Новый бета-коронавирусный вирус, коронавирус 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2) и коронавирусы в целом изменяют клеточный метаболизм хозяина, поддерживая массовое производство вирусных геномов размером ~ 30 КБ и субгеномных вирусных РНК. Однако как это достигается, в значительной степени неизвестно.

Исследователи из Бригама и женской больницы, Массачусетской больницы общего профиля (MGH) и Института Броуда провели транскрипционный и метаболомный анализ после заражения SARS-CoV-2, чтобы понять это. Они показали, что SARS-CoV-2 ремоделирует фолиевую кислоту и одноуглеродный метаболизм хозяина на посттранскрипционном уровне, чтобы поддерживать синтез пуринов de novo для генома вируса, минуя вирусное отключение трансляции хозяина.

Они выполнили тесты через 8 часов после заражения SARS-CoV-2, в ранний момент, когда жизненный цикл вируса завершился, но до каких-либо явных эффектов на рост или выживание клеток-хозяев. Исследование, недавно опубликованное в журнале Nature Communications также подчеркнуло потенциальную терапевтическую пользу таких препаратов, как метотрексат, который ингибирует фолат и одноуглеродные метаболические пути, присваиваемые вирусом.

Исследователи также продемонстрировали, что, хотя внутриклеточная глюкоза и фолиевая кислота истощены в клетках, инфицированных SARS-CoV-2, репликация вируса чрезвычайно чувствительна к фолиевой кислоте и ингибиторам одноуглеродного метаболизма.

«Моноклональные антитела многообещающи, но их необходимо вводить внутривенно. Блокирование путей метаболизма, репликация которых зависит от вирусов, может стать новой стратегией для лечения пациентов на ранней стадии», – сказал Бенджамин Гевурц, доктор медицинских наук, .D., Отделение инфекционных болезней.

В хорошо защищенном помещении (лаборатория биобезопасности, BSL-3) исследователи получили образцы вируса и культивировали их. Используя подходы масс-спектрометрии, они определили ресурсы, которые потребляются и производятся здоровыми и инфицированными клетками, таким образом устраняя пути, измененные вирусом.

В «точке затмения», через 8 часов после заражения, вирус начал производить свою РНК и белки; но исследователи не наблюдали серьезного влияния на рост и выживаемость клеток-хозяев. Далее они проанализировали аминокислоты и тысячи химических метаболитов, производимых клетками. Это привело к наблюдению, что у инфицированных клеток истощились запасы глюкозы и фолиевой кислоты.

Они сообщили, что аминокислоты могут в значительной степени потребляться для синтеза вирусного белка, в то время как одновременная активация клеточного интегрированного стрессового ответа (ISR) может привести к селективной активации аспартата и аспарагина (большинство аминокислот истощены).

Поразительно, но в инфицированных вирусом клетках исследователи наблюдали изменения во внутриклеточной метаболомике: накопление промежуточных продуктов синтеза пурина de novo (включая 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (PRPP), N-формилглицинамид рибонуклеотид (FGAR), аминоимидазол рибонуклеотид). (AIR) и рибонуклеотид сукциниламиноимидазолкарбоксамида (SAICAR).

Как и ожидалось, вирус SARS-CoV-2 отклонил процессы, включающие важные строительные блоки, такие как глюкоза и сборка пуриновых оснований, которые необходимы для создания большого количества вирусной РНК, вдали от механизмов хозяина. Для синтеза рибонуклеотидов необходима рибоза, полученная из глюкозы. Важно отметить, что они обнаружили, что 1-углеродный путь метаболизма фолиевой кислоты был гиперактивным. Таким образом, вирус был хорошо снабжен большим количеством углеродных групп для создания оснований для ДНК и РНК.

Примечательно, что результаты этого исследования также показали, что нарушение производных глюкозы предшественников анаболических реакций, вероятно, лежит в основе наблюдаемого снижения репликации вирусов при голодании по глюкозе.

Исходя из этого, исследователи рекомендовали использовать препараты, подавляющие метаболизм фолиевой кислоты, в частности метотрексат, в качестве терапевтических кандидатов для лечения COVID-19. Метотрексат часто используется для лечения аутоиммунных состояний, таких как артрит, а также в настоящее время оценивается как средство для лечения воспаления, наблюдаемого на ранней стадии заражения COVID-19.

Чтобы проверить, влияет ли ингибирование метаболизма фолиевой кислоты на экспрессию вирусной РНК и продукцию вирионов, исследователи использовали аналог фолиевой кислоты, метотрексат. Результаты предполагают, что чувствительность репликации вируса к метотрексату тесно связана с критической ролью метаболизма фолиевой кислоты в поддержке синтеза пуринов de novo и указывает на консервативную роль в физиологически значимом типе клеток человека, отметили исследователи.

Исследователи также обнаружили синергетический эффект при назначении метотрексата с ремдесивиром, противовирусным препаратом.

«Таргетная терапия метаболизма хозяина может добавить к вооружению против будущих вспышек коронавируса».

Однако иммуносупрессивные свойства метотрексата требуют дальнейших исследований, чтобы определить, как максимизировать противовирусные эффекты препарата без ущерба для естественного иммунного ответа пациента.

SARS-CoV-2 заразил более 122,5 миллиона жизней и стал причиной более 2,7 миллиона смертей во всем мире. Как никогда прежде, потребность в выявлении новых противовирусных мишеней и эффективных терапевтических агентов. Тем не менее, жизненный цикл SARS-CoV-2, его действие в клетке-хозяине и конкретная молекулярная физиология в значительной степени неизвестны. Это исследование является попыткой в ​​этом направлении с важной информацией о возможных лекарствах против метаболизма.

«Мы надеемся, что в конечном итоге мы сможем найти способ предотвратить использование вирусами метаболических путей клеток для самовоспроизведения, поскольку это может ограничить способность вирусов вырабатывать устойчивость. Мы начинаем понимать новые вирусные варианты, и мы надеемся, что сможем опередить это – лечить пациентов до того, как вирус получит возможность создавать копии самого себя, которые могут стать устойчивыми к антителам », – сказал Гевурц.