Polimerasa ARN: la "fotocopiadora descuidada" del SARS-COV-2

Como hemos visto anteriormente, cuando se produce una infección viral, el virus entra en la célula huésped, acoplándose inicialmente a través de un receptor viral (en el caso del SARS-CoV-2, se trata de la proteína Spike) que se engancha a una proteína de la célula diana (en el caso del SARS-CoV-2, se trata de la enzima ACE2). Una vez dentro de la parte acuosa de la célula, llamada citosol, el virus se "desempaqueta" liberando su contenido: una mezcla de proteínas y su material genético. Mientras que en los humanos la información genética, es decir, lo necesario para construir los componentes de la célula, se almacena en moléculas de ADN, el Coronavirus utiliza una única molécula de ARN. Los humanos también tienen ARN en sus células, pero lo utilizamos para otros fines, principalmente para construir proteínas.

Una vez que el coronavirus ha infectado una célula, su objetivo es asegurar la formación de nuevas copias del virus, para tener una descendencia capaz de perpetuar su especie. Por lo tanto, todo lo que estaba presente en el virus que infectó la célula debe ser "copiado" y ensamblado para formar nuevos viriones, incluyendo nuevas copias del material genético (=ARN) del propio virus. La maquinaria esencial para sintetizar nuevo ARN se encuentra, en diferentes formas, en todos los organismos y se llama polimerasa ARN, literalmente "enzima que forma largas cadenas de ARN". La polimerasa ARN del SARS-CoV-2 se denomina RdRP (polimerasa ARN dependiente del ARN) y se encarga esencialmente de copiar el material genético del virus.

A pesar de llevar a cabo un proceso sofisticado y crucial, la maquinaria (o el operador) es un tanto "descuidada": de hecho, cada vez que hace una copia del material genético original, comete errores, y la copia tiene diferencias con respecto al original. Estas diferencias son las llamadas mutaciones, que afectan a la estructura de las proteínas del virus y a su función. En los últimos días hemos oído hablar de la variante G614 (o mejor, D614G) del virus: lo que ocurrió es que la polimerasa ARN se "distrajo" mientras hacía una copia del genoma viral, y ha cambiado una base (un "ladrillo") del ARN. Esto provocó una mutación de la proteína Spike en la posición 614, que sin embargo no es un sitio de contacto directo con la enzima ACE2, por lo que su efecto sobre la estructura y la función tendrá que ser evaluado experimentalmente para entender sus consecuencias. En cualquier caso, estas mutaciones tienen consecuencias sobre el virus, es decir, pueden ser neutras, ventajosas o desventajosas. Un virus mutado empezará a circular si esta mutación le da una ventaja para su ciclo vital: esto puede significar ser más eficiente para infectar células humanas, por ejemplo, pero causar menos daño al organismo anfitrión, ya que como virus altamente letal está destinado a desaparecer por falta de huéspedes.

La enzima RdRP sintetiza una copia del material genético del virus, una molécula de ARN formada por cuatro bases nitrogenadas diferentes. La enzima toma la cadena de ARN a copiar y las unidades moleculares individuales (nucleótidos) complementarias a ella aparecen de una en una según el emparejamiento A:U y G:C (en la figura, los rectángulos con colores diferentes emparejan el amarillo con el azul y el rojo con el verde). A veces, el RdRP empareja mal estos ladrillos, y esto da lugar a una mutación en la "descendencia" viral. Si la mutación es beneficiosa para la supervivencia, se mantendrá.

Volvamos a la función principal de la polimerasa ARN, es decir, copiar el material genético del SARS-CoV-2. Este es un paso crucial para formar un nuevo virus, y por lo tanto si pudiéramos bloquear la acción de la RdRP en las células infectadas... tiene razón, el virus dejaría de replicarse. Las moléculas capaces de inhibir la polimerasa ARN son excelentes antivirales. La molécula Remdesivir, desarrollada para inhibir la Polimerasa ARN del virus del Ébola pero también capaz de bloquear las polimerasas de otros virus, es un excelente ejemplo de antiviral dirigido a la RdRP. De forma similar a lo que se ha visto para la proteasa principal Mpro del SARS-CoV-2, la biología estructural puede decirnos cómo el Remdesivir puede atascar la maquinaria, y lo que es más importante, sugiere cómo mejorar la molécula para asegurar que se pueda obtener un antiviral altamente específico para el coronavirus. Investigadores de la Academia China de Ciencias han determinado, mediante la técnica de la criomicroelectrónica, la estructura del RdRP, fotografiándolo en plena actividad replicativa.

La estructura de la RdRP del SARS-CoV-2, compuesta por tres subunidades proteicas para formar un heterotrímero activo, captada por crio-EM en el proceso de replicación del ARN, visible en el lado izquierdo. El corazón de la máquina RdRP se destaca a la derecha, donde se muestra en verde la forma activa del fármaco Remdesivir, incorporado a la copia del material genético del virus. La adición del fármaco a la copia del ARN impide la copia completa del material genético, y los detalles finos del mecanismo aún están en debate. Cortesía del Dr. Degano.

Esta estructura ha demostrado que el Remdesivir actúa de una manera muy particular, no tanto interfiriendo con el RdRP, sino insertándose en la copia del ARN que se crea y actuando allí como una señal de "parada", impidiendo que el trabajo de la polimerasa ARN continúe. Y lo que es aún más interesante, la estructura ha demostrado que el punto en el que el Remdesivir se une a la RdRP antes de incorporarse al ARN tiene unas características muy específicas que pueden ser utilizadas por los químicos para sintetizar una molécula antiviral aún más eficaz. Otras dos estructuras determinadas por otros grupos en condiciones diferentes ofrecieron otra información sobre el mecanismo de acción del antiviral y sobre cómo desarrollar otros mejores. En la actualidad, ya existe un compuesto denominado EIDD-2801 que es hasta 10 veces más potente que el Remdesivir a la hora de bloquear la replicación del SARS-CoV-2 en células de cultivo. Todavía queda mucho camino por recorrer para que un fármaco esté disponible, pero gracias a la biología estructural, estamos haciendo grandes avances.