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

W celu opracowania odpowiednich metod leczenia i szczepionek do walki z nowym koronawirusem, znanym jako SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2), naukowcy na całym świecie dokładnie zbadali każdy mikroskopijny składnik tego silnego wirusa.

Furin Proteases?” />

Image Credit: Kateryna Kon/.com

Badania te doprowadziły do odkrycia, że proteaza furynowa może odgrywać kluczową rolę w ułatwianiu wnikania wirusa SARS-CoV-2 do ludzkich komórek.

Co to jest proteaza?

Termin proteaza jest używany do opisania dużej grupy różnorodnych enzymów hydrolitycznych. Proteazy są często charakteryzowane przez ich strukturę miejsca aktywnego, specyficzne mechanizmy reakcji i miejsce działania.

Jak wiele innych enzymów, proteazy mogą uczestniczyć w szerokim zakresie procesów biochemicznych i fizjologicznych w całym organizmie, które bezpośrednio wpływają na funkcjonowanie poszczególnych komórek, jak również organizmu jako całości.

Niektóre specyficzne role proteaz w organizmie obejmują utrzymanie odżywiania, obrót białkami, wzrost, adaptację, regulację, sporulację, kiełkowanie, choroby i ostatecznie śmierć. Szacuje się, że ludzki genom koduje ponad 550 różnych proteaz.

Czym jest furyna?

Zidentyfikowana w 1990 roku, furyna jest endoproteazą komórkową, która proteolitycznie aktywuje wiele substratów proproteinowych, od czynników patogennych do czynników wzrostu, receptorów i białek macierzy pozakomórkowej.

Podobnie jak w przypadku innych endoproteaz, mechanizm działania furyn polega na hydrolizie peptydów i substratów białkowych przy specyficznych wewnętrznych wiązaniach peptydowych.

Działania furyn odgrywają krytyczną rolę na każdym etapie życia, począwszy od przetwarzania przez nie czynnika wzrostu nerwów (NGF), który umożliwia unerwienie neuronów podczas rozwoju, aż do późnego etapu życia podczas demencji amyloidowej.

Patogenność wirusów przez furynę

Rola, jaką pełni furyna w aktywacji zróżnicowanej populacji patogenów, została pierwotnie zidentyfikowana dzięki eksperymentom biochemicznym na antygenie ochronnym toksyny wąglika (PA) i hemaglutyninie (HA) wirusa ptasiej grypy.

Po ekspozycji na wąglik, na przykład, furyna jest odpowiedzialna za rozszczepienie tej toksyny, co jest kluczowym krokiem w umożliwieniu toksynie tworzenia porów w docelowych błonach komórkowych i ostatecznie penetracji komórek gospodarza.

Podobny mechanizm przez furynę jest wykorzystywany przez wirusa ptasiej grypy, jak również kilka innych patogennych wirusów, w tym HIV-1, odry i wirusa syncytialnego układu oddechowego (RSV), aby zwiększyć ich zjadliwość. Dokładniej, wirusy te często wyrażają glikoproteiny otoczki na swojej powierzchni.

Rozcięcie tych glikoprotein przez furynę pozwala na powstanie dojrzałej i fuzogennej glikoproteiny otoczki. Wykazano również, że szczepy Ebola Zaire i Ivory Coast zawierają konsensusowe miejsce furynowe w ich glikoproteinie otoczki, które zostało powiązane z niektórymi cytotoksycznymi działaniami wysoce śmiertelnego wirusa Ebola.

Furyna i koronawirusy

Struktura wirusa SARS-CoV-2 jest otoczona przez trimeryczne transmembranowe białka spike (S), które okazały się krytyczne w mechanizmie, za pomocą którego wirus ten penetruje komórki gospodarza.

Wewnątrz białka S istnieją dwie domeny funkcyjne, które obejmują domenę wiążącą receptor i drugą domenę, która umożliwia wirusowi fuzję z błoną fosfolipidową komórek gospodarza.

Aby umożliwić fuzję między błoną wirusową i komórkową, zwykle zaangażowany jest pewien typ proteazy; jednakże specyficzne właściwości tej proteazy mogą różnić się między koronawirusami. Na przykład, białko S otaczające wirusa zespołu oddechowego Bliskiego Wschodu (MERS)-CoV zawiera miejsce rozszczepienia furynowe, które sprzyja wnikaniu tego wirusa do komórek.

Porównanie, białko S cząsteczki wirusa zespołu ostrej ciężkiej niewydolności oddechowej (SARS)-CoV jest nie rozszczepione po jego fuzji z komórką gospodarza, co wskazuje, że jego rozszczepienie następuje po tym, jak wirus już wniknął do komórki.

Image Credit: Kateryna Kon/.com

Furyna i SARS-CoV-2

Określono, że wiązanie białka S z enzymem konwertującym angiotensynę 2 (ACE2) jest kluczowym mechanizmem wnikania SARS-CoV-2 do ludzkich komórek. Badanie białka S wirusa SARS-CoV-2 zidentyfikowało cztery nadmiarowe miejsca rozszczepienia furiny.

Co ciekawe, proteazy furynowe występują w dużych ilościach w całym układzie oddechowym, co skłoniło badaczy do wysunięcia postulatu, czy rozszczepienie białka S wirusa SARS-CoV-2 po wyjściu z komórek nabłonka może skutkować jego wysoce zakaźną i patogenną naturą.

Oprócz dostarczenia informacji, dlaczego SARS-CoV-2 jest tak zaraźliwy dla ludzi, nabycie tych miejsc rozszczepienia furiny również dostarcza badaczom informacji, jak ten wirus był w stanie skutecznie rozprzestrzeniać się z nietoperzy na ludzi w pierwszej kolejności.

Ostatnie badania stworzyły mutanta SARS-CoV-2, który nie miał zwykłego miejsca rozszczepienia furiny. Z ich testów wynika, że mutant spowodował zmniejszenie zachorowań, ale nadal mógł zapewnić pewną ochronę przed rodzicielskim SARS-CoV-2. Odkrycia te sugerują, że miejsce rozszczepienia furiny na SARS-CoV-2 ma krytyczną rolę w infekcji SARS-CoV-2.

Wniosek

Niestety, wiele informacji dotyczących proteaz furynowych i ich zaangażowania w rozprzestrzenianie się i infekcję przez SARS-CoV-2 jest wciąż we wczesnych stadiach i musi być badane bardziej dokładnie.

Badanie udziału miejsc rozszczepienia furyn w rozprzestrzenianiu się SARS-CoV-2 może wesprzeć rozwój ukierunkowanych podejść terapeutycznych, takich jak inhibitory proteaz gospodarza, w najbliższej przyszłości.

• Alsibai, K. D. (2020). Ekspresja enzymu konwertującego angiotensynę 2 i proteaz u pacjentów z COVID-19: Potencjalna rola komórkowej FURIN w patogenezie SARS-CoV-2. Medical Hypotheses 143. doi:10.1016/j.mehy.2020.109893.
• Braun, E., & Sauter, D. (2019). Furin-mediated protein processing in infectious diseases and cancer. Clinical & Translational Immunology 8(8). doi:10.1002/cti2.1073.
• Johnson, B.A., Xie, X., Bailey, A.L. et al. (2021). Loss of furin cleavage site attenuates SARS-CoV-2 pathogenesis. Nature doi.org/10.1038/s41586-021-03237-4
• Thomas, G. (2002). Furin at the cutting edge: From protein traffic to embryogenesis and disease. Nature Reviews Molecular Cell Biology 3(10); 753-766. doi:10.1038/nrm934.
• Ward, O. P. (2011). Proteases. Comprehensive Biotechnology 604-615. doi:10.1016/B978-0-444-64046-8.00187-7.

Dalsza lektura

• Wszystkie treści dotyczące choroby koronawirusowej COVID-19
• Jakie mutacje SARS-CoV-2 budzą niepokój?
• Ważność globalnych szczepień przeciwko COVID-19
• Zmiany klimatu a COVID-19
• Przegląd szczepionek COVID-19 Vaccines

Written by

Benedette Cuffari

Po ukończeniu studiów licencjackich w dziedzinie toksykologii z dwoma minorami w języku hiszpańskim i chemii w 2016 r, Benedette kontynuowała studia, aby ukończyć Master of Science in Toxicology w maju 2018 roku. Podczas studiów magisterskich Benedette badała dermatotoksyczność mechlorethaminy i bendamustyny; dwa środki alkilujące musztardy azotowej, które są stosowane w terapii przeciwnowotworowej.

Ostatnia aktualizacja Mar 9, 2021

Cytaty

Proszę użyć jednego z następujących formatów, aby zacytować ten artykuł w swoim eseju, pracy lub raporcie:

• APA

  Cuffari, Benedette. (2021, March 09). What are Furin Proteases? Wiadomości-Medyczne. Retrieved on March 24, 2021 from https://www.news-medical.net/health/What-are-Furin-Proteases.aspx.

• MLA

  Cuffari, Benedette. „Czym są proteazy furynowe?”. Wiadomości-Medyczne. 24 marca 2021. <https://www.news-medical.net/health/What-are-Furin-Proteases.aspx>.

• Chicago

  Cuffari, Benedette. „Czym są proteazy furynowe?”. News-Medical. https://www.news-medical.net/health/What-are-Furin-Proteases.aspx. (dostęp 24 marca, 2021).

• Harvard

  Cuffari, Benedette. 2021. What are Furin Proteases? News-Medical, przeglądany 24 marca 2021, https://www.news-medical.net/health/What-are-Furin-Proteases.aspx.

.