Apa peran cyclophilin-A dalam mengurangi infeksi SARS-CoV-2?

Read Also

Merebaknya infeksi severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)di Wuhan, Cina, pada bulan Desember 2019 menyebabkan penyakit coronavirus (CoV) baru 2019 (COVID-19), menyebabkan krisis kesehatan masyarakat di seluruh dunia yang signifikan.

The World Health Organization (WHO) mendeklarasikan pandemi COVID-19 pada 11 Maret 2020 karena peningkatan kasus yang mengkhawatirkan di seluruh dunia. Strategi dan terapi anti-CoV khusus sangat penting untuk pengobatan dan pencegahan COVID-19.

Latar belakang

Saat ini, tujuh CoV berbeda diketahui menyebabkan penyakit pernapasan pada manusia. Paxlovid (Pfizer) telah disetujui untuk otorisasi penggunaan darurat oleh Food and Drug Administration (FDA) Amerika Serikat sebagai tanggapan terhadap SARS-CoV-2. Paxlovid mengandung antivirus Nirmatrelvir/Ritonavir yang memblokir aktivitas SARS-CoV-2 3CL protease (3CLpro) dan main protease (Mpro). Namun, itu dapat menyebabkan efek samping yang serius. Terlebih lagi, munculnya SARS-CoV-2 varians of concern (VOC) telah menyebabkan kebutuhan mendesak untuk mengembangkan agen antivirus, obat baru, dan vaksin baru untuk mencegah infeksi.

Protein Cyclophilin (Cyp) memainkan peran penting selama siklus hidup virus dari keluarga yang berbeda, seperti virus hepatitis C, human immunodeficiency virus, virus dengue, human papillomavirus, cytomegalovirus, virus influenza A, virus stomatitis vesikular, virus ensefalitis Jepang, dan berbagai CoV. Siklus hidup NL-63 (HCoV-NL63), human CoV 229 E (HCoV-229 E), dan SARS-CoV yang menyebabkan infeksi pernapasan ringan pada manusia, serta feline infectious peritonitis coronavirus (FPIV) yang menyebabkan penyakit fatal di kucing, dilaporkan bergantung pada CypA, yang memainkan peran penting dalam replikasi CoV. Siklosporin A (CsA), yang merupakan penghambat CypA dapat memberikan penekanan spektrum luas terhadap CoV.

18 kDa human cyclophilin A (hCypA) milik keluarga immunophilin dan keduanya hadir dan dilestarikan dalam prokariota dan eukariota. Protein hCypA terdiri dari aktivitas peptidil-prolil cis-trans isomerase (PPIase) dan dapat melakukan katalisis isomerisasi cis-trans ikatan peptida pada residu prolin serta mengatur perdagangan dan pelipatan protein. CsA dapat berguna dalam menghambat pengikatan hCypA ke SARS-CoV-2 receptor-binding domain (RBD). Ini dapat menghambat aktivitas PPIase dengan mengikat CypA baik secara ekstraseluler maupun intraseluler. Telah diamati untuk menghambat protein fosfatase calcineurin (Cn) dan mencegah translokasi nuclear factor in activated T cells (NF-AT) yang pada gilirannya mencegah transkripsi gen yang mengkode sitokin pro-inflamasi. Namun, studi tentang aktivitas ekstraseluler CypA tidak diketahui dengan baik.

Studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa MERS-CoV dan SARS-CoV mengandung sejumlah besar CypA untuk mempertahankan siklus hidup mereka dan mempercepat setiap cacat dalam produksi sel di sel target mereka. CypA juga telah diamati untuk berinteraksi secara intraseluler dengan non-structural SARS-CoV protein 1 (Nsp1). Oleh karena itu, CsA dapat menghambat replikasi in vitro berbagai CoVs, termasuk HCoV-NL63, HCoV-229 E, SARS-CoV, avian infectious bronchitis virus (IBV), mouse hepatitis virus (MHV), dan FPIV, yang secara genetik dekat dengan virus SARS-CoV-2.

Glikoprotein homotrimeric spike (S) memediasi masuknya SARS-CoV-2 melalui inang reseptor angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2). Pengenalan reseptor ACE2 SARS-CoV-2 diamati mirip dengan SARS-CoV 2003. Ekspresi reseptor ACE2 manusia dapat diamati sebagai protein terikat membran di berbagai organ. RBD S1 termasuk terdiri dari inti dan receptor-binding motif (RBM) yang secara akurat mengenali ACE2. Selain itu, RBD penting untuk menentukan penularan dari manusia ke manusia dan lintas spesies. Selanjutnya, identifikasi dan analisis interaksi antara hCypA dan protein S SARS-CoV-2 telah dilakukan untuk memahami fungsi hCypA dalam siklus hidup SARS-CoV-2.

Munculnya varian SARS-CoV-2 telah meningkatkan kekhawatiran tentang kemanjuran vaksin. Para peneliti telah mengindikasikan bahwa varian tersebut terdiri dari mutasi yang dapat menyebabkan penularan tinggi, memengaruhi tingkat keparahan COVID-19, dan mencegah vaksin dan kekebalan yang diinduksi secara alami. Mutasi ini juga dapat mempengaruhi pengikatan protein S ke reseptor ACE2.

Sebuah studi baru dalam jurnal Bioengineering and Translational Medicine bertujuan untuk menganalisis interaksi molekuler antara protein hCypA dan varian SARS-CoV-2 untuk menentukan dampak varian pada potensi pemblokiran dan pengikatan kompleks protein hCypA–S dengan ACE2. reseptor.

Tentang studi

Studi ini melibatkan pembelian berbagai varian SARS-CoV-2 yang mencakup, varian Alpha, Beta, Delta, Gamma, Omicron, Kappa, Epsilon, Deltcron, dan Lambda bersama dengan antibodi penetral anti-SARS-CoV-2, human cyclophilin A, recombinant ACE2, anti-rabbit IgG, dan anti-Human IgG antibody. Setelah itu blotting barat jauh dilakukan menggunakan ACE2, hCypA, dan RBD yang dimurnikan. Resonansi plasma permukaan digunakan untuk menentukan afinitas pengikatan hCypA ke protein dan varian RBD.

Analisis struktural kompleks SARS-CoV-2-hCypA yang dipasangkan dengan ACE2 dilakukan untuk menganalisis dampak hCypA pada interaksi protein S ACE2. Akhirnya, molecular interaction lateral flow (MILF) dibangun untuk mendapatkan immunochromatographic signal read-outs.

Temuan studi

Hasil penelitian menunjukkan bahwa protein SARS-CoV-2 S sangat mirip struktur dan urutannya dengan protein SARS-CoV S. Juga, afinitas pengikatan antara ACE2 dan SARS-CoV RBD diamati serupa. Protein hCypA diamati menelan RBM SARS-CoV-2 dan memblokir akses ke residu utama yang terlibat dalam interaksi dengan ACE2. Selain itu, situs aktif hCypA diamati terdiri dari tujuh residu yang berinteraksi dengan CsA dan terlibat dalam aktivitas PPIase. Antarmuka kompleks hCypA-RBD dilaporkan distabilkan oleh banyak interaksi dan lima ikatan hidrogen antarmolekul.

Pengikatan RBD ke hCypA dan reseptor ACE2 dikonfirmasi melalui hasil blotting barat jauh. Nilai energi ikat dan afinitas pengikatan yang tinggi diamati ketika hCypA berinteraksi dengan SARS-CoV-2 RBD. Pengikatan ACE2 dengan RBD diamati berkurang dengan adanya hCypA. Selain itu, interaksi RBD diamati berkurang dengan adanya kompleks hCypA-CsA. Afinitas pengikatan kompleks hCypA-CsA diamati lebih tinggi dibandingkan dengan afinitas pengikatan kompleks hCypA-RBD. Oleh karena itu, pengikatan hCypA-CsA mendukung pengikatan ACE2 ke RBD.

Tidak ada perubahan struktural signifikan yang diamati untuk varian SARS-CoV-2 dibandingkan dengan kompleks RBD-hCypA tipe liar, kecuali untuk Delta. hCypA dilaporkan mengikat RBD dari semua varian kecuali Delta. Residu positif pada Delta RBD dilaporkan menyebabkan hambatan sterik selama pengikatan hCypA. Hasil uji strip MILF juga menegaskan bahwa pengikatan hCypA menghambat interaksi RBD dengan ACE2. Hasil serupa diperoleh untuk semua varian SARS-CoV-2 kecuali Delta.

Oleh karena itu, penelitian saat ini menunjukkan bahwa hCypA memainkan peran penting dalam mengatur SARS-CoV-2 di dalam inang. Ini dapat mengikat RBD dan mencegah interaksinya dengan host ACE2, menunjukkan bahwa hCypA dapat digunakan sebagai target potensial untuk terapi antivirus.

Journal reference:

Sekhon, S.S. et al. (2022). Cyclophilin A-mediated mitigation of coronavirus SARS-CoV-2. Bioengineering and Translational Medicine. doi: https://doi.org/10.1002/btm2.10436 https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/btm2.10436.