ΠΩΣ Ο ΚΟΡΩΝΑ-ΙΟΣ ΠΡΟΣΒΑΛΛΕΙ ΤΑ ΚΥΤΤΑΡΑ 

(NATURE 595, 640-644 (2021)- ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ)

Ο κορωναιός περιβάλλεται από ένα εντυπωσιακό στρώμα ζάχαρης , των γλυκανών , το οποίο ο ιός χρησιμοποιεί για να μην αναγνωρίζεται από τον ανθρώπινο οργανισμό, όπως άλλωστε κάνουν και άλλοι ιοί και το οποίο περιβάλλει την πρωτείνη-ακίδα επίσης.

Το ανώτερο τμήμα της πρωτείνης ακίδας που δεν καλύπτεται από γλυκάνες  είναι η περιοχή πρόσδεσης του ιού (Receptor- Binding Domain, RBD), ενός από τα τρία τμήματα της πρωτείνης-ακίδας που συνδέεται με τους υποδοχείς των ανθρώπινων κυττάρων. Τα άλλα δυο τμήματα είναι : η S1-υπομονάδα και η S2-υπομονάδα ( η τελευταία περιβάλλεται επίσης από γλυκάνες και αποτελείται από το σώμα και το στέλεχος- με περαιτέρω υποδιαρεσεις σε : hip, knee, ankle-και το οποίο του προσδίδει κινητικότητα).Παρόλο που η περιοχή-σύνδεσης δεν καλύπτεται από γλυκάνες, εντούτοις είναι «χωμένη» στο περίβλημα των γλυκανών.

Όταν η περιοχή σύνδεσης ανυψώνεται από το επίπεδο των γλυκανών, στην προσπάθεια της να συνδεθεί με τον υποδοχέα του κυττάρου, 2 γλυκάνες εισέρχονται στη θέση της RBD στην προσπάθεια τους να συγκρατήσουν την RBD στη θέση της. Όταν μεταλλαχθούν αυτές οι 2 γλυκάνες , η πρωτείνη ακίδα χάνει την ικανότητά της να προσδένεται στον υποδοχέα , γεγονός που τις καθιστά ως θεραπευτικό στόχο για την νόσο Covid-19.

Κάθε σωματίδιο του ιού έχει στην επιφάνειά του τυχαία τοποθετημένες 24-40 πρωτείνες-ακίδες, οι οποίες είναι πολύ ευκίνητες και στρέφονται σε 3 σημεία του στελέχους τους. Aυτό επιτρέπει στην πρωτείνη- ακίδα να περιστρέφεται, να πάλλεται και να γυρίζει, γεγονότα τα οποία δίνουν την δυνατότητα στην ακίδα να εξερευνά την επιφάνεια του ανθρώπινου κυττάρου και σε πολλές ακίδες να συνδέονται σε ένα ανθρώπινο κύτταρο.

Αποτέλεσμα της εξερεύνησης της επιφάνεια ς του κυττάρου είναι ότι οι RBD's της SARS-CoV-2 πρωτείνης -ακίδας να προσκολλώνται σε μια οικεία πρωτείνη, η οποία ονομάζεται ACE-2 υποδοχέας και βρίσκεται στην εξωτερική επιφάνεια των περισσοτέρων κυττάρων του ρινοφάρυγγα και του αναπνευστικού συστήματος. Οι ανησυχητικές παραλλαγές παρουσιάζουν μεταλλάξεις στην S1-υπομονάδα της ακίδας, η οποία φιλοξενεί τις RBD's περιοχές και είναι υπεύθυνη για τη σύνδεση με τον ACE-2 υποδοχέα.

Εφόσον η πρωτείνη-ακίδα συνδεθεί με τον ACE-2 υποδοχέα, άλλες πρωτείνες της επιφάνειας ων κυττάρων του ξενιστή, εκκινούν μια διαδικασία συγχώνευσης των μεμβρανών του ιού και του κυττάρου του ξενιστή.

Ο SARS-CoV-2 χρησιμοποιεί μια ενζυμική πρωτεάση για να διασπάσει τη μεμβράνη του κυττάρου του ξενιστή, την TMPRSS2 ("ΤΕΜΠΡΕΣ-2')-ταχύς τρόπος εισόδου, η οποία βρίσκεται σε αφθονία στην επιφάνεια των αναπνευστικών κυττάρων. Αρχικά η TMPRSS2 αποκόπτει τμήμα της S2-υπομονάδας της ακίδας. Αυτή η αποκοπή, εκθέτει ένα τμήμα των υδροφοβικών αμινοξέων, το οποίο αποζητά κάλυψη από το υδρόφιλο περιβάλλον και χώνεται στην κυριολεξία στην κοντινότερη μεμβράνη, αυτή του αναπνευστικού κυττάρου. Στη συνέχεια οι εκτεινόμενες ακίδες διπλώνουν πίσω στον εαυτό τους, σαν φερμουάρ, αναγκάζοντας τις δυο μεμβράνες να συγχωνευθούν.

Ο ιός τότε αποβάλει το γονιδίωμά του απευθείας στο εσωτερικό του κυττάρου, αποφεύγοντας με αυτό τον τρόπο να παγιδευθεί από τα ενδοσωμάτια και επομένως να καταστραφεί από αντιικές πρωτείνες (όπως θα γινόταν αν χρησιμοποιούσε την cathepsin-L, τον πιό αργό τρόπο εισόδου). Αυτή είναι και η απάντηση στο γιατί δεν χρησιμοποιείται η χλωροκίνη, η οποία είναι ένα φάρμακο που καταστρέφει το ενδοσωμάτιο και άρα δεν έχει πεδίο δράσης. Το γεγονός αυτό βέβαια κάνει τους αναστολείς πρωτεασών έναν ελκυστικό θεραπευτικό στόχο για την πρόληψη της χρήσης των πρωτεασών εκ μέρους του ιού.

Μετά την απελευθέρωση του RNA του ιού στο εσωτερικό του αναπνευστικού κυττάρου, τα ριβοσώματα στο κυτταρόπλασμα , μεταφράζουν δυο τμήματα του RNA του ιού σε μακρές ταινίες αμινοξέων, από τις οποίες προκύπτουν 16 πρωτείνες, πολλές εκ των οποίων εμπλέκονται στη σύνθεση του RNA. Στη συνέχεια όλο και περισσότερο RNAs δημιουργείται, το οποίο κωδικοποεί για 26 συνολικά γνωστές πρωτείνες, στις οποίες περιλαμβάνονται δομικές και επικουρικές πρωτείνες. Κατά αυτό τον τρόπο , ο ιός αρχίζει να παράγει αντίγραφα του δικού του αγγελιοφόρου RΝΑ (mRNA).

Χρειάζεται όμως τα κυτταρικά οργανίλια για να μεταφράσει αυτό το αγγελιοφόρο RNA σε πρωτείνες. Αυτό σημαίνει ότι ο ιός πρέπει να αναλάβει τον έλεγχο της λειτουργίας των κυτταρικών οργανιλίων. Πως επιτυγχάνεται αυτό:

1.Ο ιός εξαλείφει τον ανταγωνισμό- η πρωτείνη του ιού , Nsp1 (μια από τις πρώτες πρωτείνες του ιού , η οποία μεταφράζεται κατά την είσοδο του ιού), κινητοποιεί τις πρωτείνες του ξενιστή για να καταστρέψουν το κυτταρικό mRNAs, που δεν έχει ιογενή προέλευση ("σήμανση ιού").

2. Η λοίμωξη αναστέλει την συνολική μετάφραση των πρωτεινών κατά 70%. Η Nsp1 πάλι παίζει τον κύριο ρόλο, αυτή τη φορά μπλοκάροντας τα κανάλια εισόδου των ριβοσωματίων, έτσι ώστε το mRNA δεν μπορεί να εισέλθει και η μικρή μεταφραστική ικανότητα που παραμένει (30%) χρησιμοποιείται για το ιικό RNAs.

3. Ο ιός απενεργοποιεί το σύστημα συναγερμού του αναπνευστικού κυττάρου- ο ιός αποτρέπει την έξοδο του κυτταρικού mRNA από τον πυρήνα , στο οποίο περιλαμβάνονται οδηγίες για πρωτείνες που ειδοποιούν το ανοσοποιητικό σύστημα για την παρουσία του ιού. Τον ρόλο αυτό αναλαμβάνει και πάλι η Nsp1, η οποία φαίνεται ότι μπλοκάρει τα κανάλια εξόδου του πυρήνα του κυττάρου, έτσι ώστε να μην διαφεύγει  τίποτε από αυτόν.

Λόγω του ότι η γενετική πληροφορία είναι αποκλεισμένη στον πυρήνα του κυττάρου, τα προσβεβλημένα κύτταρα δεν απελευθερώνουν πολλές ιντερφερόνες  (πρωτείνες που προειδοποιούν το ανοσοποιητικό σύστημα για την παρουσία κάποιου ιού).

Είναι ξεκάθαρο ότι ο SARS-CoV-2 είναι ένας πολύ γρήγορος ιός, ο οποίος έχει την καταπληκτική ικανότητα να εμποδίζει το ανοσοποιητικό σύστημα να αναγνωρίσει τον ιό και να πολεμά τη λοίμωξη στα πρώτα στάδια. Όταν πλεόν γίνεται αντιληπτός και αρχίζει να τον πολεμά το ανοσοποιητικό σύστημα , υπάρχει τόσο μεγάλη διασπορά του ιού, που οι απαντητικές-πρωτείνες του ανοσοποιητικού, κατακλύζουν την κυκλοφορία του αίματος σε ταχύτερο ρυθμό απ' ότι ο φυσιολογικός, που προκαλούν ακόμη και βλάβη.

Από τη στιγμή που ο ιός αναλαμβάνει την κυτταρική λειτουργία, αρχίζει και κάνει δομικές αλλαγές στο εσωτερικό και εξωτερικό του κυττάρου, προκειμένου να ικανοποιήσει τις ανάγκες του.

Πρώτα κάποιες από τις νεο-δημιουργημένες πρωτείνες -ακίδες του ιού μεταναστεύουν στην επιφάνεια του κυττάρου και "σπρώχνουν' την κυτταρική επιφάνεια εκ των έσω. Στο σημείο αυτό ενεργοποιούν έναν δίαυλο ασβεστίου του ξενιστή, ο οποίος αποβάλλει ένα λιπιδιακό περίβλημα στο εξωτερικό του κυττάρου-το ίδιο περίβλημα που χρησιμοποιούν τα κύτταρα που φυσιολογικά συγχωνεύονται μεταξύ τους, όπως είναι τα μυικά κύτταρα. Σε αυτό το σημείο τα προσβεβλημένα κύτταρα συγχωνεύονται με τα γειτονικά τους που εκφράζουν τον ACE-2 υποδοχέα, δημιουργώντας μεγάλα αναπνευστικά μεμονωμένα κύτταρα γεμάτα με πυρήνες (μέχρι 20 σε αριθμό)-θυμίζουν γιγαντοκύτταρα. Αυτά οι συγχωνευμένες μορφές, ονομάζονται συγκύτια, εμφανίζονται στις ιογενείς λοιμώξεις και πιθανολογείται ότι είναι ένας τρόπος μακροχρόνιας επιβίωσης και αποβολής νέων βιριονίων. Κάποιοι μελετητές έχουν βρει ότι δημιουργούν συγκύτια και με λεμφοκύτταρα, αποφεύγοντας με αυτό τον τρόπο την αναγνώρισή τους από το ανοσιακό σύστημα του ξενιστή.

Στο εσωτερικό του κυττάρου τώρα ο SARS-CoV-2 μετατρέπει το μακρύ, λεπτό, ενδοπλασματικό δίκτυο σε σφαίρες που περιβάλλονται από διπλή μεμβράνη, οι οποίες προσφέρουν ένα ασφαλές περιβάλλον αντιγραφής και μετάφρασης του ιού, προστατεύοντας τις διαδικασίες αυτές από το έμφυτο ανοσιακό σύστημα.

Έτσι προστατευμένο το RNA του ιού μεταφέρεται στο σύστημα Golgi μέσα σε σφαίρες διπλής μεμβράνης, όπου θα πακεταριστεί σε μια λιπιδιακή μεμβράνη, η οποια προέρχεται από το σύστημα μεμβρανών του Golgi. Από το σημείο αυτό αποβάλλονται μέσω των κυστιδίων του σ-ματος Golgi ή μέσω των λυσοσωμάτων. Η διαδικασία αυτή είναι αργή σε σύγκριση με την αποβολή σε περίβλημα κυτταρικής μεμβράνης και πιθανά έχει να κάνει με την επιβίωση του ίδιου του ιού.

Τελικά ο ιός υφίσταται μια τελική διαδικασία- ένα γρήγορο "κόψιμο" σε ένα σημείο 5 αμινοξέων προετοιμάζει τον ιό για να προσβάλει τον επόμενο στόχο. Το σημείο αυτό βρίσκεται μεταξύ της S1 και S2 υπομονάδας, αποτελείται από 5 αμινοξέα-προλίνη, αργινίνη, αργινίνη, αλανίνη και αργινίνη- και είναι απαραίτητο για την αποτελεσματικότερη και ταχύτερη είσοδο του ιού στα αναπνευστικά κύτταρα. H Furin θεωρείται ότι προκαλεί αυτό το κόψιμο σε ένα σημείο στην περιοχή των 5 αμινοξέων κατά τη διάρκεια του πακεταρίσματος του ιού ή λίγο πριν την απελευθέρωσή του.

Ψαλιδίζοντας τον δεσμό μεταξύ S1 και S2 υπομονάδων, το προκαλούμενο από τη furin κόψιμο, χαλαρώνει τις πρωτείνες -ακίδες έτσι ώστε κατά τη διάρκεια της εισόδου του ιού στο κύτταρο, να μπορεί να απαντά σε ένα δεύτερο κόψιμο από την TMPRSS2. Αν οι πρωτείνες-ακίδες δεν προ-κοπούν από την furin, τότε παρακάμπτουν τη TMPRSS2 και εισέρχονται μέσω του βραδύτερου δρόμου, μέσω των ενδοσωμάτων ή και μπορεί και καθόλου. Στην περίπτωση της alpha και delta παραλλαγής το αρχικό αμινοξύ προλίνη έχει αλλάξει σε ιστιδίνη και σε αργινίνη , αντίστοιχα. Οι αλλαγές αυτές οδηγούν σε περισσότερο βασικά αμινοξέα (λιγότερο όξινα), τα οποία η furin τα αναγνωρίζει και τα "κόβει" πιό αποτελεσματικά.

Περισσότερα "κοψίματα¨furin σημαίνει ότι περισσότερες πρωτείνες-ακίδες προετοιμάζονται για να εισέλθουν στο ανθρώπινο κύτταρο. Στον SARS-CoV λιγότερο από 10% είναι προετοιμασμένες, στον SARS-CoV-2  γύρω στο 50%, στην Alpha παραλλαγή πάνω από 50% και στην πλέον μεταδοτική , στην Delta παραλλαγή πάνω από το 75% των ακίδων έχουν προετοιμαστεί για είσοδο στα ανθρώπινα κύτταρα