Traducción libre de FAPESP
Autora: Mônica Tarantino
Por primera vez, científicos de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp) lograron demostrar que la infección por el virus SARS-CoV-2, causante del COVID-19, altera el patrón de funcionamiento de los ARN en las células. Para ello, examinaron 13 conjuntos de datos obtenidos a lo largo de cuatro estudios que analizaron el ARN viral, así como el de células animales y humanas.
El más reciente, publicado en la revista Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, examinó el epitranscriptoma de las células del linaje Vero (derivadas de monos) y Calu-3 humano mediante una técnica de secuenciación directa del ARN. El epitranscriptoma corresponde al conjunto de modificaciones bioquímicas del ARN (por ejemplo, la adición de un grupo metilo a la molécula, fenómeno conocido como metilación) dentro de una célula.
«Nuestro primer hallazgo importante en este trabajo es que la infección por el SARS-CoV-2 aumenta en el conjunto de ARN de la célula el nivel global de metilación de tipo m6A [N6-metiladenosina], en comparación con las células no infectadas«, explica Marcelo Briones, investigador del Centro de Bioinformática Médica de la Escuela Paulista de Medicina (EPM-Unifesp) y coordinador de la investigación.
La metilación es una modificación bioquímica que se produce en la célula por la acción de enzimas capaces de transferir parte de una molécula a otra. Esto altera el comportamiento de las proteínas, las enzimas, las hormonas y los genes. Los investigadores demostraron los cambios en el ARN de las células infectadas de forma cuantitativa, analizando el conjunto de su ARN; y, de forma cualitativa, señalando individualmente en un mapa el número de metilaciones por región de bases de los nucleótidos que componen el ARN de estas células.
El estudio es la continuación de un trabajo publicado en 2021, que analizaba el epigenoma del virus y mostraba el patrón de metilación en su ARN.
«En los virus, la metilación tiene dos funciones: regular la expresión de las proteínas y defender al patógeno de la acción del interferón, una potente sustancia antiviral fabricada por el organismo huésped«, señala Briones.
En ambos trabajos, los investigadores analizaron el tipo más común de modificación de nucleótidos de ARN, el m6A, que interviene en varios procesos cruciales de los ARN, como la localización intracelular y la capacidad de producir proteínas. Los nucleótidos están compuestos por cuatro bases nitrogenadas diferentes (adenina, guanina, citosina y uracilo) distribuidas a lo largo de las cadenas de ARN que se encuentran en cada célula. El equipo también observó que las distintas cepas del virus presentan variaciones en la secuencia de bases nitrogenadas que componen sus nucleótidos. «De este modo, algunas cepas pueden estar mejor metiladas que otras y, por tanto, proliferar mejor dentro de las células«, mencionó Briones.
También se observó que una secuencia de nucleótidos conocida como «DRACH», un receptor de metilación m6A, es ligeramente diferente en los ARN del SARS-CoV-2 en comparación con los ARN de las células. En este acrónimo, frecuentemente utilizado en los estudios del tipo, la letra D indica las bases nitrogenadas adenina, guanina o uracilo; la letra R indica adenina o guanina; la letra A es el residuo metilado; la letra C corresponde a la citosina; y la letra H indica adenina, citosina o uracilo.
Dado que los virus utilizan las enzimas de las células para su propia metilación, esto promueve una presión evolutiva para que los virus adapten sus secuencias «DRACH» para que sean más parecidas a las de las células. Los linajes virales que mejor realicen esta adaptación también serán más eficientes a la hora de evadir el interferón.
Tras completar el análisis de la acción del SARS-CoV-2 en el binomio patógeno-huésped con respecto a la modificación de la m6A, el siguiente paso de los científicos será analizar los datos almacenados para trazar una correlación entre el nivel de metilación del ARN viral y el tamaño del estallido del virus, es decir, el cociente de multiplicación viral.
«Cuanto más metilado esté el virus, más crecerá en el citoplasma de la célula y mayor será su tamaño de estallido (…) En una situación normal, sin estímulos, una partícula vírica se replica en otras mil (…) Los hallazgos abren la perspectiva de nuevos tratamientos para la COVID-19 y el reposicionamiento de fármacos conocidos«, afirma el investigador. Además, aporta elementos para una mejor comprensión de la capacidad de las sublíneas para escapar del sistema inmunitario.
Metodología
Los científicos de Unifesp utilizaron un método de secuenciación directa del ARN llamado Nanopore (Oxford Nanopore Technologies). Una de las ventajas de esta elección, según los investigadores, es evitar las modificaciones realizadas para la lectura del filamento de ARN por el método convencional, la RT-PCR (transcriptasa inversa polimerasa).
Para someterse a una prueba RT-PCR, la molécula de ARN se copia y se convierte en un ADN complementario, el ADNc. En este proceso, la molécula que antes tenía un solo filamento de nucleótidos se convierte en dos filamentos. A continuación, las moléculas de ADNc se amplifican, generando miles de millones de clones. En opinión de Briones, como muchos laboratorios están haciendo las secuencias de coronavirus a partir de ADNc, esto puede generar algunos sesgos y confundir a los investigadores
El aumento global de la metilación en las células fue mapeado por un programa de detección de m6A conocido como m6anet, que utiliza tecnología de aprendizaje automático de instancias múltiples (MIL). Los resultados se validaron con un segundo programa, EpiNano, que utiliza la técnica de la máquina de vectores de apoyo (SVM).
El estudio se realizó en el marco del Proyecto Temático «Investigación de elementos inducidos por la respuesta vacunal en individuos sometidos a ensayos clínicos con la vacuna ChAdOx1 nCOV-19», coordinado por el profesor Luiz Mário Janini. También participaron los investigadores Juliana Maricato, Carla Braconi y Fernando Antoneli. El primer autor, João H. C. Campos, es un becario posdoctoral de la FAPESP. El estudio también contó con la participación, como segundo autor, de Gustavo V. Alves, estudiante de posgrado en tecnología en informática sanitaria.