Em sua batalha evolutiva pela sobrevivência, os vírus desenvolveram estratégias para desencadear e perpetuar a infecção. Uma vez dentro de uma célula hospedeira, o vírus Ebola, por exemplo, sequestra vias moleculares para se replicar e, eventualmente, sair da célula para a corrente sanguínea, onde pode se espalhar ainda mais.
Mas nossas próprias células, no caso do Ebola e de muitos outros vírus, não estão sem defesas. Em um estudo publicado no Anais da Academia Nacional de Ciênciasuma equipe liderada por cientistas da Escola de Medicina Veterinária da Universidade da Pensilvânia descobriu uma maneira pela qual as células humanas dificultam a saída do vírus Ebola.
Uma interação entre proteínas virais e hospedeiras leva as células hospedeiras a aumentar a atividade de uma via responsável pela digestão e reciclagem de proteínas, descobriu a equipe. Essa atividade, conhecida como autofagia “autocomer”, permite que menos partículas virais atinjam a superfície de uma célula hospedeira, reduzindo assim o número que pode sair para a corrente sanguínea e propagar ainda mais a infecção.
“Essa interação parece ser parte de um mecanismo de defesa inato”, diz Ronald N. Harty, professor da Penn Vet e autor sênior do estudo. “As células humanas parecem ter como alvo específico uma proteína-chave do vírus Ebola e direcioná-la para a via de autofagia, que é como as células processam e reciclam os resíduos”.
A investigação surgiu de uma área de foco de longa data para o laboratório de Harty: a interação entre a proteína viral VP40, encontrada nos vírus Ebola e Marburg, e várias proteínas humanas. No trabalho anterior do grupo, eles descobriram que uma área de VP40, conhecida como motivo PPXY, se liga a motivos correspondentes conhecidos como domínios WW em proteínas hospedeiras específicas.
Em muitos casos, essa interação PPXY-WW faz com que mais partículas virais saiam da célula em um processo chamado “brotamento”. Mas na triagem de várias proteínas hospedeiras consideradas como desempenhando um papel no processo, Harty e o pós-doutorado Jingjing Liang, o principal autor do estudo, descobriram algumas que faziam o oposto ao se ligarem ao VP40, causando a diminuição do brotamento. Uma delas era uma proteína chamada Bag3, sobre a qual relataram em um Patógenos PLOSpapel em 2017.
Embora o Ebola seja um vírus potencialmente mortal, Harty e seus colegas podem estudar com segurança seu funcionamento em um laboratório de nível de biossegurança 2, substituindo partículas semelhantes a vírus (VLPs) que expressam VP40 pelo próprio vírus. Esses VLPs VP40 não são infecciosos, mas podem brotar das células hospedeiras como se fossem reais.
No novo trabalho, os pesquisadores da Penn Vet e colegas do Texas Biomedical Research Institute se aprofundaram para aprender sobre o mecanismo pelo qual o Bag3 reduziu a brotação. Bag3 é conhecida como uma proteína “co-chaperona”, envolvida na formação de um complexo com outras proteínas e acompanhando-as em sua viagem para serem digeridas, por fim, em organelas chamadas autolisossomos, parte do processo de autofagia. Usando VLPs VP40, o grupo de Harty confirmou que VP40 se ligou a Bag3 e formou o complexo proteico. Quando os pesquisadores adicionaram um composto conhecido por bloquear a formação desse complexo, eles viram o VP40 sendo liberado; A atividade de brotamento de VLP aumentou subsequentemente.
Para acompanhar a atividade do VP40 em tempo real, a equipe usou uma poderosa microscopia confocal, marcando cada ator de interesse com uma etiqueta fluorescente diferente. Eles observaram que o Bag3 estava envolvido no sequestro de VP40 em vesículas na célula que passariam a sofrer autofagia. Preso nessas vesículas e destinado ao “centro de reciclagem” celular, o VP40 não conseguiu se mover para a membrana celular e brotar.
“Acho que uma das coisas mais interessantes que mostramos é a seletividade da carga”, diz Liang. “Mostramos que a autofagia não acontece apenas de forma passiva. Bag3 atua por meio da interação PPXY-WW para direcionar especificamente o VP40 para a autofagia”.
Quando os pesquisadores adicionaram a droga rapamicina, que aumenta a autofagia, o sequestro de VP40 aumentou e o brotamento de VLP diminuiu. A rapamicina funciona inibindo a atividade de uma via governada por um complexo proteico chamado mTORC1, um sensor celular que ativa a síntese de proteínas quando uma célula precisa de matéria-prima para crescer. Os pesquisadores descobriram que esse caminho parecia ser importante na regulação da infecção por Ebola; em experimentos com vírus vivos conduzidos em um laboratório de Nível de Biossegurança 4, eles observaram que o vírus poderia ativar a sinalização mTORC1, fazendo com que a “fábrica” celular produzisse materiais de que o vírus precisaria para se expandir e se espalhar. Por outro lado, a inibição do mTORC1 com rapamicina direcionou o vírus para a via de autofagia, onde seria digerido pelos autolisossomos da célula.
“O vírus quer que a célula cresça, então ativa o mTORC1”, diz Harty. “A autofagia faz o oposto, mantendo os materiais celulares em equilíbrio.”
A autofagia é importante para os processos celulares normais, garantindo que a célula não fique confusa com proteínas desnecessárias ou mal dobradas e outros materiais flutuando. Mas este trabalho também sugere que a autofagia pode ser aproveitada pelo corpo para se defender contra infecções prejudiciais.
“Nossa concepção é que isso faz parte da corrida armamentista entre nossos corpos e o vírus”, diz Liang. “O vírus quer moldar seu ambiente para beneficiar a si mesmo e sua própria sobrevivência, por isso evoluiu para manipular mTORC1. Mas a célula também pode usar esse caminho para se defender contra a infecção viral.”
Com essas informações sobre as defesas inatas do corpo humano contra o Ebola, os pesquisadores esperam ver se a autofagia pode ser um fator em outras infecções virais hemorrágicas, como as que causam a febre de Marburg e Lassa. E embora os experimentos atuais tenham sido conduzidos principalmente usando linhagens de células hepáticas humanas, a equipe também gostaria de testar se a autofagia e a via mTORC1 estão envolvidas na defesa viral em outros tipos de células, como os macrófagos do sistema imunológico, as células primárias envolvidas na propagação infecção.
Por fim, Harty, Liang e seus colegas esperam encontrar o maior número possível de vulnerabilidades virais, ajudando a informar medicamentos que podem ser um componente de um coquetel terapêutico, cada um direcionado a diferentes estágios da infecção, desde a entrada até a saída do vírus.
“Tudo isso se une ao nosso objetivo geral de entender as interações vírus-hospedeiro e, ao entendê-las, trabalhar para intervir para retardar ou interromper a infecção”, diz Harty.
Ronald N. Harty é professor de patobiologia e microbiologia na Escola de Medicina Veterinária da Universidade da Pensilvânia.
Jingjing Liang é pós-doutorando na Penn’s School of Veterinary Medicine.
Os coautores de Harty e Liang foram Marija A. Djurkovic e Olena Shtanko, do Texas Biomedical Research Institute. Liang foi o principal autor do estudo e Harty foi o autor correspondente.
O trabalho foi apoiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde (concede AI138052, AI139392, AI153815 e EY031465 para Harty e AI154336 e AI151717 para Shtanko).