شناسایی مسیرهای تأثیر COVID-19 بر بدن انسان

مطالعه‌ای در دانشگاه کالیفرنیا نشان می‌دهد دانشمندان توانسته‌ اند با بررسی دقیق تعاملات پروتئین‌های ویروس و انسان، گام‌ها موثری در جهت رسیدن به دارویی برای درمان COVID-19، طی‌ کنند. این تحقیق با مطالعه بر روی ۶۹ داروی دارای مجوز FDA انجام گرفته است و انتخاب این داروها بر مبنای شیمی‌انفورماتیک (chemoinformatic) است که از مطالعه بر روی مسیر برهمکنش‌های پروتئینی ویروس-انسان بدست آمده است و تأثیر این داروها بر ۶۶ نوع از پروتئین‌های سطحی بدن انسان مشهود بوده‌است.

کروناویروس جدید که با نام‌های SARS-COV2 یا COVID-19 هم شناخته می‌شود پاتوژن ویروسی جدیدی است که از اواخر سال ۲۰۱۹ از شهر ووهان چین شروع به گسترش یافتن کرد و امروزه نه تنها به‌عنوان اپیدمی بلکه به عنوان پاندمی و عاملی خطرناک برای جهانیان از سوی سازمان بهداشت جهانی، شناخته می‌شود. دانشمندان چینی با شیوع این ویروس توالی ژنوم آن را کشف کردند و آن را در اختیار همگان قرار دادند و موجب شروع زودهنگام مطالعات مختلف برای تشخیص‌ مولکولی این بیماری شدند. باوجود اینکه تشخیص مولکولی این بیماری به سرعت گسترش یافت، اما داروها و ترکیبات ضد ویروسی مختلف از جمله remedesivir و chloroquine در آزمایشات مختلف بالینی، نتایج خوبی را مبنی بر درمان این بیماران نداشته‌‌اند.

ژنوم این ویروس، RNA تک رشته‌ای است که Positive-Sense است؛ به صورتی که با داشتن قابلیت تولید مستقیم mRNA، سرعت بیشتری در بیماری‌زایی دارند. SARS-COV-2 حاوی ژنومی با ۱۴ چارچوب خوانش باز (open reading frames(ORFs)) است و این امر یعنی داشتن ۱۴ منطقه با قابلیت ترجمه در ژنوم. در ناحیه ´۵ از RNA این ویروس، یک ORF با کد‌کردن نوعی پلی‌پروتئین که به صورت خودکار به ۱۶ پروتئین غیر‌ساختاری تبدیل می‌شود، یک complex همانندسازی-رونویسی را تشکیل می‌دهد؛ این پروتئین‌ها شامل چندین آنزیم ضروری برای رونویسی، از جمله RNAپلی‌مراز و سایر آن‌ها شامل اندو و اگزونوکلئاز‌ها می‌باشند که در متابولیسم اسید‌های نوکلئیک بسیار پر‌اهمیت هستند.

مشاهدات حاکی از آن است که احتمالاً در ناحیه ´۳ ژنوم، ۱۳ پروتئین بیان می‌شوند که نقش ساختاری دارند از‌جمله: spike یا s، پروتئین‌های غشا (M)، غلاف ویروسی (E) و نوکلئوپسید (N). این پروتئین‌های ساختاری کپسید ویروس را تشکیل می‌دهند و باعث می‌شوند تا هنگامی که وارد بدن انسان می‌شود، با پروتئین‌های سطحی سلول‌های بدن، به نام ACE2 اتصال خوبی برقرار کند.

ویروس COVID-19 سویه جدیدی از بتا کروناویروس‌هاست که چندان اطلاعات جدیدی در اختیار ما قرار نداده است ولی با شیوع سارس در سال ۲۰۰۲-۲۰۰۳ و مرس در سال ۲۰۱۲، اطلاعات خوبی از این خانواده به دست مجامع علمی رسیده است. SARS, MERS و SARS-COV-2 از نظر بیماری‌زایی و میزان مرگ و میر باهم تفاوت‌های زیادی دارند اما در عین همه این تفاوت‌های مهم، شباهت‌هایی دارند که کم اهمیت نیستند، از جمله: اندازه ژنوم، که در همگی حدود ۳۰Kb است، پروتئین‌های ساختاری ORF و همچنین ساز و کار replicase-transcriptase که می‌تواند مارا در پیش‌بینی رفتار این ویروس در رونویسی و بیماری‌زایی بسیار راهنمایی کند و در مطالعات مختلف برای تولید واکسن و داروی مؤثر، مفید باشد.

یکی از اتفاقات ضروری که در جلوگیری از فرایند رونویسی MERS-COV توسط سلول میزبان مشاهده شد، وجود مسیرهای اتوفاژی است که شامل سیگنالینگ mTOR-P13k می‌باشد؛ در یک آزمایش in vitro نتایج نشان داد، با فرایند یوبی‌کوئیتینه شدن که نوعی کیناز (SKP2) در آن نقش اساسی ایفا می‌کند میزان رونویسی در ویروس مرس، حدود ۲۸هزار برابر کمتر رخ داد که نشان‌دهنده تأثیر این مسیرهای اتوفاژی بر بلاک‌کردن مسیر تکثیر و عفونت‌زایی این خانواده ویروسی است.

ویروس‌های سارس و مرس، با اتصال پروتئین‌های ساختاری خودشان به غشای شبکه آندوپلاسمی سلول میزبان، باعث تجمع سیستم replicase-transcriptase در آن می‌شوند و این امر خود نیز یکی از مسیر‌های متابولیکی است که در طراحی دارو برای مقابله با رونویسی کردن این دو ویروس استفاده شد و پیش بینی می‌شود از آن بتوان در تولید دارویی مؤثر برای COVID-19 هم بهره برد.

محققان برای یافتن نحوه اتصال و پروتئین‌های متصل شونده SARS-COV-2 به سلول‌های بدن انسان، از خطوط سلولی (cell-lines) استفاده کردند که در معرض این ویروس قرار گرفته بود و مشاهدات خود را با روش تازه‌ای موسوم به affinity purification mass spectrometry proteomic ثبت کردند؛ این تیم با در دست داشتن توالی ژنوم کروناویروس جدید و سپس کلون‌کردن، علامت گذاری و در نتیجه‌ی آن، بیان ۲۶ عدد از ۲۹ پروتئین‌های ساختاری این ویروس، مشاهدات خود را روی خطوط سلولی HEK293 بیان کردند.

این پروتئین‌ها بعد از بیان، به وسیله Strapdividin تخلیص شدند و توالی‌های آن‌ها به روش mass spectrometry بدست آمد که منجر به یافتن ۳۳۲ برهمکنش پروتئین-پروتئین میان انسان و SARS-COV-2 شد. بعد از به دست آمدن این یافته‌ها، حال نوبت آن است که دانشمندان باتوجه به پایگاه‌های داده شیمی‌انفورماتیک، داروها و ترکیبات شیمیایی که می‌توانند تأثیر مناسبی بر از بین بردن میان‌کنش‌های پروتئین-پروتئین میان ویروس و انسان دارد را پیدا کنند.

همان‌طور که گفته شد، در این تحقیق از ۶۹ دارو یا ماده ‌شیمیایی مؤثر بر ۶۶ مسیر متابولیک بدن استفاده شده است؛ بررسی این مسیرها نشان داده است که ضمن تأثیر این داروها، با افزایش کارایی پروتئین‌هایی مثل G3BP1 (نوعی پروتئین ضد ویروس) که در بیشتر شدن فعالیت ایمنی ذاتی نقش دارند، پاسخ ایمنی بدن در برابر این ویروس قوی‌تر خواهد شد و این موضوع نشانگر تأثیر SARS-COV-2 بر کاهش فعالیت سیستم ایمنی ذاتی می‌باشد.

ویروس‌هایی که میزبانشان پستانداران هستند، معمولاً از سامانه یوبی‌کوئیتینه کردن میزبان در جهت رونویسی و تکثیر خود بهره می‌برند؛ این موضوع شامل حال SARS-COV-2 هم می‌شود و برخی پروتئین‌های این ویروس در تعامل با سیستم یوبی‌کوئیتیناسیون بدن، منجر به کاهش فعالیت آن می‌شوند.

این ۶۶ مسیر تحت تأثیر ۶۹ داروی مذکور قرارگرفته اند و محققان درحال انجام آزمایشات پیش‌بالینی بر روی آن هستند و امیدوارند که بتوانند با آزمایشات بیشتر، به درمانی مؤثر برای این سویه‌ی ویروسی جدید برسند.