Pin1 – un tipo di prolina isomerasi – è indispensabile per la propagazione del nuovo coronavirus

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  • Attualmente, non ci sono farmaci disponibili in commercio per il trattamento di nuove infezioni da coronavirus che siano facili da assumere e che funzionino specificamente contro il virus.
  • Abbiamo scoperto che Pin1  (※1) , un tipo di prolina isomerasi  (※2)  presente nelle cellule del corpo, è indispensabile per la propagazione del nuovo coronavirus.
  • Inoltre, abbiamo scoperto che i nostri composti inibitori Pin1 di nuova concezione inibiscono fortemente la propagazione del nuovo coronavirus. Stiamo ora migliorando i composti per sviluppare nuovi agenti terapeutici contro le infezioni da coronavirus.

Introduzione

Il Professor Tomoichiro Asano (Dipartimento di Chimica Medica) e il Professor Takemasa Sakaguchi (Dipartimento di Virologia) della  Graduate School of Medical Sciences , Università di Hiroshima hanno rivelato che un enzima della prolina isomerasi chiamato Pin1 presente nelle cellule infette è essenziale per la propagazione del nuovo coronavirus , sulla base di esperimenti in cui è stata soppressa l’espressione di Pin1.

In collaborazione con il professor Takayoshi Okabe (The University of Tokyo) e il professor Hisanaka Ito (Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences), hanno aggiunto nuovi inibitori Pin1 alle cellule infettate dal nuovo coronavirus e hanno scoperto che sopprimeva fortemente la crescita del virus.

L’effetto antivirale del nuovo inibitore Pin1 è stato osservato anche quando il composto è stato aggiunto dopo che le cellule sono state infettate dal virus. I risultati suggeriscono fortemente che gli inibitori di Pin1 possono essere un potenziale agente terapeutico per il trattamento delle infezioni da COVID-19.

Questa ricerca è stata supportata dal programma di ricerca AMED per la promozione di farmaci innovativi per le malattie infettive emergenti e riemergenti con il titolo “Sviluppo di agenti terapeutici per nuove infezioni da coronavirus (COVID-19) utilizzando composti inibitori Pin1″ (Rappresentante: Professor Tomoichiro Asano ), e i risultati della ricerca saranno pubblicati online sulla rivista accademica americana  Scientific Reports  alle 10:00 del 17 settembre (18:00 JST del 17 settembre 2021).

Dettagli dell’annuncio

[Base]

Le nuove infezioni da coronavirus, che si stanno diffondendo dall’inizio del 2020, sono diventate non solo una seria minaccia medica e sanitaria nei paesi di tutto il mondo, ma anche un grave ostacolo a una vasta gamma di attività comunitarie, comprese quelle economiche.

Sebbene siano stati sviluppati diversi vaccini e la percentuale di persone vaccinate sia in aumento, il numero di persone infette è ancora in aumento, rendendo difficile per le persone riprendere le attività economiche.

Inoltre, si verifica continuamente l’emergere di ceppi mutanti più infettivi che sfuggono all’immunità, rendendo impossibile contenere questa malattia infettiva con i soli vaccini.
Pertanto, oltre ai vaccini, è ampiamente riconosciuta la necessità di agenti terapeutici che possano essere utilizzati dopo l’infezione con nuovi coronavirus.

[Dettagli dei risultati della ricerca]

È stato precedentemente riportato che Pin1, una delle famiglie di enzimi prolina isomerasi, è coinvolta nella promozione di diversi tipi di replicazione virale. Negli individui obesi, l’espressione di Pin1 è aumentata in vari organi e, allo stesso tempo, questi individui sono noti per essere più suscettibili alle gravi infezioni da COVID-19.

Per indagare sulla relazione tra Pin1 e la propagazione del nuovo coronavirus, il gruppo di ricerca ha prima eliminato Pin1 nelle cellule Vero  (※3)  e poi le ha infettate con il nuovo coronavirus.

Di conseguenza, hanno scoperto che il virus potrebbe essere quasi completamente incapace di proliferare nelle cellule.

Hanno quindi selezionato i composti che hanno inibito la proliferazione del nuovo coronavirus tra i circa 600 composti a piccole molecole che hanno recentemente sviluppato come inibitori di Pin1 e hanno ottenuto cinque composti con una forte attività antivirale (Fig. 1).

Con questi composti, hanno condotto esperimenti in cui le cellule Vero sono state trattate con i composti e infettate con il nuovo coronavirus e, come prima, la replicazione del virus è stata quasi completamente inibita (Fig. 2).

Inoltre, hanno scoperto che gli inibitori di Pin1 potrebbero inibire la replicazione virale anche se aggiunti 6 ore dopo l’infezione delle cellule Vero con il nuovo coronavirus. I risultati suggeriscono che l’inibitore Pin1 blocca il processo di replicazione virale nella cellula dopo che il virus è entrato nella cellula.

[Sviluppi futuri]

In futuro, ci sono piani per ottimizzare l’inibitore Pin1 utilizzato nella carta mediante modifica chimica per sviluppare un composto che inibisca la replicazione del nuovo coronavirus a concentrazioni più basse che hanno meno probabilità di causare effetti collaterali.

Lo sviluppo dell’inibitore Pin1 viene condotto in collaborazione con la Drug Discovery Initiative dell’Università di Tokyo e l’Università di farmacia e scienze della vita di Tokyo, per passare rapidamente dagli esperimenti sugli animali alle sperimentazioni cliniche e alla fine ottenere un farmaco terapeutico di successo per il trattamento di Infezioni da COVID-19.

Dati di riferimento

Figura 1:  Cinque composti con una forte attività inibitoria contro il nuovo coronavirus, che mostrano le loro strutture chimiche

Figura 2:  Quando le cellule in coltura vengono infettate con il nuovo coronavirus e trattate con H-77, uno dei composti inibitori di Pin1, la replicazione virale e la sintesi proteica virale vengono inibite quando la concentrazione di H-77 è elevata (7,5 µM, 10 µM) .

Glossario di termini

(※1) Pin1
Prolyl isomerasi 1, è una prolina isomerasi che converte gli orientamenti strutturali cis e trans degli amminoacidi prolina in una proteina che trasporta un motivo di sequenza [-fosfoserina-prolina-] o [-fosfotreonina-prolina-]. Sebbene Pin1 non sia essenziale per la vita poiché i topi privi di Pin1 nascono e crescono normalmente, i topi con deficit di Pin1 sviluppano osteoporosi, perdita di peso, atrofia testicolare, perdita di cellule germinali, atrofia della pelle e atrofia del seno in età avanzata.

(※2) Prolina isomerasi
Dei 20 amminoacidi che compongono le proteine, solo il legame peptidico della prolina può formare isomeri cis o trans strutturali. Nelle cellule del corpo, gli enzimi della prolina isomerasi convertono gli isomeri tra cis e trans e Pin1 è un membro di questa famiglia di enzimi.

(※3) Cellule Vero Le cellule
Vero sono cellule in coltura derivate dall’epitelio renale della scimmia verde africana. Le cellule Vero sono ampiamente utilizzate in tutto il mondo e sono tipicamente impiegate nella valutazione delle tossine prodotte da E. coli (verotossina) e per la coltura di virus. Le cellule utilizzate in questo studio sono specificamente cellule VeroE6/TMPRSS, in cui il gene TMPRSS2 è stato introdotto nella sottolinea E6 delle cellule Vero in modo che sia espresso stabilmente, il che aumenta l’efficienza dell’infezione da parte del nuovo coronavirus.

Informazioni sulla pubblicazione dell’articolo

  • Rivista: rapporti scientifici
  • Titolo dell’articolo: La prolil isomerasi Pin1 svolge un ruolo essenziale nella proliferazione di SARS-CoV-2, indicando la sua possibilità come nuovo bersaglio terapeutico.
  • Autori: Takeshi Yamamotoya 1 , Yusuke Nakatsu 1 , Machi Kanna 1 , Shun Hasei 1 , Yukino Ohata 1 , Jeffrey Encinas 2 , Hisanaka Ito 3 , Takayoshi Okabe 4 , Tomoichiro Asano 1 * , Takemasa Sakaguchi 5
    1. Dipartimento di Medicina Chimica, Graduate School of Biomedical and Health Sciences, Hiroshima University
    2. Anenti Therapeutics Japan, Inc.
    3. School of Life Sciences, Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences
    4. Drug Discovery Initiative, Università di Tokyo
    5. Dipartimento di Virologia, Graduate School of Biomedical and Health Sciences, Hiroshima University
    *Autore corrispondente
  • DOI: 10.1038 / s41598-021-97972-3

Discussione

Questo studio è il primo studio a dimostrare il ruolo essenziale di Pin1 nella proliferazione di SARS-CoV-2 e la possibilità dell’inibizione di Pin1 come terapia promettente contro COVID-19. Nel presente studio, il knockdown di Pin1 da parte di siRNA ha inibito la crescita di SARS-CoV-2. D’altra parte, abbiamo eseguito esperimenti di sovraespressione utilizzando un plasmide di espressione Pin1, ma i risultati non erano chiari.

Pin1 è sovraregolato nelle cellule VeroE6/TMPRSS2, il che potrebbe aver reso difficile ottenere risultati dall’esperimento di sovraespressione. Pin1 tende ad essere sovraregolato nelle cellule tumorali e nelle cellule con proliferazione attiva10,11. È stato confermato che le attività inibitorie dei nostri inibitori Pin1, H-77, H-175, H-363, H-371 e H-596, inibiscono l’attività dell’enzima Pin1 in un test PPIasi in vitro utilizzando la proteina Pin1 ricombinante (Tabella supplementare 1 ).

Tuttavia, potenziali effetti non specifici su altre proteine ​​come altri enzimi PPIasi o chinasi non sono stati ancora sufficientemente esclusi. D’altra parte, secondo quanto riferito, l’ATRA inibisce l’attività Pin1 ma non influenza l’attività di FKBP o ciclofilina20. Pertanto, i nostri risultati utilizzando siRNA Pin1 e ATRA supportano fortemente il coinvolgimento di Pin1 piuttosto che quello di altre PPIasi nella proliferazione di SARS-CoV-2.

Ipotizziamo che sia altamente probabile che gli effetti inibitori dei nostri cinque composti sulla proliferazione di SARS-CoV-2 siano mediati specificamente dall’inibizione di Pin1, sebbene non si possa escludere la possibilità dell’esistenza di uno o più meccanismi aggiuntivi.

È interessante notare che Pin1 è stato anche segnalato per aumentare la proliferazione di molti altri virus tra cui il virus dell’immunodeficienza umana di tipo 1 (HIV-1)15, il virus dell’epatite C (HCV)16, il virus di Epstein-Barr (EBV)17, il virus T-linfotropico umano tipo 1 (HTLV-1)18 e coronavirus felino14.

I meccanismi molecolari alla base del potenziamento della proliferazione virale indotto da Pin1 possono essere ampiamente suddivisi in due meccanismi. Uno è la mediazione mediante una maggiore produzione di proteine ​​oncogene o infiammatorie nelle cellule ospiti tramite l’associazione di Pin1 con la ciclina D1, NF-kB e Tax18. L’altro è il coinvolgimento diretto

t di Pin1 in vari aspetti del ciclo di vita dei virus come l’esuviazione del nucleo, l’integrazione del genoma e la replicazione dell’RNA o del DNA. Ad esempio, è stato dimostrato che Pin1 contribuisce alla rimozione del rivestimento del nucleo dell’HIV-1, alla trascrizione inversa del genoma dell’RNA e all’integrazione del DNA genomico dell’HIV-1 nei cromosomi15.

Nel caso dell’EBV, Pin1 si lega alla subunità della DNA polimerasi, denominata BALF5, e migliora la replicazione17. I nostri risultati suggeriscono che Pin1 svolge un ruolo critico nella trascrizione del gene virale o nelle fasi precedenti dopo l’invasione di SARS-CoV-2 nelle cellule e quindi sembra essere indispensabile per la proliferazione di SARS-CoV-2. Sono necessari ulteriori studi per identificare la proteina bersaglio di Pin1 e le sue funzioni nel ciclo di vita di SARS-CoV-2.

In conclusione, il nostro studio ha mostrato chiaramente un ruolo essenziale di Pin1 nella proliferazione di SARS-CoV-2. Di conseguenza, l’uso di inibitori Pin1 potrebbe essere una terapia efficace contro COVID-19. Il nostro studio ha anche indicato la necessità di ottimizzare e/o sviluppare nuovi composti con una potente attività inibitoria di Pin1 e un’elevata specificità.

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