle cellule umane.
Si ritiene che la scissione della proteina spike in un sito specifico da parte dell’enzima furina, che le cellule umane esprimono, sia essenziale per facilitare l’ingresso del virus nelle cellule epiteliali e polmonari delle vie aeree.
Una mutazione nel gene della proteina spike della variante Alpha si trova nel sito di scissione della furina. Le modifiche nella sequenza di questo sito possono influenzare la trasmissibilità di SARS-CoV-2.
Il presente studio ha caratterizzato la capacità di questa mutazione nel sito di scissione della furina della variante Alpha di influenzare la capacità del virus di infettare e replicarsi nelle cellule umane.
Saggi biochimici
Per comprendere l’impatto di questa particolare mutazione, i ricercatori hanno prima utilizzato a
L’analisi bioinformatica prevedeva che la mutazione nel sito di scissione della furina nella variante Alpha avrebbe leggermente migliorato la scissione della proteina spike da parte dell’enzima furina.
I ricercatori hanno anche condotto un test biochimico in laboratorio per confermarlo. Hanno incubato un breve frammento della proteina spike contenente il sito di scissione della furina dalla variante alfa e SARS-CoV-2 wild-type con la furina.
L’analisi ha mostrato che il frammento proteico della punta della variante Alpha è stato tagliato in misura leggermente maggiore rispetto al SARS-CoV-2 di tipo selvaggio, ma solo a un pH specifico.
Inserimento cellulare
I ricercatori hanno quindi utilizzato pseudoparticelle per valutare l’impatto della mutazione nel sito di scissione della furina sulla capacità di SARS-CoV-2 di entrare nelle cellule umane.
Queste pseudoparticelle sono costituite da un virus surrogato diverso da SARS-CoV-2 che esprime una specifica proteina SARS-CoV-2. Hanno i componenti essenziali per infettare una cellula ma non possono replicarsi, rendendoli innocui.
Nel presente studio, i ricercatori hanno utilizzato pseudoparticelle che esprimono la proteina spike da SARS-CoV-2 wild-type e la variante Alpha.
I ricercatori hanno anche utilizzato un terzo tipo di pseudoparticella che esprimeva una forma modificata di proteina spike SARS-CoV-2 di tipo selvaggio che includeva una particolare alterazione trovata nella variante Alpha.
Questa proteina spike SARS-CoV-2 di tipo selvaggio modificata ha avuto solo un cambiamento nel sito di scissione della furina, che è stata causata da una specifica mutazione della variante alfa, ma non ha avuto gli altri cambiamenti osservati nella proteina spike della variante alfa.
I ricercatori hanno confrontato la capacità di questi tre pseudovirus che esprimono diverse proteine spike di infettare le cellule Vero, che sono cellule renali coltivate in laboratorio.
SARS-CoV-2 può entrare nelle cellule entro
I ricercatori hanno utilizzato due tipi di cellule Vero. Uno ha espresso TMPRSS2 e ha favorito l’ingresso mediante fusione. L’altra linea cellulare ha favorito l’ingresso del virus attraverso la via endosomiale.
Non c’era differenza nelle capacità degli pseudovirus che esprimono le tre diverse proteine spike di infettare entrambi i tipi di cellule Vero.
In altre parole, la presenza della mutazione nel sito di scissione della furina della proteina spike della variante Alpha non ha migliorato l’ingresso cellulare, attraverso o il TMPRSS2 o vie endosomiche.
Poiché le cellule Vero sono derivate dal rene, i ricercatori hanno quindi infettato le cellule coltivate in laboratorio dal tratto respiratorio umano con le pseudoparticelle che esprimono le tre proteine spike.
Le pseudoparticelle che esprimono il picco della variante Alpha erano leggermente più efficaci nell’infettare le cellule del tratto respiratorio rispetto a quelle con il picco del virus di tipo selvaggio.
È interessante notare che le pseudoparticelle che trasportano il picco SARS-CoV-2 di tipo selvaggio con la mutazione nel sito di scissione della furina non differivano dal virus di tipo selvaggio nella loro capacità di infettare le cellule del tratto respiratorio.
I risultati dell’esperimento con cellule del tratto respiratorio suggeriscono che mutazioni diverse da quella nel sito di scissione della furina sono probabilmente responsabili dell’aumentata capacità della variante Alpha di trasmettere e causare malattie.
Crescita e fusione cellulare
I ricercatori hanno quindi confrontato la capacità dei campioni di SARS-CoV-2 wild-type e della variante Alpha di replicarsi nelle due linee cellulari Vero e nelle cellule del tratto respiratorio umano.
Titoli virali simili sono stati osservati in tutti e tre i tipi cellulari, suggerendo che la variante Alpha non si è replicata più rapidamente del SARS-CoV-2 di tipo selvaggio.
La proteina spike SARS-CoV-2 è anche nota per mediare la fusione delle cellule infette con le cellule adiacenti non infette, facilitando così la diffusione del virus nei polmoni.
Poiché non c’erano differenze tra le capacità della variante Alpha e SARS-CoV-2 di tipo selvaggio di infettare o replicarsi nelle cellule umane, i ricercatori hanno deciso di studiare eventuali differenze nelle capacità di queste proteine spike di indurre la fusione cellulare. I ricercatori hanno scoperto che il picco della variante Alpha non migliorava la fusione cellulare nelle due linee cellulari di Vero.
In sintesi, lo studio suggerisce che il cambiamento specifico nel sito di scissione della furina nella proteina spike della variante Alpha può aumentarne la scissione. Ma non aumenta la capacità della variante di infettare o replicarsi nelle cellule umane.
Come osserva il dottor Whittaker, il sito di clivaggio della furina potrebbe, in effetti, “essere relativamente irrilevante”.
Scissione Furin e varianti di preoccupazione
Il
Come la variante Alpha, la variante Delta ha una mutazione nel sito di scissione della furina. Tuttavia, questa mutazione è diversa da quella di Alpha ed è associata a una maggiore scissione da parte della furina.
Anche questa mutazione di Delta è associata
Tuttavia, la variante Omicron emersa nel novembre 2021 ha una mutazione identica alla variante Alpha.
Il Dr. Whittaker afferma: “Omicron è tornata al punto di partenza. È tornato allo stesso cambiamento genetico nel sito di scissione della furina che aveva Alpha. In sostanza ha fatto un grande passo indietro nella sua traiettoria evolutiva come agente patogeno”.
“L’alfa causerebbe la fusione delle cellule. Delta fonderebbe le cellule ancora di più… ma poi arriva Omicron e le sue cellule ospiti non si stanno affatto fondendo. È andato completamente all’indietro”, spiega.
Per gli aggiornamenti in tempo reale sugli ultimi sviluppi relativi al COVID-19, fare clic qui.
