Juan Carlos Lopez Corbalan¹, Isabel Legaz Pérez², Jose Miguel Seguí Ripoll³, AURELIO LUNA MALDONADO⁴

(1) Inspeccion Farmacéutica y Control de Drogas., 03071, España (Comunidad Valenciana)
(2) INMUNOLOGÍA E INMUNOTOLERANCIA EN TRASPLANTES Y ENFERMEDADES DE BASE INMUNOLÓGICA, IMIB-Arrixaca, España
(3) Hospital San Juan de Alicante, 03540, España (Comunidad Valenciana)
(4) MEDICINA LEGAL Y FORENSE. LEGISLACION SANITARIA, IMIB-Arrixaca, España

La infección de una célula hospedadora por el coronavirus SARS-CoV-2 requiere la fusión de sus membranas. Aún no se entiende bien cómo ocurre este proceso a nivel molecular. Un paso previo es la unión al receptor ACE2 que gracias a la criomicroscopia electrónica estamos empezando a entender. Se acaba de publicar en Nature el último avance en este línea, el estudio de los cambios conformacionales en la unión del trímero de proteínas S que forma la espícula a tres receptores ACE2. Se observa la aparición de una cavidad formada por los dominios S1 que expone al medio la parte superior de los dominios S2, donde se encuentra la región de heptámeros repetidos clave en la fusión de membranas. La conformación del complejo S1+ACE2 debilita la unión con S2 y permite que una proteasa escinda los dominios S1 y S2. La biología estructural del proceso es muy complicada pero poco a poco se van desvelando sus detalles más íntimos. Esta figura ilustra un proceso complicado que ocurre rara vez (solo se ha observado en el 3 % de los complejos estudiados), la unión de una espícula a tres receptores ACE2 en la membrana celular. Se parte del estado cerrado (Closed) pasando a la apertura del sitio de unión al receptor de una de las proteínas del trimero (Open, 1 Erect RBD). Se une a un receptor ACE2 (1 Bound) y se abre otra de las proteínas del trímero (1 Bound, 1 Erect RBD). Se une un segundo receptor ACE2 (2 Bound), abriéndose la última proteína del trímero y unióndose a un tercer receptor (3 Bound). Finalmente, se observa la excisión de S1 y S2 dando lugar a monómeros del complejo S1+ACE2. Este proceso conduce a que queden expuestas regiones de heptámeros repetidos que permiten la fusión de las membranas (pero dicho proceso no se ilustra en esta figura). Aunque la unión más probable es la de la espícula a un solo receptor ACE2, los resultados apuntan a que la unión a dos receptores (solo algo menos probable) y la unión a tres receptores (muy poco probable) facilitan la infección. El nuevo artículo es Donald J. Benton, Antoni G. Wrobel, …, Steven J. Gamblin, «Receptor binding and priming of the spike protein of SARS-CoV-2 for membrane fusion,» Nature (17 Sep 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2772-0, continuación de su trabajo previo Antoni G. Wrobel, Donald J. Benton, …, Steven J. Gamblin, «SARS-CoV-2 and bat RaTG13 spike glycoprotein structures inform on virus evolution and furin-cleavage effects,» Nature Structural & Molecular Biology 27: 763-767 (09 Jul 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41594-020-0468-7. Si necesitas más información para entender mejor esta pieza te recomiendo leer «El genoma del coronavirus chino 2019-nCov (ahora SARS-CoV-2)», LCMF, 25 ene 2020; «La estructura 3D de la glicoproteína espicular del coronavirus SARS-CoV-2», LCMF, 24 feb 2020; «La estructura 3D del receptor ACE2 que usa el coronavirus SARS-CoV-2 para infectar», LCMF, 07 mar 2020; «Cómo se une el coronavirus SARS-CoV-2 al receptor ACE2 de la célula huésped», LCMF, 31 mar 2020. Fuente: Spike Protein / S Protein (Sino Biological). https://www.sinobiological.com/research/virus/hcov-spike-protein-overview La espícula está formada por tres proteínas S unidas formando un trímero; la proteína S está formada por dos dominios, llamados S1 y S2. El trímero tiene un tallo helicoidal central formado por los tres dominios S2 y una cabeza formada por los tres dominios S1. Cada dominio S1 consta a su vez de dos grandes subdominios, el dominio N-terminal (NTD) y el dominio de unión al receptor (RBD), entre los que se encuentra un subdominio intermedio más pequeño. El RBD tiene dos configuraciones llamadas abierta (open-RBD) y cerrada (closed-RBD); en la abierta, el receptor ACE2 del hospedador puede acceder a la parte superior del dominio S2, mientras que en la cerrada está inaccesible, impidiendo la unión. En estudios previos por criomicroscopia electrónica en los que se ha usado furina para inducir la transición de la configuración cerrada a la abierta se ha observada una conformación intermedia de RBD; así se cree que la furina puede «activar» el trímero para permitir la unión al receptor ACE2. Fuente: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2772-0

Mediante criomicroscopia electrónica se ha estudiado la unión entre la espícula del coronavirus SARS-CoV-2 y el receptor ACE2. Se han resuelto nueve estructuras distintas del trímero (tres proteínas S unidas que forma la espícula) y del complejo S-ACE2 tras aplicar un baño de furina durante ~60 segundos previo a la criogenización (véase la figura): el trímero cerrado (10.5 %), un estado intermedio del trímero con una de las proteínas semiabiertas debido a la interacción con la furina (4.1 %), un trímero con una proteína S abierta (15.6 %), un trímero con dos proteínas S abiertas (4.4 %), el complejo de ACE2 unido a una proteína abierta del trímero con las otros dos cerradas (28.1 %), el complejo de ACE2 unido a una proteína abierta del trímero con otra abierta en sentido horario y la otra cerrada (13.6 %), el complejo de ACE2 unido a una proteína abierta del trímero con otra abierta en sentido antihorario y la otra cerrada (7.4 %), el complejo de dos ACE2 unidas a sendas proteínas abiertas del trímero con la otra cerrada (13.6 %) y el complejo de tres ACE2 unidas a sendas proteínas abiertas del trímero (2.7 %). La comparación entre el trímero abierto y el complejo con una ACE2 unida al trímero muestra que la unión rota el RBD de la S1 abierta alejando su centro de masas ~5.5 Å respecto al eje del trímero y al mismo tiempo aleja los tres NTD de las S2 del trímero ~1.5–3.0 Å; la unión a una o dos ACE2 adicionales no introduce cambios significativos en la conformación de la primera unión. Estos cambios de conformación estabilizan la unión de ACE2 en el complejo.

Cuando se unen tres receptores ACE2 al complejo (figura de abajo) dejan descubierta (un-shield) la parte superior del tallo S2 a través de una especie de anillo; este anillo trimérico está formado de por dominios S1 unidos al tallo S2 solo a través de los pequeños subdominios intermedios. Entre el anillo y las tres ACE2 se forma una cavidad de ~50 Å de diámetro centrada en el eje del trímero que tiene ~65 Å de profundidad. Así quedan expuestos los aminoácidos 980-990 dentro de la región de heptámeros repetidos 1 (HR1) en la parte superior de S2, clave para la fusión de membranas entre el coronavirus y la célula hospedadora. Estos resultados discuten en detalle los aminoácidos implicados en la formación de esta cavidad, así como sus enlaces químicos ; por desgracia, la conformación helicoidal detallada de las regiones HR1 no se puede determinar por criomicroscopia electrónica.

Los resultados apuntan a que la probabilidad de fusión entre membranas está favorecida por el número de receptores ACE2 unidos a la proteína espicular. Así la infección sería más probable en células que expresen un gran número de receptores ACE2. Deberemos ser cautos porque éste supuesto aumento de infecciosidad noe stá demostrado que realmente se manifieste de forma clínica. Como dice n David baltimore y Vincet cantinello, el desarrollo de la infeccion no implica necesariamente la manifestacion de la enfermedad. Parece razonable pensar que, puesto que la proteína S1 es trimérica,( con 1374 aminoácidos) ha de exponer tres RBD para su potencial unión al receptor y que coincida una molécula de ACE2 para cada uno de los RBD de S1 se antoja difícil. Quizás sea más probable que una proteína S se fije a un receptor ACE2, que a dos o a tres. Pero la idea de que la fijación triple conduzca necesariamente a una infectividad mayor no tiene porqué correlacionarse con los hallazgos clínicos. Y nos recuerda la mutación D 14 descrita hace unas semanas. Un planteamiento alternativo es que el virus tiene más asegurada su fijación a la célula si tiene tres opciones que si sólo tiene una, aunque con una le baste y le sobre para infectar a la mayoría de tejidos que expresen ACE2. Otra cuestión es el tema de la existenicia de "furin cleavages sites" para la serina lo ,que ha motivado inusuales discusiones a lsugerirse que éso era "una prueba" de la existencia de un vector intermedio, el pangolin ( Manus javanicus) en el paso interespecies desde el murciélago de herradura a la especie humana ( por cierto, ni se ha probado este hecho, ni se ha encontrado nunca al "paciente cero") . Este virus tiene una secuencia PRRA, justo antes de la R por donde se produce el cleavage usual en otros coronavirus, que le faculta para disponer de un amplio espectro de células en las que entrar una vez la secuencia es reconocida por la ubicua protesasa furina