Explicación para la asociación entre la infección por COVID-19 y el inicio o la aceleración de enfermedades neurodegenerativas (ND), incluidas la enfermedad de Alzheimer (EA) y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (CJD)
Las fibrillas de amiloide de la proteína espiga del SARS-CoV-2 aceleran específica y selectivamente la formación de fibrillas de amiloide de la proteína priónica humana y el péptido β amiloide.Posible explicación del aumento de Alzheimer y Creutzfeldt-Jakob-Kakob por infeción con SARSCoV-2
Johan Larsson,et.al , BioRxIV J;.,
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doi: https://doi.org/10.1101/2023.09.01.555834
Un número cada vez mayor de informes sugiere una asociación entre la infección por COVID-19 y el inicio o la aceleración de enfermedades neurodegenerativas (ND), incluidas la enfermedad de Alzheimer (EA) y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (CJD). Tanto estas enfermedades como varias otras ND son causadas por la conversión de proteínas humanas en un estado de fibrillas de amiloide agregadas y mal plegadas. El proceso de formación de fibrillas se perpetúa a sí mismo mediante la conversión de semillas a partir de semillas de fibrillas preformadas. Recientemente describimos un mecanismo plausible para la formación de fibrillas de amiloide de la proteína de pico del SARS-CoV-2. La proteína de pico formó fibrillas de amiloides tras la escisión por la elastasa de neutrófilos, abundante en la respuesta inflamatoria a la infección por COVID-19.
Aquí proporcionamos evidencia de una aceleración significativa sembrada con fibrillas de amiloide Spike de la formación de amiloide de la proteína priónica humana asociada a la ECJ (HuPrP) mediante un ensayo de conversión in vitro. Al sembrar el ensayo de conversión de HuPrP con otras fibrillas de amiloide asociadas a enfermedades generadas in vitro, demostramos que esto no es un efecto general sino una característica específica de las fibrillas de amiloide de la proteína espiga. También demostramos que la formación de fibrillas de amiloide de Aβ1-42 asociado a la EA fue acelerada por semillas de fibrillas de amiloide Spike. De siete péptidos diferentes de 20 aminoácidos de longitud, Spike532 (532NLVKNKCVNFNFNGLTGTGV551) fue el más eficaz para sembrar HuPrP y Spike601 (601GTNTSNQVAVLYQDVNCTEV620) fue más eficaz para sembrar Aβ1-42, lo que sugiere una selectividad dependiente del sustrato de la actividad de siembra cruzada.
Aunque puramente in vitro, nuestros datos sugieren que la siembra cruzada de fibrillas de amiloide Spike puede estar implicada en el creciente número de informes de ECJ, EA y posiblemente otras enfermedades de Newcastle a raíz de COVID-19.
Los amiloides y los virus son conocidos por sus efectos perjudiciales sobre la salud humana. También hay muchas formas en que la interacción entre estas dos entidades causantes de enfermedades resulta en un mayor riesgo de daño al huésped . Varias enfermedades neurodegenerativas (ND) están íntimamente relacionadas con el plegamiento incorrecto y la formación de amiloide de proteínas expresadas endógenamente. Sin embargo, hasta la fecha las investigaciones no han podido describir por qué algunas personas, pero no otras, son víctimas de estas enfermedades. En un estudio retrospectivo de 800.000 personas de biobancos de Finlandia y el Reino Unido, resultó evidente que la infección por algunos de nuestros virus más comunes, p. La influenza y el herpes zoster se relacionaron con un mayor riesgo de padecer algunas de las enfermedades de Newcastle más comunes, como la enfermedad de Alzheimer (EA) y la enfermedad de Parkinson (EP) .
Las manifestaciones neurológicas de la COVID-19, tanto en la fase aguda como secuela a largo plazo de la infección por SARS-CoV-2, han sido ampliamente observadas y descritas durante la pandemia de COVID-19 . La explicación dominante para esto es la neuroinflamación . La neuroinflamación es un denominador común de las EN . Recientemente se revisaron las funciones específicas de la neuroinflamación en la enfermedad priónica .
Las ND están específicamente asociadas con el plegamiento incorrecto y la formación de amiloide de proteínas intracerebral. La EA está relacionada con la formación de placas amiloides extracelulares con el péptido Aβ como constituyente principal y ovillos neurofibrilares intracelulares compuestos de proteína Tau. Las enfermedades priónicas son causadas por el mal plegamiento y la agregación de la proteína priónica, PrP, que abunda en la superficie extracelular de todas las células neuronales de los mamíferos. Aunque cada enfermedad distinta está asociada con su propio conjunto de proteínas mal plegadas, cada vez hay más evidencia que apunta hacia la posibilidad de una siembra cruzada, es decir, que los amiloides formados a partir de un tipo de proteína pueden inducir la formación de amiloide de otra proteína .
Se sabe que varias proteínas del SARS-CoV-2 forman amiloide. Las proteínas traducidas de genes de marco de lectura abierto (ORF) virales a menudo están intrínsecamente desordenadas y/o se pliegan sólo en el contexto de la partícula viral . Los ORF6 y ORF10 del SARS-CoV-2 son amiloidogénicos y los amiloides resultantes exhiben propiedades neurotóxicas en células cultivadas . Las proteínas de la nucleocápside (NCAP) son cruciales para el ensamblaje de partículas virales. Estas proteínas contienen dominios de baja complejidad que son importantes para el autoensamblaje de la partícula viral, pero la complementariedad entre cadenas polipeptídicas adyacentes también puede promover la formación de estructura amiloide . El dominio de baja complejidad del NCAP del SARS-CoV-2 forma amiloide in vitro y este amiloide se sugirió recientemente como fármaco candidato para el tratamiento de la COVID-19 .
Las proteínas Spike del SARS-CoV-2 forman amiloide cuando son escindidas por la elastasa de neutrófilos . La elastasa es abundante en la inflamación inducida por covid . El amiloide derivado de la proteína de espiga del SARS-CoV-2 tiene el potencial de obstaculizar la fibrinólisis de la fibrina sembrada y, por lo tanto, podría ser una explicación para la formación de microcoágulos en casos graves y prolongados de COVID-19 . Los datos de Brogna y sus colegas demuestran que la proteína Spike producida en el huésped como respuesta a la vacuna de mRNA, según se deduce por sustituciones de aminoácidos específicos, persiste en muestras de sangre del 50% de las personas vacunadas entre 67 y 187 días después de la vacunación con mRNA . Anteriormente se había planteado la hipótesis de que esta exposición prolongada a la proteína Spike se debía a reservorios residuales de virus, pero evidentemente esto también puede ocurrir como consecuencia de la vacunación con basadas en. Plataformas mRNA.
Otros virus de diferentes familias comprenden proteínas amiloidogénicas . Por ejemplo, se sabe que varias proteínas de la gripe A, que causan la gripe estacional, son amiloidogénicas. La proteína Pb1-F2 expresada recombinante forma amiloide in vitro y en células infectadas experimentalmente . La proteína no estructurada 1 (NS1) de la influenza A también puede formarse a partir de amiloide in vitro . Se ha demostrado que la infección por influenza A induce un plegamiento incorrecto de la PrP .
Durante los últimos 3 años, se han publicado varios informes de casos de manifestación de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ) en paralelo con la infección o vacunación por COVID-19. Recientemente, Stefano et al sugirieron que se debe considerar la conversión de PrPC en PrPSc y la posterior disfunción mitocondrial al abordar la etiología del COVID-19 prolongado .
Aunque la EA es una enfermedad que progresa muy lentamente, ya existen indicios que sugieren una conexión entre la infección por COVID-19 y el riesgo posterior de EA. La atrofia cerebral fue prevalente en pacientes infectados después de COVID-19 por cepas tempranas . Se encontraron agregados de Aβ post mortem en cerebros de pacientes jóvenes infectados con COVID-19 . La COVID-19 impuso un aumento del 1,69 en el riesgo de un nuevo diagnóstico de EA en un plazo de 360 días a una edad >65 años .
Un estudio in vitro reciente mostró una formación aumentada de fibrillas Aβ1-42 inducida por semillas preformadas del péptido de proteína Spike 1058-1068 del SARS-CoV-2 . En este documento damos seguimiento al concepto de cruzamiento de proteínas ND con fibrillas de amiloide Spike del SARS-CoV-2. La siembra cruzada es una hipótesis comprobable y la abordamos en nuestros ensayos de siembra in vitro bien establecidos mediante la siembra cruzada de proteína priónica humana y péptido Aβ1-42 con siete fibrillas de amiloide diferentes de péptidos de la proteína de pico del SARS-CoV-2.
Las reacciones de formación de fibrillas de amiloide de proteínas recombinantes se utilizan como una importante herramienta de investigación en el esfuerzo por comprender muchas enfermedades asociadas a amiloide. La reacción en la que una proteína es atacada por una pequeña cantidad de fibrillas de amiloide preformadas de la misma secuencia proteica se conoce como siembra homóloga o autosiembra. El concepto de siembra homóloga de proteínas purificadas y producidas de forma recombinante está bien establecido y la literatura es amplia.
Los ensayos de siembra que utilizan proteína priónica recombinante como sustrato se utilizan en el diagnóstico clínico de enfermedades priónicas y se conocen como RT-QuiC . Si, en cambio, las fibrillas de amiloide añadidas están compuestas de una fibrilla diferente, esto se denomina siembra heteróloga o siembra cruzada. La semilla heteróloga puede ser una proteína con una única mutación puntual que difiere del sustrato, la misma proteína pero de una especie diferente, o una proteína totalmente diferente pero relacionada con la misma enfermedad . La siembra cruzada rara vez es tan eficaz como la siembra propia.
En muchos casos, la adición de semillas heterólogas no aumenta significativamente la formación de fibrillas del péptido Aβ o de la proteína priónica humana . El concepto de siembra cruzada está siendo explorado actualmente por muchos laboratorios y se ha sugerido que diferentes proteínas asociadas a enfermedades y la complementariedad de aminoácidos, así como la disposición terciaria (tridimensional) beneficiosa de la columna amiloide, son moduladores del éxito en la siembra heteróloga .
Aquí demostramos que tanto el péptido Aβ1-42 asociado a la EA como la proteína priónica humana asociada a la ECJ son susceptibles al cruce de amiloides derivados de la proteína Spike del SARS-CoV-2. Para HuPrP, el amiloide Spike532 acorta el tiempo de retraso de la formación de amiloide significativamente más que los otros seis péptidos amiloides y, en particular, el amiloide Spike192 no indujo ninguna disminución significativa en el tiempo de retraso. El espectacular efecto de la siembra de Spike532 dependió de la dosis.
La adición de Spike532 al 10 % (0,01 mg/ml en 0,1 mg/ml de proteína de sustrato) acortó el tiempo de retardo en casi un 80 % de una mediana de 712 minutos a una mediana de 135 minutos . Una dilución de 10 veces de las semillas de espiga eliminó casi por completo la actividad de siembra de los amiloides del péptido de espiga . Sin embargo, el amiloide Spike532 aún mantiene la capacidad de disminuir significativamente el tiempo de retardo, pero la dilución de 10 veces disminuyó el tiempo de retardo en solo un 10 % de una mediana de 397 minutos a una mediana de 360 minutos. La mezcla de picos de 0,01 mg/ml, correspondiente a 0,0014 mg/ml del péptido respectivo, disminuyó el tiempo de retardo en un 25 %, de 405 minutos a 307 minutos .
Se utilizaron reacciones de control con varios amiloides bien conocidos y estudiados para examinar la propensión general al cruzamiento de proteínas priónicas humanas . Las semillas de control se agregaron a HuPrP hasta una concentración final de 0,01 mg/ml en correspondencia con la concentración más alta de amiloides de péptidos de espiga. Se incluyeron 0,001 mg/ml de HuPrP90-231 fibrilar como control positivo. La mezcla de púas, que comprende el 14 % (1/7) de cada uno de los siete péptidos de espigas coagregados, también a esta concentración de péptido separado muy baja mostró actividad de siembra. Las fibrillas de insulina redujeron moderadamente el tiempo de retardo de la fibrilación de HuPrP, mientras que las fibrillas de lisozima, TTR y Aβ1-42 no lo hicieron.
Seleccionamos el péptido Aβ1-42 para nuestros experimentos porque está más interrelacionado con la fisiopatología de la EA. Al monitorear el Aβ como biomarcador de enfermedad en el líquido cefalorraquídeo, es evidente que la proporción Aβ1-42/40 en el LCR disminuye a medida que aumenta la gravedad de la enfermedad . La acumulación de Aβ1-42 generado en placas amiloides en el cerebro, un efecto de sumidero molecular que impide que el péptido se filtre al LCR, se considera una explicación factible para esta observación de biomarcadores.
El mismo cambio en la proporción entre Aβ1-42 y Aβ1-40 se encontró en pacientes con COVID-19 con manifestaciones neurológicas en los primeros días de la pandemia de SARS-CoV-2 . Los autores no proporcionaron ninguna explicación molecular para la disminución de la proporción Aβ1-42/40 en los casos de COVID-19, pero la acumulación de Aβ1-42, transitoria o persistente, es una de varias explicaciones posibles y se necesita más investigación para comprender esta observación.
En nuestros experimentos encontramos que, como fue el caso del cruzamiento de HuPrP, no los siete péptidos amiloides Spike impusieron la misma aceleración de la fibrilación Aβ1-42. Descubrimos que, a diferencia del caso de HuPrP, los siete péptidos amiloides de espiga probados redujeron sustancialmente el tiempo de formación de fibrillas, en particular una reacción no sembrada que ya era rápida. Al igual que en el experimento con HuPrP, un péptido amiloide de Spike se destacó como la semilla más activa. Curiosamente, esta secuencia era diferente para Aβ1-42 en comparación con HuPrP. Mientras que Spike532 fue más eficiente en la siembra de HuPrP, Spike601 fue más eficiente en la siembra de Aβ1-42.
La proteína priónica humana es conocida por su sensibilidad a la autosiembra y hasta la fecha es la única proteína que tiene una capacidad indiscutible de transmisión interindividual. Por otro lado, sembrar HuPrP con amiloides de secuencias heterólogas ha resultado difícil .
Tanto la proteína priónica humana como el péptido Aβ están omnipresentes en el cerebro humano, pero se correlacionan con enfermedades (ECJ y EA esporádicas, respectivamente) solo cuando están mal plegados. Sin embargo, hasta la fecha la ciencia no ha logrado explicar por qué algunas personas, pero no otras, son víctimas de estas enfermedades. Las propiedades transmisibles de los priones PrP están bien establecidas, mientras que la transmisión entre huéspedes de la patología de la EA aún está en debate.
La presión evolutiva para que las proteínas virales se esfuercen por lograr un plegamiento proteico completo, exitoso y cuantitativo es baja, como comentamos recientemente en una revisión . Con un razonamiento similar, la falta de coevolución entre los proteomas humanos y virales ha dejado a los humanos menos protegidos del cruce de amiloides virales que de los amiloides autogenerados. Actualmente no existe consenso sobre la etiología del gran número de casos esporádicos de EN en general. Recientemente, Jaunmuktane y sus colegas resaltaron el gran período de incubación entre la agresión y la enfermedad para la amiloidosis vascular Aβ supuestamente derivada de donantes AD .
En este documento, las presuntas víctimas de transmisión iatrogénica de semillas de amiloide Aβ presentaron amiloidosis Aβ hasta más de 40 años después de recibir un injerto de duramadre contaminado o de haber sido sometidos a instrumentos neuroquirúrgicos contaminados. Combinando esto con la exploración rigurosa de Levine et al sobre el aumento persistente del riesgo de enfermedades de Newcastle décadas después de la infección viral, se aboga por una actividad de investigación intensificada sobre el concepto de amiloide del virus como un posible factor desencadenante del plegamiento incorrecto de proteínas y la formación de amiloide en las enfermedades de Newcastle. Varios informes recientes de ECJ que se manifiestan temporalmente cerca de la infección por SARS-CoV-2 o de la vacunación con derivados de la proteína Spike del SARS-CoV-2 también destacan la necesidad de investigar posibles vínculos.