Una investigació liderada per IQAC-CSIC i la Universitat de Barcelona (UB) ha desenvolupat una nova eina terapèutica que inhibeix la proliferació del virus SARS-CoV-2, causant de la COVID-19. Aquesta eina genòmica que pot servir per atacar altres malalties víriques que encara no tenen tractament i és un exemple del potencial terapèutic dels oligonucleòtids.

Ramon Eritja (tercer per l'esquerra) i Anna Aviñó (cinquena per l'esquerra), amb el seu equip al laboratori de l'IQAC-CSIC.

La investigació està basada en l'ús d'unes molècules conegudes com a pinces de polipurines (PPRH, per les sigles en anglès). Es tracta de seqüències d'oligonucleòtids (petites cadenes d'ADN) dissenyades perquè tinguen una afinitat molt elevada cap a una zona concreta del genoma viral. 

La denominació gràfica de “pinces” o "forqueta" (o 'hairpins', del seu nom en anglès PolyPurine Reverse Hoogsteen Hairpins) és perquè estan dissenyades per formar estructures de forqueta. Els dos “braços” de la forqueta tenen la mateixa seqüència, només que en sentit invers, com la imatge reflectida en un mirall, explica Ramon Eritja, investigador del CSIC. Això augmenta la seva capacitat per unir-se específicament a seqüències d'ARN o ADN.

D'aquesta manera, atrapen i immobilitzen seqüències específiques, impedint així l'expressió de la proteïna corresponent. El fet d'adaptar aquesta eina molecular a una malaltia concreta depèn, doncs, de trobar la seqüència que ha de portar la forqueta per a cada cas.

En aquesta investigació, l'equip liderat per Carlos J. Ciutat i Verònica Noé, de la Universitat de Barcelona (UB), i l'equip liderat per Ramon Eritja i Anna Aviñó, de l'Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC-CSIC) i del CIBER-BBN, han dissenyat les pinces de polipurines per frenar la replicació del virus SARS-CoV-2.

L'equip de Ramon Eritja és expert en àcids nucleics, especialment en nucleòtids modificats o conjugats i el seu ús en teràpies, i l'equip de Carlos J. Ciudad és un dels pocs que treballen a PPRH a Espanya. 

Al gràfic, les dues PPRH dissenyades en la investigació: la CC1, esquerra, que s'uneix a la regió de l'ARN que codifica l'enzim replicat que necessita el virus per replicar-se; i la CC3 (dreta), que s'uneix a la regió codificant de la proteïna Spike, essencial en la infecció a les cèl·lules humanes. Les PPRH tenen una estructura que recorda unes pinces o una agulla de ganxo de cabell; d'aquí el seu nom.

També hi han tingut una participació destacada els investigadors Miguel Chillón, de la Universitat Autònoma de Barcelona (INc, UAB), i Noemí Sevilla i José Manuel Rojas, del Centro de Investigación en Sanidad Animal (CISA, INIA del CSIC). La investigació ha rebut el suport de La Marató de TV3 del 2020, dedicada a impulsar la investigació contra la COVID-19.

Tal com explica Carlos J. Ciudad, «concretament un dels braços de cada cadena de les polipurines CC1-PPRH i CC3-PPRH s'uneix de manera específica a un fragment del genoma d'ARN del virus –una seqüència de polipirimidines–, mitjançant enllaços de Watson-Crick».

«En concret, la CC1-PPRH s'uneix a la regió de l'ARN que codifica l'enzim replicat, imprescindible per a la replicació del virus, mentre que la CC3-PPRH s'uneix a la regió codificant de la proteïna Spike, que juga un paper clau en la infecció a les cèl·lules humanes», continua l'investigador.

La nova tècnica terapèutica s'ha validat amb èxit in vivo en models animals de laboratori que expressen el receptor humà ACE2, amb la col·laboració del Centro de Investigación en Sanidad Animal (CISA-INIA-CSIC) També, al Centre de Biotecnologia Animal i de Teràpia Gènica (CBATEG) de la UAB, s'han fet estudis in vitro en cèl·lules Vero E6 de primat que tenen el receptor ACE-2 com a via d'entrada del virus del SARS-CoV-2.

Aquest treball demostra per primera vegada l'ús d'oligonucleòtids PPRH contra el coronavirus, però també se n'està investigant l'ús en el tractament d'altres malalties com el càncer.

Aquest és el primer treball científic que descriu com les PPRH poden actuar com a agents terapèutics i que poden frenar la replicació del virus SARS-CoV-2, cosa que a efectes pràctics equivaldria a una teràpia de prevenció i curació, apunta Ramon Eritja.

Anteriorment, el mateix equip, juntament amb investigadors de l'IMB-CNM-CSIC i de l'INMA (CSIC-UNIZAR), havia descrit l'ús de les pinces de polipurines com un nou mètode diagnòstic per detectar virus d'ARN com el SARS-CoV-2 ( International Journal of Molecular Sciences, 2023).

El potencial dels oligonucleòtids com a teràpia genòmica

"S'ha demostrat que les eines genòmiques poden ser una estratègia per a moltes malalties", apunta Ramon Eritja. Aquest treball demostra per primera vegada el seu ús contra el coronavirus, però també se n'està investigant l'ús en el tractament del càncer. És una estratègia en la qual, en lloc d'aplicar un medicament que ataqui l'element tòxic, s'aplica una eina genòmica que actua un pas abans i impedeix la síntesi de la proteïna tòxica o bé la replicació d'un virus o d'una cèl·lula , per exemple.

És un enfocament especialment rellevant en el cas de malalties genètiques. En aquest sentit, explica Ramon Eritja, els anys 2016 i 2017 van marcar una fita quan es va demostrar per primera vegada que la teràpia amb oligonucleòtids antisentit podia ser eficaç en el tractament de l'atròfia muscular espinal (AME), un trastorn neuromuscular devastador caracteritzat per la pèrdua de neurones motores de la medul·la espinal, atròfia muscular i mort prematura o discapacitat greu.

Articles de referència:

Ciudad, Carlos J.; Valiuska, Simona; Rojas, José Manuel; Nogales-Altozano, Pablo; Aviñó, Anna; Eritja, Ramón; Chillón, Miguel; Sevilla, Noemí; Noé, Verónique. «Polypurine reverse hoogsteen hairpins as a therapeutic tool for SARS-CoV-2 infection». The Journal of Biological Chemistry, octubre de 2024. DOI: 10.1016/j.jbc.2024.107884 

Aviñó, A.; Cuestas-Ayllón, C.; Gutiérrez-Capitán, M.; Vilaplana, L.; Grazu, V.; Noé, V.; Balada, E.; Baldi, A.; Félix, A. J.; Aubets, E.; Valiuska, S.; Domínguez, A.; Gargallo, R.; Eritja, R.; Marco, M. P.; Fernández-Sánchez, C.; Martínez de la Fuente, J.; Ciudad, C. J. «Detection of SARS-CoV-2 Virus by Triplex Enhanced Nucleic Acid Detection Assay (TENADA)». International Journal of Molecular Sciences, desembre de 2022. Doi: 10.3390/ijms232315258