COVID-19: l’importanza dell’integrazione di selenio e glutatione per prevenire la gravità della malattia

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L’ultima ricerca SARS-CoV-2 condotta dallo scienziato del Dipartimento di Chimica e Biochimica dell’Università della Carolina del Nord Greensboro-USA ha scoperto che la proteasi principale SARS-CoV-2 (Mpro) prende di mira le selenoproteine ​​dell’ospite umano e la biosintesi del glutatione per il knockdown tramite proteolisi, interrompendo potenzialmente i cicli redox della tioredossina e della glutaredossina.

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista peer reviewed: Antioxidants

https://www.mdpi.com/2076-3921/12/3/559
 https://doi.org/10.3390/antiox12030559 www.mdpi.com/journal/antioxidants

Il rischio di una continua comparsa di nuove varianti SARS-CoV-2 che possono eludere i nostri attuali vaccini e anticorpi monoclonali terapeutici [2], insieme a un numero crescente di casi di “COVID lungo” che sorgono a seguito del numero cumulativo in continua espansione di I sopravvissuti a COVID-19 [3], evidenziano la necessità di modalità terapeutiche complementari che possano moderare la patogenicità virale attraverso effetti sui fattori dell’ospite, che sono geneticamente stabili rispetto ai bersagli virali.

Fattori dietetici tra cui vitamine, minerali e molecole regolatrici come il glutatione (GSH) sono potenzialmente adatti a questo scopo, sebbene i loro meccanismi, efficacia e potenziale utilità nel trattamento di COVID-19 rimangano controversi, ad esempio nel caso della vitamina D , che continua a suscitare affermazioni diametralmente opposte documentate in numerosi studi apparentemente ben condotti [4-8].

Uno dei primi micronutrienti per i quali sono emerse prove di un ruolo significativo nel COVID-19, anche nei primi mesi della pandemia, è l’oligoelemento selenio (Se) [9-11]. Il fatto che più gruppi di ricerca di diversi paesi abbiano studiato intensamente questa questione, quasi dall’inizio della pandemia, non è così sorprendente alla luce di oltre 40 anni di prove accumulate che hanno dimostrato fermamente i legami tra lo stato di Se e l’esito clinico di vari infezioni virali, tra cui HIV-1, cox-sackievirus, virus dell’epatite, hantavirus, virus dell’influenza e, più recentemente, SARS-CoV-2, come dettagliato in molte recensioni recenti [12-19].

L’enorme numero di nuovi articoli di revisione sul ruolo di Se nelle infezioni virali e il suo significato per COVID-19, riflette il più grande riaccendersi di interesse per questo argomento in diversi decenni.

In tutte le revisioni citate sopra, i ruoli fondamentali delle selenoproteine ​​note in vari processi biologici come l’immunità e l’infiammazione sono stati tipicamente l’obiettivo principale; questi meccanismi noti vengono quindi utilizzati per spiegare come la carenza di Se nelle popolazioni possa esacerbare le infezioni virali e COVID-19 in particolare.

Nelle loro revisioni, Rayman e colleghi sono andati un po’ più in profondità, considerando anche la potenziale importanza di (1) ruoli antivirali diretti delle specie Se redox-attive a basso peso molecolare e (2) la possibilità che alcuni virus e SARS-CoV-2 in particolare, impiegare meccanismi progettati per ostacolare i meccanismi di difesa mediati dalla selenoproteina critica attraverso la soppressione attiva dell’espressione genica della selenoproteina, potenzialmente sia a livello di RNA che di proteine ​​[14,19].

L’importanza di Se per la risposta immunitaria stava già emergendo alla fine degli anni ’70 [20], e negli anni ’90 era ben noto che era un nutriente essenziale per la funzione immunitaria, nonché per le difese antiossidanti e la sopravvivenza cellulare [21 –23]. Questa comprensione fondamentale vecchia di decenni è stata ora notevolmente ampliata dalla scoperta di ulteriori selenoproteine ​​umane e dei loro ruoli nel sistema immunitario [24,25].

Questa conoscenza tendeva a favorire una mentalità secondo cui l’espressione sub-par di specifiche selenoproteine ​​che portano a un’immunità compromessa è la base principale dei collegamenti tra Se e patologia virale, che quindi sono fondamentalmente un problema limitato alle popolazioni carenti di Se, e possibilmente a quelle con comorbidità che potrebbe compromettere la funzione della selenoproteina.

Questo modello applicato a SARS-CoV-2 è rappresentato dalla Figura 2 nella revisione di Bermano et al. [12]. Tuttavia, se è vero che livelli inadeguati di selenoproteine ​​critiche minano l’immunità e altri processi essenziali dell’ospite, aumentando così la vulnerabilità alla patogenesi virale, allora dovrebbe essere altrettanto vero che un virus potrebbe beneficiare sopprimendo attivamente i livelli di quelle stesse selenoproteine.

In tal caso, gli individui con un’adeguata assunzione dietetica ma un’elevata carica virale potrebbero soffrire di una funzione selenoproteica compromessa a causa del knockdown virale e quindi potenzialmente potrebbero beneficiare di un aumento dell’assunzione sopranutrizionale di Se.

Sulla base di un’ulteriore analisi dei dati di Zhang et al., correlando lo stato di Se (basato sull’analisi dei capelli) con i tassi di recupero da COVID-19 nelle città cinesi [9], Figura 1 di Rayman et al. [19] suggerisce che, in effetti, esiste un effetto protettivo dell’assunzione dietetica di Se a livelli che superano quelli precedentemente dimostrati sufficienti per ottimizzare l’espressione di selenoproteine ​​critiche come il glutatione perossidasi 1 (GPX1) e la selenoproteina P (SelenoP).

Ciò implica che c’è molto di più in corso con Se in COVID-19 oltre alla semplice rettifica di una carenza alimentare.
Inoltre, in un’analisi degli effetti dell’infezione da SARS sull’espressione degli mRNA della seleno-proteina nelle cellule Vero, Wang et al. hanno riportato che sei dei 25 mRNA di selenoproteine ​​conosciuti erano significativamente soppressi nelle cellule infette [26]. Nel caso della tioredossina reduttasi 3 (TXNRD3), sono state presentate anche prove coerenti con la possibilità di un’interazione antisenso tra l’mRNA della selenoproteina e l’mRNA virale come possibile meccanismo di soppressione dell’mRNA.

Questi risultati supportano fortemente l’ipotesi che SARS-CoV-2 sia attivamente impegnato nel knockdown basato sulla soppressione dell’mRNA di un certo numero di selenoproteine ​​dell’ospite, tra cui glutatione perossidasi 4 (GPX4), TXNRD3 e quattro selenoproteine ​​residenti nel reticolo endoplasmatico (ER). 26].

La prova di una possibile strategia attiva di abbattimento della selenoproteina da parte di SARS-CoV-2 a livello proteico è stata presentata da Taylor e Radding [27]. Utilizzando metodi computazionali basati su server Web, abbiamo identificato brevi sequenze proteiche in una manciata di proteine ​​ospiti che corrispondono strettamente alle sequenze bersaglio note della proteasi principale SARS-CoV-2 (Mpro, chiamata anche proteasi 3CL).

I siti di clivaggio Mpro candidati sono stati identificati in quattro selenoproteine: selenoproteina F (SelenoF), SelenoP, GPX1 e tioredossina reduttasi 1 (TXNRD1), nonché in due proteine ​​convenzionali: glutaredossina (GLRX-1) e la subunità catalitica della γ-glutammato cisteina ligasi (GCLC), l’enzima limitante la velocità per la sintesi del GSH.

Un ulteriore esame utilizzando le strutture 3D disponibili ha suggerito che tutti questi potenziali siti di scissione Mpro sono vicini alla superficie della proteina dove sarebbero accessibili alla proteasi virale, come mostrato nella Figura S3 di riferimento [27].

Va notato che sono stati identificati altri bersagli cellulari confermati e non confermati delle proteasi SARS-CoV-2, sia Mpro che la “proteasi simile alla papaina” (PLpro) virale [28-31]. Gli obiettivi Mpro sperimentalmente confermati includono tre proteine ​​coinvolte nelle risposte immunitarie innate dell’ospite: NLR Family Pyrin Domain Containing 12 (NLRP12), Interleukin-1 Receptor-Associated Kinase 1 (IRAK1) e TGF-Beta Activated Kinase 1 (TAB1) e inoltre, C-Terminal-Binding Protein 1 (CTBP1), una proteina coinvolta nel controllo dello sviluppo cellulare, dell’oncogenesi e dell’apoptosi [29,30].

La funzione primaria delle proteasi virali è la maturazione del virione tramite l’elaborazione della poliproteina virale, per formare i componenti strutturali funzionali del virione, nonché gli enzimi virali e le proteine ​​​​regolatrici. Tuttavia, è anche ben stabilito che alcune proteasi virali si sono coevolute per colpire ulteriormente specifiche proteine ​​dell’ospite, il cui knockdown può facilitare alcuni aspetti della replicazione virale o della patogenesi, ad esempio, come rivisto da Blanco et al. nel caso dell’HIV-1, solo per fare un esempio [32]. Nel caso della biosintesi del GSH e della selenoproteina TXNRD1 come potenziali bersagli della proteasi virale [27], esiste una chiara motivazione su come il loro knockdown aiuterebbe la replicazione di un virus a RNA come SARS-CoV-2.

Interferendo con i due cicli redox essenziali necessari per sostenere l’azione della ribonucleotide reduttasi, il knockdown proteolitico sia di TXNRD1 che di GCLC è coerente con una strategia virale per inibire la sintesi del DNA, per conservare il pool di ribonucleotidi per una maggiore produzione di virione [33]. Questa ipotesi sarà esaminata in dettaglio nella sezione 4.

Pertanto, lo scopo principale di questo lavoro era valutare sperimentalmente la funzionalità dei potenziali siti di clivaggio Mpro nelle sei proteine ​​​​ospiti identificate in precedenza, elencate nella Figura 2 di Taylor e Radding [27], e in formato semplificato qui nella Figura 1. è stato valutato in condizioni prive di cellule tamponate, incubando SARS-CoV-2 Mpro ricombinante con peptidi sintetici che attraversano i siti di scissione proposti e analizzando i prodotti tramite UPLC-MS.

I nostri risultati hanno mostrato che i candidati del sito di clivaggio previsti in quattro delle sei proteine ​​​​funzionano effettivamente come substrati Mpro. Poiché il sito di clivaggio previsto in TXNRD1 è proprio nella proteina C-terminale e si prevede che generi un frammento P di cinque residui che include il centro redox C-terminale essenziale della tioredossina reduttasi, siamo stati anche in grado di dimostrare questa scissione da una proteina TXNRD1 completa di 499 residui, in condizioni simili senza cellule.

A tale scopo, SARS-CoV-2 Mpro è stato incubato con un mutante Sec498Ser ricombinante della proteina TXNRD1, che ha generato lo stesso frammento di peptide P a cinque residui del decamero mostrato per TXNRD1 nella Figura 1.

FIGURA 1 .  Trame e confronti del logo della sequenza di consenso del sito di fenditura del coronavirus M pro . I grafici del logo da più allineamenti dei siti di scissione M pro noti  sono mostrati per SCoV 2003  (A)  e SCoV2 2019  (B) . L’altezza di una lettera in ogni posizione riflette la sua probabilità nell’allineamento; ciascuno dei loghi mostrati rappresenta il consenso di 11 milioni di siti di scissione pro  da un singolo virus. I grafici sono stati generati utilizzando WebLogo ( weblogo.berkeley.edu/logo.cgi ), dagli allineamenti nella  Figura S1 . (C)  Confronto della sequenza del sito attivo GPX1 contenente selenocisteina (U) con il noto SCoV2 M pro sito di clivaggio alla giunzione nsp13/14; questo sito è identico nei coronavirus del 2003 e del 2019. (D) Confronto di un sito di clivaggio M pro  previsto  nella selenoproteina F umana con un sito di clivaggio M pro SCoV2 noto  alla giunzione nsp12/13.

link di riferimento: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnut.2020.00143/full

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