Una investigación liderada por el IQAC-CSIC y la Universidad de Barcelona (UB) ha desarrollado una nueva herramienta terapéutica que inhibe la proliferación del virus SARS-CoV-2, causante de la COVID-19. Esta herramienta genómica que puede servir para atacar otras enfermedades víricas que aún no tienen tratamiento y es un ejemplo del potencial terapéutico de los oligonucleótidos.

Ramon Eritja (tercero por la izquierda) y Anna Aviñó (quinta por la izquierda), con su equipo en el laboratorio del IQAC-CSIC.

La investigación está basada en el uso de unas moléculas conocidas como (PPRH, por sus siglas en inglés). Se trata de secuencias de oligonucleótidos (pequeñas cadenas de ADN) diseñadas para que tengan una afinidad muy elevada hacia una zona concreta del genoma viral.

La denominación gráfica de “pinzas” o bien ‘horquillas’ (o ‘hairpins’, de su nombre en inglés PolyPurine Reverse Hoogsteen Hairpins) se debe a que están diseñadas para formar estructuras de horquilla. Los dos “brazos” de la horquilla tienen la misma secuencia, sólo que en sentido inverso, como la imagen reflejada en un espejo, explica Ramon Eritja, investigador del CSIC. Esto aumenta su capacidad para unirse de forma específica a secuencias de ARN o ADN.

De esa forma, atrapan e inmovilizan secuencias específicas, impidiendo así la expresión de la proteína correspondiente. El poder adaptar esta herramienta molecular a una enfermedad concreta depende, pues, de hallar la secuencia que debe llevar la horquilla para cada caso.

En esta investigación, el equipo liderado por Carlos J. Ciudad y Verònica Noé, de la Universidad de Barcelona (UB), y el equipo liderado por Ramon Eritja y Anna Aviñó, del Instituto de Química Avanzada de Catalunya (IQAC-CSIC) y del CIBER-BBN, han diseñado las pinzas de polipurinas para frenar la replicación del virus SARS-CoV-2.

El equipo de Ramon Eritja es experto en ácidos nucleicos, especialmente en nucleótidos modificados o conjugados y su uso en terapias, y el equipo de Carlos J. Ciudad es uno de los pocos que trabajan en PPRH en España. 

En el gráfico, las dos PPRH diseñadas en el trabajo: la CC1, izquierda, que se une a la región del ARN que codifica la enzima replicasa que necesita el virus para replicarse; y a CC3 (derecha), que se une a la región codificante de la proteína Spike, esencial en la infección en las células humanas. Las PPRH tienen una estructura que recuerda a un clip u horquilla; de ahí su nombre.

También han tenido una participación destacada los investigadores Miguel Chillón, de la Universidad Autónoma de Barcelona (INc, UAB), y Noemí Sevilla y José Manuel Rojas, del Centro de Investigación en Sanidad Animal (CISA, INIA del CSIC). La investigación ha recibido el apoyo de La Marató de TV3 de 2020, dedicada a impulsar la investigación contra la COVID-19.

Tal como explica Carlos J. Ciudad, «concretamente uno de los brazos de cada cadena de las polipurinas CC1-PPRH y CC3-PPRH se une de forma específica a un fragmento del genoma de ARN del virus -una secuencia de polipirimidinas-, mediante enlaces de Watson-Crick».

«En concreto, la CC1-PPRH se une a la región del ARN que codifica la enzima replicasa, imprescindible para la replicación del virus, mientras que la CC3-PPRH se une a la región codificante de la proteína Spike, que desempeña un papel clave en la infección en las células humanas», continúa el investigador.

La nueva técnica terapéutica se ha validado exitosamente in vivo en modelos animales de laboratorio que expresan el receptor humano ACE2, con la colaboración del Centro de Investigación en Sanidad Animal (CISA-INIA-CSIC). También en el Centro de Biotecnología Animal y de Terapia Génica (CBATEG) de la UAB se han hecho estudios in vitro en células Vero E6 de primate que tienen el receptor ACE-2 como vía de entrada del virus del SARS-CoV-2.

Este trabajo demuestra por primera vez el uso de oligonucleótidos PPRH contra el coronavirus, pero también se está investigando su uso en el tratamiento de otras enfermedades como el cáncer.

Este es el primer trabajo científico que describe cómo las PPRH pueden actuar como agentes terapéuticos y que pueden frenar la replicación del virus SARS-CoV-2, lo que a efectos prácticos equivaldría a una terapia de prevención y curación, apunta Ramon Eritja. Anteriormente, el mismo equipo, junto a investigadores del IMB-CNM-CSIC y del INMA (CSIC-UNIZAR) había descrito el uso de las pinzas de polipurinas como un nuevo método diagnóstico para detectar virus de ARN como el SARS-CoV-2 (International Journal of Molecular Sciences, 2023).

El potencial de los oligonucleótidos como terapia genómica

"Se ha demostrado que las herramientas genómicas pueden ser una estrategia para muchas enfermedades”, apunta Ramon Eritja. Este trabajo demuestra por primera vez su uso contra el coronavirus, pero también se está investigando su uso en el tratamiento del cáncer. Es una estrategia en la cual, en lugar de aplicar un medicamento que ataque el elemento tóxico, se aplica una herramienta genómica que actúa un paso antes e impide o bien la síntesis de la proteína tóxica o bien la replicación de un virus o de una célula, por ejemplo.

Es un enfoque especialmente relevante en el caso de enfermedades genéticas. En ese sentido, explica Ramon Eritja, los años 2016 y 2017 marcaron un hito cuando se demostró por vez primera que la terapia con oligonucleótidos antisentido podía ser eficaz en el tratamiento de la atrofia muscular espinal (AME), un trastorno neuromuscular devastador caracterizado por la pérdida de neuronas motoras de la médula espinal, atrofia muscular y muerte prematura o discapacidad grave.

Artículos de referencia:

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