Έχουν περάσει ήδη 17 χρόνια από τότε που ο ιός SARS-CoV απείλησε να εξελιχθεί σε πανδημία. Χάρη στις προσπάθειες που έγιναν για τον περιορισμό του ιού, αυτός τελικά περιορίστηκε σε μικρές επιδημίες.
Τη δεύτερη φορά, ωστόσο, δεν ήμασταν τόσο τυχεροί. Πλησιάζοντας πλέον τον 1 χρόνο της πανδημίας του COVID-19 γνωρίζουμε πλέον αρκετά σχετικά με τον ιό SARS-CoV-2. Μάλιστα, πριν λίγες ημέρες ανακαλύφθηκε ένας ακόμα μηχανισμός που χρησιμοποιεί ο ιός για να εισέλθει στα ανθρώπινα κύτταρα.
Επιστήμονες από τη Γερμανία και τη Φινλανδία διαπίστωσαν ότι η νευροπιλίνη-1, μία πρωτεΐνη που βρίσκεται στην επιφάνεια των κυττάρων, μπορεί να διευκολύνει τη μόλυνση των τελευταίων από τον SARS-CoV-2.
Η πρωτεΐνη αυτή βρίσκεται κυρίως στα κύτταρα της ρινικής κοιλότητας. Κατά συνέπεια, επιτρέπει στον ιό να εγκατασταθεί σε αυτή την περιοχή απ’ όπου και μεταδίδεται σε άλλους ξενιστές.
Στις αρχές του έτους παρατηρήσαμε ότι ο υποδοχέας του μετατρεπτικού ενζύμου της αγγειοτενσίνης 2 (ACE2) βοηθά τον SARS-CoV-2 να προσδεθεί στα κύτταρα, ενώ το ένζυμο TMPRSS2 παίζει επίσης ρόλο στην είσοδο του ιού στο κύτταρο.
Ο παραπάνω μηχανισμός μπορεί να εξηγήσει σε μεγάλο βαθμό τις επιδράσεις του SARS-CoV-2 σε αρκετούς ιστούς, από τους πνεύμονες μέχρι το γαστρεντερικό σύστημα.
Δεν μπορεί, ωστόσο, να εξηγήσει γιατί ο SARS-CoV-2 μεταδίδεται ευκολότερα από τον SARS-CoV.
Ουσιαστικά αυτό ήταν και το ερώτημα που θέλησε να απαντήσει η παρούσα μελέτη. Δηλαδή γιατί ο SARS-CoV-2 μεταδίδεται ευκολότερα σε σχέση με τον SARS-CoV παρά το γεγονός ότι οι δύο ιοί χρησιμοποιούν τον ίδιο υποδοχέα (ACE2).
Ένα σημαντικό κομμάτι του παζλ αποκαλύφθηκε όταν οι επιστήμονες συνέκριναν το γονιδίωμα των δύο ιών. Όπως διαπίστωσαν, ο ιός SARS-CoV-2 είχε μερικές αλληλουχίες που παράγουν επιφανειακές πρωτεΐνες σχήματος «γάντζου», οι οποίες μοιάζουν με αυτές άλλων σοβαρών παθογόνων.
«Συγκριτικά με τον παλαιότερο συγγενή του, ο SARS-CoV-2 είχε ένα επιπλέον κομμάτι στις πρωτεΐνες της επιφανείας του, το οποίο βρίσκεται επίσης σε άλλους σοβαρούς ιούς, όπως ο Ebola, ο HIV και ορισμένα μολυσματικά στελέχη της γρίπης των πτηνών», εξήγησε ο Olli Vapalahti, ένας από τους επιστήμονες της έρευνας από το Πανεπιστήμιο του Ελσίνικι.
Συνεργαζόμενοι με άλλους επιστήμονες σε όλο τον κόσμο, οι ερευνητές διαπίστωσαν τελικά ότι ο κοινός παράγοντας είναι η νευροπιλίνη-1.
Τυπικά, ο υποδοχέας αυτός παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη των ιστών μέσω των αυξητικών παραγόντων, ιδιαίτερα στα νευρικά κύτταρα. Ωστόσο, βοηθά επίσης αρκετούς ιούς να προσκολληθούν στο κύτταρο-ξενιστή για αρκετή διάρκεια προκειμένου να εισέλθουν στο κύτταρο.
Η εξέταση της πρωτεΐνης ακίδας του SARS-CoV-2 με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο είχε δείξει ότι μάλλον η νευροπιλίνη-1 εμπλέκεται με κάποιο τρόπο στη μόλυνση των κυττάρων.
Προκειμένου να επιβεβαιώσουν την παραπάνω θεωρία, οι επιστήμονες κατασκεύασαν μονοκλωνικά αντισώματα τα οποία απέκλειαν την τυπική νευροπιλίνη-1, όχι όμως μεταλλαγμένους υποδοχείς με ελαφρώς διαφορετική δομή.
Πράγματι, «ψευδοϊοί» με επιφανειακές πρωτεΐνες του SARS-CoV-2 δεν μπορούσαν να εισέλθουν στα κύτταρα εξίσου εύκολα όταν ο υποδοχέας της νευροπιλίνης-1 είχε αποκλειστεί.
Ουσιαστικά, όπως εξήγησαν οι επιστήμονες, αν θεωρήσουμε τον ACE2 ως πύλη εισόδου του ιού στο κύτταρο, τότε η νευροπιλίνη-1 είναι ένας παράγοντας που κατευθύνει τον ιό προς την πύλη.
Ιδιαίτερα καθώς η έκφραση του ACE2 είναι πολύ περιορισμένη στα περισσότερα κύτταρα, ο ιός δυσκολεύεται να ανακαλύψει τον συγκεκριμένο υποδοχέα. Η νευροπιλίνη-1 ουσιαστικά βοηθά τον ιό να βρει τον ACE2.
Καθώς η νευροπιλίνη-1 παρουσιάζει υψηλή έκφραση στους νευρικούς ιστούς της ρινικής κοιλότητας, καταλαβαίνουμε ότι ο SARS-CoV-2 μπορεί να μολύνει άμεσα τα κύτταρα της περιοχής αυτής μόλις εισπνεύσουμε ένα μολυσμένο σταγονίδιο.
Η αυξημένη έκφραση της νευροπιλίνης-1 σε ιστούς ασθενών που κατέληξαν από COVID-19, ενίσχυσε την παραπάνω θεωρία, η οποία μεταγενέστερα επιβεβαιώθηκε σε κλινικές μελέτες με πειραματόζωα οι οποίες έδειξαν ότι ο υποδοχέας διευκολύνει την είσοδο του ιού στο νευρικό σύστημα.
Η παραπάνω διαπίστωση μπορεί ίσως να εξηγήσει γιατί ο COVID-19 μπορεί να επηρεάσει τον εγκέφαλο, ωστόσο αυτό είναι κάτι που θα πρέπει να εξεταστεί περισσότερο από μελλοντικές έρευνες.
«Διαπιστώσαμε ότι η νευροπιλίνη-1 στα πειράματά μας διευκολύνει την είσοδο ιών στον εγκέφαλο, ωστόσο προς το παρόν δεν μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι αυτό συμβαίνει και στον SARS-CoV-2. Η οδός αυτή έχει κατασταλεί από το ανοσοποιητικό σύστημα στους περισσότερους ασθενείς», εξήγησε ο Mika Simons, ένας νευρολόγος από το Technical University of Munich που συμμετείχε στην έρευνα.
Αν και πιθανώς ο αποκλεισμός των υποδοχέων με φάρμακα πιθανώς θα έχει αρνητικές επιδράσεις στην υγεία, οι επιστήμονες εξερευνούν ήδη εναλλακτικές προσεγγίσεις που βασίζονται στις παρατηρήσεις της παρούσας μελέτης.
Η ερευνητική ομάδα έχει αναπτύξει ήδη ειδικά μόρια τα οποία παρεμβαίνουν στη σύνδεση ανάμεσα στον ιό και τη νευροπιλίνη. Η προσέγγιση αυτή ήταν επιτυχής σε in vitro πειράματα και οι επιστήμονες ελπίζουν ότι σύντομα θα επιβεβαιώσουν την αποτελεσματικότητά της και in vivo.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science.
Φωτογραφία: NIAID