En una colaboración de varios grupos que involucró a los Laboratorios Nacionales de Enfermedades Infecciosas Emergentes (NEIDL), el Centro de Medicina Regenerativa (CReM) y el Centro de Biología de Sistemas de Red (CNSB), científicos informaron sobre el primer mapa de las respuestas moleculares de las células del pulmón humano a la infección por SARS-CoV-2. Al combinar células alveolares humanas de bioingeniería con tecnología de espectrometría de masas sofisticada y de alta precisión, los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Boston (BUSM) han identificado proteínas y vías del huésped en las células pulmonares cuyos niveles cambian tras la infección por el SARS-CoV-2, proporcionando información sobre la enfermedad y nuevas dianas terapéuticas para bloquear el COVID-19.
Los investigadores descubrieron que un tipo crucial de modificación de proteínas llamada fosforilación (adición de un grupo fosfato a cualquier otra molécula) se vuelve aberrante en estas células pulmonares infectadas. La fosforilación de proteínas juega un papel importante en la regulación de la función de las proteínas dentro de las células de un organismo y tanto la abundancia de proteínas como la fosforilación de proteínas son procesos típicamente altamente controlados en el caso de células sanas. Sin embargo, descubrieron que el SARS-CoV-2 desordena las células pulmonares, lo que provoca cambios anormales en las cantidades de proteínas y la frecuencia de la fosforilación de proteínas dentro de estas células. Estos cambios anormales ayudan al virus a multiplicarse y eventualmente a destruir las células. La destrucción de las células infectadas puede provocar una lesión pulmonar generalizada.
Según los resultados, tan pronto como el SARS-CoV-2 infecta las células pulmonares, rápidamente comienza a explotar los recursos centrales de la célula, que de otro modo serían necesarios para el crecimiento y las funciones normales de la célula. «El virus utiliza estos recursos para proliferar mientras elude el ataque del sistema inmunológico del cuerpo. De esta manera se forman nuevas copias del virus que posteriormente salen de las células pulmonares exhaustas y brutalmente dañadas, que posteriormente se autodestruyen. Estas nuevas réplicas del virus luego infectan otras células, en las que se repite el mismo ciclo«, explica el autor del estudio Andrew Emili, doctor en Medicina y profesor de bioquímica en BUSM.
Los investigadores examinaron las células alveolares pulmonares de una a 24 horas después de la infección por SARS-CoV-2 para comprender qué cambios tienen lugar en las células pulmonares inmediatamente (una, tres y seis horas después de la infección por SARS-CoV-2) y qué cambios ocurren más tarde (24 horas después de la infección). Estos cambios se compararon luego con células no infectadas. Todas las proteínas de células alveolares infectadas y no infectadas, correspondientes a los diferentes puntos de tiempo, fueron extraídas y etiquetadas con códigos de barras únicos. Estas etiquetas, que sólo pueden detectarse con precisión mediante un espectrómetro de masas, permiten una cuantificación sólida de la abundancia de proteínas y fosforilación en las células.
«Nuestros resultados mostraron que en comparación con las células pulmonares normales / no infectadas, las células pulmonares infectadas con SARS-CoV-2 mostraron cambios dramáticos en la abundancia de miles de proteínas y eventos de fosforilación«, comenta el doctor en Medicina Darrell Kotton, profesor de patología y medicina de laboratorio en BUSM y director del CReM.
«Además, nuestros datos también mostraron que el virus SARS-CoV-2 induce un número significativo de estos cambios tan pronto como una hora después de la infección y sienta las bases para un secuestro completo de las células pulmonares del huésped«, agrega Elke Mühlberger, doctora en Medicina y profesora asociada de microbiología e investigadora principal del NEIDL.
«Hay características biológicas importantes específicas de las células pulmonares que no son reproducidas por otros tipos de células, que se utilizan comúnmente para estudiar la infección viral«, afirma el médico Andrew Wilson, profesor asociado de medicina en BUSM e investigador de CReM. «Estudiar el virus en el contexto del tipo de célula que está más dañado en los pacientes probablemente arroje conocimientos que no podríamos ver en otros sistemas modelo«.
Los investigadores también analizaron sus datos para identificar oportunidades potenciales para el tratamiento de COVID-19 y encontraron que al menos 18 medicamentos preexistentes clínicamente aprobados (desarrollados originalmente para otras afecciones) pueden reutilizarse potencialmente para su uso en la terapia de COVID-19. Estos medicamentos han demostrado ser una promesa excepcional para bloquear la proliferación del SARS-CoV-2 en las células pulmonares.
Fuente: Molecular Cell.
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