Benedette Cuffari, M.Sc.Reviewed by Sophia Coveney, B.Sc.

Kehittääkseen sopivia hoitoja ja rokotteita uudenlaisen koronaviruksen, joka tunnetaan myös nimellä vakavan akuutin hengitystieoireyhtymän koronavirus 2 (SARS-CoV-2), torjumiseksi tutkijat eri puolilla maailmaa ovat tutkineet huolellisesti tämän voimakkaan viruksen jokaista mikroskooppista komponenttia.

Furiiniproteaasit?” />

Image Credit: Kateryna Kon/.com

Tämä tutkimus on johtanut siihen, että furiiniproteaasilla saattaa olla keskeinen rooli SARS-CoV-2:n pääsyn helpottamisessa ihmissoluihin.

Mikä on proteaasi?

Käsitteellä proteaasi kuvataan laajaa joukkoa erilaisia hydrolyyttisiä entsyymejä. Proteaaseja luonnehditaan usein niiden aktiivisen alueen rakenteen, spesifisten reaktiomekanismien ja vaikutuskohdan perusteella.

Kuten monet muutkin entsyymit, proteaasit voivat osallistua moniin erilaisiin sekä biokemiallisiin että fysiologisiin prosesseihin koko elimistössä, jotka vaikuttavat suoraan yksittäisten solujen toimintaan sekä koko elimistöön.

Joitakin proteaasien spesifisiä rooleja elimistössä ovat mm. ravitsemuksen ylläpito, proteiinien kierto, kasvaminen, adaptaatiokykyyn sopeutuminen, säätelytoiminnot, itämiskyky, orastuvuus, tautien leviäminen, sairaudet, ja viime kädessä myös kuolema. On arvioitu, että ihmisen genomi koodaa yli 550 erilaista proteaasia.

Mikä on furiini?

Alun perin vuonna 1990 tunnistettu furiini on solun endoproteaasi, joka aktivoi proteolyyttisesti monia proproteiinisubstraatteja patogeenisistä tekijöistä kasvutekijöihin, reseptoreihin ja solunulkoisen matriisin proteiineihin.

Kuten muutkin endoproteaasit, furiinin toimintamekanismi johtuu peptidien ja proteiinisubstraattien hydrolyysistä spesifisissä sisäisissä peptidisidoksissa.

Furiinin toiminnalla on kriittisiä rooleja kaikissa elämänvaiheissa, alkaen sen pro-b-hermon kasvutekijän (NGF) prosessoinnista, joka mahdollistaa hermosolujen innervaation kehittymisen aikana, ja jatkuen elämän myöhäisvaiheeseen amyloidididementian aikana.

Virusten patogeenisuus furiinin avulla

Furiinin rooli moninaisen patogeenipopulaation aktivoinnissa tunnistettiin alun perin pernaruttotoksiinin suojaavalla antigeenillä (PA) ja lintuinfluenssaviruksen hemagglutiniinilla (HA) tehtyjen biokemiallisten kokeiden avulla.

Pernaruttoaltistuksen jälkeen furiini vastaa esimerkiksi tämän toksiinin pilkkomisesta, mikä on ratkaiseva vaihe siinä, että toksiini voi muodostaa huokosia kohdesolujen kalvoihin ja lopulta tunkeutua isäntäsoluihin.

Lintuinfluenssavirus sekä useat muut patogeeniset virukset, kuten HIV-1, tuhkarokko ja respiratorinen synkkytaalivirus (RSV), käyttävät samanlaista furiinin mekanismia virulenssinsa lisäämiseen. Tarkemmin sanottuna nämä virukset ilmentävät usein pinnallaan kuoriglykoproteiineja.

Näiden glykoproteiinien pilkkominen furiinin avulla mahdollistaa kypsän ja fusogeenisen kuoriglykoproteiinin kehittymisen. Ebola Zaire- ja Norsunluurannikon kantojen on myös osoitettu sisältävän kuoriglykoproteiinissaan konsensus-furiinikohdan, joka on yhdistetty erittäin tappavan Ebola-viruksen tiettyihin sytotoksisiin vaikutuksiin.

Furiini ja koronavirukset

SARS-CoV-2 -viruksen rakennetta ympäröivät trimeeriset transmembraaniset piikkiproteiinit (S-proteiinit), jotka ovat osoittautuneet kriittisen tärkeiksi mekanismissa, jolla virus tunkeutuu isäntäsoluihin.

S-proteiinin sisällä on kaksi toiminnallista domeenia, joihin kuuluu reseptoria sitova domeeni ja toinen domeeni, joka mahdollistaa viruksen fuusioitumisen isäntäsolujen fosfolipidikalvon kanssa.

Virus- ja solukalvojen fuusioitumisen mahdollistamiseksi on tyypillisesti mukana tietynlainen proteaasi; tämän proteaasin erityisominaisuudet voivat kuitenkin vaihdella koronavirusten välillä. Esimerkiksi Lähi-idän hengitystieoireyhtymä (MERS)-CoV-virusta ympäröivä S-proteiini sisältää furiinin pilkkoutumiskohdan, joka edistää tämän viruksen pääsyä soluihin.

Vertaavasti vakavan akuutin hengitystieoireyhtymän (SARS)-CoV-virusmolekyylin S-proteiini ei ole pilkkoutunut sen jälkeen, kun se on fuusioitunut isäntäsolun kanssa, mikä viittaa siihen, että sen pilkkoutuminen tapahtuu sen jälkeen, kun virus on jo tunkeutunut soluun.

Kuvan luotto: Kateryna Kon/.com

Furiini ja SARS-CoV-2

S-proteiinin sitoutuminen angiotensiiniä konvertoivaan entsyymi 2:een (ACE2) on todettu keskeiseksi mekanismiksi SARS-CoV-2:n tunkeutumisessa ihmissoluihin. SARS-CoV-2:n S-proteiinin tutkimuksessa tunnistettiin neljä redundanttia furiinin pilkkoutumiskohtaa.

Interenkiintoista on, että furiiniproteaaseja esiintyy runsaasti kaikkialla hengitysteissä, mikä sai tutkijat pohtimaan, voisiko SARS-CoV-2:n S-proteiinin pilkkoutuminen epiteelisoluista ulostulon yhteydessä johtaa sen erittäin tarttuvaan ja patogeeniseen luonteeseen.

Sen lisäksi, että näiden furiinin pilkkoutumiskohtien hankkiminen antaa tutkijoille tietoa siitä, miksi SARS-CoV-2 on niin tarttuva ihmisten välillä, se antaa tutkijoille tietoa myös siitä, miten tämä virus pystyi alun perin menestyksekkäästi leviämään lepakoista ihmisiin.

Äskettäin tehdyssä tutkimuksessa luotiin SARS-CoV-2-mutantti, jolla ei ollut tavanomaista furiinin pilkkoutumiskohtaa. Testeissä havaittiin, että mutantti aiheutti vähemmän tautia, mutta se saattoi silti antaa jonkin verran suojaa vanhempaa SARS-CoV-2:ta vastaan. Tulokset viittaavat siihen, että SARS-CoV-2:n furiinin pilkkoutumiskohdalla on kriittinen rooli SARS-CoV-2-infektiossa.

Johtopäätös

Valitettavasti suuri osa furiiniproteaaseihin ja niiden osallisuuteen SARS-CoV-2:n leviämisessä ja infektiossa liittyvästä tiedosta on vielä alkuvaiheessa, ja sitä on tutkittava perusteellisemmin.

Furiinien pilkkoutumiskohtien osuuden tutkiminen SARS-CoV-2:n leviämisessä voi tukea kohdennettujen terapeuttisten lähestymistapojen, kuten isäntäproteaasin estäjien, kehittämistä lähitulevaisuudessa.

• Alsibai, K. D. (2020). Angiotensiinikonvertaasientsyymi 2:n ja proteaasien ilmentyminen COVID-19-potilailla: Solujen FURINin mahdollinen rooli SARS-CoV-2:n patogeneesissä. Medical Hypotheses 143. doi:10.1016/j.mehy.2020.109893.
• Braun, E., & Sauter, D. (2019). Furiinivälitteinen proteiinien prosessointi tartuntataudeissa ja syövässä. Clinical & Translational Immunology 8(8). doi:10.1002/cti2.1073.
• Johnson, B.A., Xie, X., Bailey, A.L. et al. (2021). Furiinin pilkkomispaikan menetys heikentää SARS-CoV-2-patogeneesiä. Nature doi.org/10.1038/s41586-021-03237-4
• Thomas, G. (2002). Furiini kärjessä: Proteiiniliikenteestä alkionkehitykseen ja sairauksiin. Nature Reviews Molecular Cell Biology 3(10); 753-766. doi:10.1038/nrm934.
• Ward, O. P. (2011). Proteaasit. Comprehensive Biotechnology 604-615. doi:10.1016/B978-0-444-64046-8.00187-7.

Lisälukemista

• Kaikki koronavirustautien COVID-19-sisältö
• Mitä SARS-CoV-2:n mutaatiot aiheuttavat huolta?
• Yleismaailmallisen COVID-19-rokotuksen merkitys
• Ilmastonmuutos ja COVID-19
• Yleiskatsaus COVID-tautiin
• Yleiskatsaus COVID-19-rokotteet

Kirjoittanut

Benedette Cuffari

Valmistuttuaan luonnontieteiden kandidaatin tutkinnon toksikologiassa, jonka sivuaineina on kaksi sivuaineopintoa, espanja ja kemia, vuonna 2016, Benedette jatkoi opintojaan valmistuakseen toksikologian maisteriksi toukokuussa 2018. Jatko-opintojensa aikana Benedette tutki mekloretamiinin ja bendamustiinin dermatotoksisuutta; ne ovat kaksi typpisinappialkyloivaa ainetta, joita käytetään syöpähoidossa.

Sitaatit