L’ingresso della sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2) nelle cellule ospiti si basa principalmente sulle interazioni tra la proteina virale (S) e il recettore cellulare dell’enzima di conversione dell’angiotensina 2 (ACE-2), entrambi i quali sono ampiamente glicosilati. Di conseguenza, gli agenti con proprietà leganti i carboidrati sono promettenti come candidati per impedire l’infezione virale.
In questo studio, abbiamo valutato l’attività anti-SARS-CoV-2 in vitro di due lectine leganti il mannosio, ConBR e DVL, isolate rispettivamente dalle piante brasiliane Canavalia brasiliensis e Dioclea violacea . Queste lectine hanno dimostrato una potente inibizione contro il ceppo SARS-CoV-2 Wuhan-Hu-1 e le sue varianti Gamma e Omicron, con indici di selettività (SI) di 7, 1,7 e 6,5 per ConBR e 25, 16,8 e 22,3 per DVL.
ConBR e DVL hanno inibito efficacemente oltre il 95% delle prime fasi dell’infezione virale, mostrando un forte effetto virucida, nonché protezione contro l’infezione cellulare e inibizione post-ingresso.
In particolare, la presenza di mannosio ha completamente annullato l’attività anti-SARS-CoV-2 di ConBR e DVL, portando al recupero dei titoli virali. Le indagini molecolari tramite ATR-FTIR, docking molecolare e simulazioni dinamiche tra SARS-CoV-2 S e queste lectine hanno rivelato robuste interazioni molecolari, con energie di legame previste rispettivamente di -85,4 e -72,0 Kcal/Mol. Questi risultati sottolineano la potente attività anti-SARS-CoV-2 delle lectine ConBR e DVL, potenzialmente mediata attraverso interazioni glicaniche che bloccano l’ingresso del virus nelle cellule, posizionandole così come candidati promettenti per lo sviluppo di nuovi farmaci antivirali.
Lo studio….
Questo nuovo coronavirus si è diffuso rapidamente in tutto il mondo, tanto che l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) lo ha dichiarato pandemico nel marzo 2020. Da allora, il virus ha infettato quasi 770 milioni di persone e causato la morte di oltre 7 milioni di persone.
Sebbene le campagne di vaccinazione abbiano compiuto progressi significativi nel contenere l’epidemia, la necessità di farmaci antivirali efficaci rimane cruciale.
Il primo farmaco antivirale approvato dalla Food and Drug Administration (FDA) statunitense per il trattamento del COVID-19 è stato VEKLURY® , noto anche come Remdesivir. Tuttavia, la continua evoluzione del virus e l’emergere di nuove varianti hanno spinto i ricercatori a esplorare opzioni terapeutiche alternative.
Tra queste opzioni ci sono due candidati promettenti: le lectine leganti il mannosio ConBR e DVL, derivate dalla flora brasiliana.
Struttura di SARS-CoV-2
SARS-CoV-2 appartiene alla famiglia dei Coronaviridae ed è caratterizzato come un virus a RNA positivo a filamento singolo avvolto. Il suo genoma codifica per una varietà di proteine, di cui due gruppi principali sono proteine strutturali e non strutturali. Le proteine strutturali includono la proteina spike (S), la proteina della matrice (M) e la proteina dell’involucro (E), mentre le proteine non strutturali comprendono proteasi e RNA polimerasi RNA-dipendente (RdRP).
La proteina spike (S) è di particolare importanza in quanto svolge un ruolo fondamentale nell’attaccamento del virus e nell’ingresso nelle cellule ospiti. Questa proteina è una struttura complessa costituita da due subunità: S1 e S2. La subunità S1 comprende il dominio di legame del recettore (RBD) e il dominio N-terminale (NTD), entrambi i quali interagiscono con i recettori cellulari sulla membrana della cellula ospite. Il recettore primario per SARS-CoV-2 è l’enzima di conversione dell’angiotensina 2 (ACE-2), sebbene siano stati identificati anche altri recettori come CD147 e NRP1.
La subunità S2, d’altra parte, è costituita da diversi domini tra cui una coda citoplasmatica, un dominio transmembrana, ripetizione eptade 2, dominio connettore, elica centrale, ripetizione eptade 1 e peptide di fusione. Il sito di scissione tra S1 e S2 è cruciale per l’attivazione della proteina S, che facilita la fusione dell’involucro virale con la membrana della cellula ospite. Inoltre, la presenza di siti N-glicani sulla proteina S è essenziale per modulare la fusione della membrana SARS-CoV-2 e la sua interazione con i recettori delle cellule ospiti.
Glicosilazione ed evasione immunitaria
I glicani, o catene di carboidrati, sono componenti integrali della proteina SARS-CoV-2 S. L’analisi molecolare ha rivelato la presenza di 22 siti N-glicani per monomero nella proteina S. Questi glicani sono fondamentali per la modulazione della fusione della membrana e la dinamica dell’RBD, influenzando la sua interazione con i recettori della cellula ospite. D’importanza, i glicani N-collegati svolgono un ruolo cruciale nell’affinità, nell’associazione e nella dissociazione obbligatorie delle interazioni RBD-ACE-2, influenzando la capacità del virus di entrare nelle cellule ospiti.
I glicani fungono anche da meccanismo di difesa per il virus proteggendo gli epitopi della proteina S. Questa schermatura interferisce con il riconoscimento del virus neutralizzando gli anticorpi del sistema immunitario ospite. Due siti di glicani N-mannosio, N234 e N709, sono prevalentemente di tipo oligomannosio e si trovano nelle regioni NTD e FP della proteina spike. Questi siti glicanici regolano la dinamica conformazionale dell’RBD, influenzando la sua interazione con i recettori della cellula ospite.
Lectine leganti il mannosio come potenziali agenti antivirali
Le lectine sono proteine note per i loro domini leganti i carboidrati, che consentono loro di interagire con specifiche porzioni di zucchero su glicoproteine, glicolipidi e monosaccaridi liberi. Nel contesto delle infezioni virali, le lectine possono riconoscere e interagire con specifici glicani presenti sulla superficie dei virus, alterando la loro capacità di infettare le cellule ospiti.
Due importanti lectine leganti il mannosio, ConBR e DVL, derivate dalla flora brasiliana, si sono dimostrate promettenti come potenziali agenti antivirali contro la SARS-CoV-2. ConBR, inizialmente purificato dai semi di Canavalia brasiliensis, e DVL, ottenuto dai semi di Dioclea violacea, mostrano entrambi una specificità legante il mannosio.
Le lectine di origine vegetale hanno dimostrato potenti effetti antibatterici e antivirali contro varie malattie infettive. Ad esempio, le lectine dei semi di Bauhinia variegata, con specificità per glucosio e galattosio, hanno mostrato attività contro il Coxsackievirus B3 e il Rotavirus.
Allo stesso modo, le lectine della Momordica charantia, che si legano al galattosio e alla N-acetilgalattosamina, hanno mostrato effetti antivirali contro HIV, HSV-1, H1N1, H3N2 e H5N1.
Nel caso della SARS-CoV-2, le lectine della Senna tora, con specificità per mannosio e galattosio, hanno dimostrato attività antivirale, evidenziando il potenziale delle lectine leganti il mannosio come strategia terapeutica.
Valutazione degli effetti Anti-SARS-CoV-2 di ConBR e DVL
Per studiare la potenziale attività antivirale di ConBR e DVL contro SARS-CoV-2, i ricercatori hanno condotto una serie di esperimenti. Inizialmente, le lectine sono state selezionate utilizzando un modello di virus pseudotipizzato VSV-SARS-CoV-2 per valutare la loro attività in vitro contro il virus.
Successivamente, gli effetti antivirali di ConBR e DVL sono stati convalidati contro la SARS-CoV-2 Wuhan-Hu-1 (SARS-CoV-2WT) e due varianti SARS-CoV-2, Omicron e Gamma. Questi studi miravano a determinare la capacità delle lectine di interferire con l’ingresso delle cellule virali e, potenzialmente, di inibire l’infezione da SARS-CoV-2.
Conclusione
Mentre il mondo continua ad affrontare la pandemia di COVID-19, la ricerca di trattamenti antivirali efficaci rimane una priorità assoluta. Le lectine leganti il mannosio, come ConBR e DVL, derivate dalla flora brasiliana, sono promettenti come potenziali agenti antivirali contro la SARS-CoV-2.
La capacità di queste lectine di legarsi ai glicani sulla proteina spike del virus può interferire con la capacità del virus di entrare nelle cellule ospiti, fornendo una nuova strada per l’intervento terapeutico.
Sono necessarie ulteriori ricerche e studi clinici per comprendere appieno il potenziale di ConBR e DVL come agenti antivirali contro SARS-CoV-2 e le sue varianti. In caso di successo, queste lectine potrebbero contribuire all’arsenale di trattamenti disponibili per combattere il COVID-19 e mitigare l’impatto di future epidemie virali.
Approfondimento…
Origini di ConBR e DVL
ConBR: ConBR è una lectina legante il mannosio inizialmente purificata dai semi di Canavalia brasiliensis, comunemente nota come fagiolo brasiliano. Questa pianta, originaria del Brasile, appartiene alla famiglia delle Leguminosae ed è stata una preziosa fonte di composti bioattivi, tra cui le lectine. Il ConBR, isolato da questa pianta, ha attirato l’attenzione grazie alla sua specificità unica di legame per il mannosio, una molecola di zucchero cruciale nel contesto delle infezioni virali.
DVL: La DVL, un’altra lectina legante il mannosio con un promettente potenziale antivirale, è ottenuta dai semi della Dioclea violacea, una pianta abbondante nella vegetazione del cerrado brasiliano, un’ecoregione della savana tropicale. Come ConBR, DVL mostra una forte affinità con il mannosio, rendendolo un candidato interessante per combattere la SARS-CoV-2.
Proprietà chimiche di ConBR e DVL
Comprendere le proprietà chimiche di ConBR e DVL è essenziale per svelare i loro meccanismi antivirali. Queste lectine possiedono caratteristiche distintive che contribuiscono alla loro specificità legante il mannosio e alla potenziale attività antivirale:
Specificità di legame dei carboidrati: sia ConBR che DVL sono classificati come lectine, una classe di proteine note per i loro domini di legame dei carboidrati. La loro specificità unica per il mannosio consente loro di colpire selettivamente le glicoproteine virali, in particolare la proteina spike di SARS-CoV-2, che è ricca di residui di mannosio. Questo legame selettivo costituisce il fondamento della loro attività antivirale.
Stato di oligomerizzazione: le lectine come ConBR e DVL spesso esistono come strutture multimeriche, con più subunità che si legano insieme. Questa oligomerizzazione migliora la loro affinità per i carboidrati, compreso il mannosio. La capacità di legame multivalente di queste lectine aumenta la loro efficacia nell’interagire con la superficie virale, ostacolando potenzialmente l’ingresso del virus nelle cellule ospiti.
Siti di legame dei glicani: la struttura chimica delle lectine è progettata in modo complesso per accogliere specifiche porzioni di zucchero. Nel caso di ConBR e DVL, i loro siti di legame dei glicani sono adattati per interagire con i residui di mannosio, facilitando un legame forte e specifico con la superficie glicosilata di SARS-CoV-2.
Attività fisiche di ConBR e DVL
Interazione con la proteina Spike di SARS-CoV-2: una delle attività fisiche chiave di ConBR e DVL è la loro interazione con la proteina Spike di SARS-CoV-2. Questa interazione avviene attraverso i domini leganti il mannosio delle lectine, che riconoscono e si legano ai glicani ricchi di mannosio sulla proteina virale del picco. Questo legame può interferire con la capacità del virus di attaccarsi alle cellule ospiti, un passaggio fondamentale nell’infezione virale.
Inibizione dell’ingresso virale: legandosi alla proteina spike, ConBR e DVL possono bloccare l’attaccamento di SARS-CoV-2 ai recettori della cellula ospite, come l’enzima 2 di conversione dell’angiotensina (ACE-2). Questa interferenza può impedire l’ingresso del virus nelle cellule ospiti, arrestando di fatto il ciclo dell’infezione.
Potenziale immunomodulazione: lectine come ConBR e DVL possono anche possedere proprietà immunomodulatorie. Le loro interazioni con le glicoproteine virali possono innescare risposte immunitarie, migliorando potenzialmente la capacità dell’ospite di combattere il virus. Questa duplice azione sia sul virus che sul sistema immunitario ospite li rende candidati interessanti per la terapia antivirale.
Promettenti candidati antivirali:
Le attività chimiche e fisiche di ConBR e DVL li rendono promettenti candidati antivirali contro la SARS-CoV-2. La loro specificità per i glicani ricchi di mannosio sulla proteina virale del picco e il loro potenziale di inibire l’ingresso virale evidenziano il loro significato nella lotta contro COVID-19.
Direzioni e sfide future:
Sebbene il potenziale di ConBR e DVL come agenti antivirali sia incoraggiante, sono necessarie ulteriori ricerche per convalidare la loro efficacia e sicurezza in ambito clinico. È necessario affrontare sfide quali la somministrazione dei farmaci, la stabilità e l’ottimizzazione del dosaggio per sfruttare l’intero potenziale di queste lectine come terapie contro la SARS-CoV-2.
Conclusione
ConBR e DVL, due lectine leganti il mannosio derivate dalla flora brasiliana, sono molto promettenti come agenti antivirali contro la SARS-CoV-2. Le loro proprietà chimiche uniche, tra cui la specificità di legame dei carboidrati, lo stato di oligomerizzazione e i siti di legame dei glicani, consentono loro di interagire con la proteina virale del picco e potenzialmente inibire l’ingresso del virus nelle cellule ospiti. Queste lectine rappresentano un’affascinante strada di ricerca nella battaglia in corso contro la pandemia di COVID-19, offrendo speranza per lo sviluppo di trattamenti antivirali innovativi.
link di riferimento: https://www.mdpi.com/1999-4915/15/9/1886
