COVID-19: Etkili bir tedavinin biyolojisi

Biyolojisi hakkında birçok şey bildiğimiz koronavirüs'e karşı ne yapabiliriz?

Çeviri: Tuğçe Kaymaz (Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi Araştırma Görevlisi, Fırat Üniversitesi Tıp Fakültesi Doktora öğrencisi), Düzeltme: Hikmet Geçkil

Koronavirüs aşısı, en az bir yıl gelmeyebilir. Öyleyse bu süre içinde virüsün en kötü etkilerini ortadan kaldırabilecek yararlı bir tedavi bulma şansı nedir?
SARS ve MERS gibi daha önceki koronavirüs salgınları, halk sağlığı yetkilileri tarafından uyarı bayraklarının çekilmesine neden oldu. Neyse ki bu büyük virüs ailesinin daha ayrıntılı olarak incelenmeye değer olduğu anlaşılmış oldu. Son araştırmalar, hayvancılıkta uzun süredir önemli hastalıklara neden olan koronavirüsler hakkında geniş bir bilgi birikimi üzerine inşa edilmiştir. Bu nedenle SARS-CoV-2 tamamen bilmediğimiz bir şey değil. Gerçekten de, neyin iyi bir potansiyel tedavi sunabileceği konusunda iyi bir pozisyondayız. Antimalaryal bir ilaç olan klorokin gibi test edilen bazı terapiler, rastgele gibi görünse de bunların arkasında ciddi bir biyoloji birikimi var.

DNA'sı olmayan genler

Tüm viral tedavilerde temel bir zorlukla karşı karşıya kalırız: Çoğu virüs sadece bir elin parmakları kadar gen içerir ve çoğalıp hastalıklara sebep olmak için, enfekte ettikleri hücrelerdeki (konakçı hücreler) proteinlere ihtiyaç duyarlar. Eğer, tedavi yaklaşımlarımız konakçı hücre proteinlerini hedef alırsa, bu durum enfekte olmamış hücreleri de öldürme riski taşır. Bu da durumu daha da kötüleştirir. Bu nedenle antiviral tedaviler genellikle virüsle ilgili özel bir şeyi hedeflemelidir. Eğer lise biyoloji dersinde uyumadıysanız, genetik bilginin DNA ile taşındığını hatırlayabilirsiniz!. Bir proteinin oluşturulması gerektiğinde, ilgili DNA’nın bölgesi (gen) okunur ve buradan RNA adı verilen çok benzer bir molekül ifade edilir (transkripsiyon). Bu RNA parçası, daha sonra ribozomlara gidip bağlanarak orada proteini oluşturan bir amino asit dizisine dönüştürülür (translasyon). Bu RNA'ların bazıları istisnai olarak proteine ifade olmazlar ve kendi başlarına çeşitli işlevleri vardır. Bunlara, kodlama-yapmayan RNA’lar denir. Kodlama yapan veya yapmayan, hücrelerimizdeki tüm RNA’lar bir DNA dizisinden köken alır. Ancak, uzun zamandır bu durumun tüm virüsler için geçerli olmadığını biliyoruz. AIDS’e sebep olabilen HIV ve ve gribal enfeksiyonlara sebep olan influenza virüsü de dahil olmak üzere birçok virüs, temel genetik materyal olarak DNA yerine RNA kullanır. Koronavirüsler de birer bir RNA virüsleridir. Koronavirüsler yaklaşık 30,000 baz uzunluğundaki tek bir RNA molekülünden oluşur. Bu, virüs için bir sorundur. Çünkü, enfekte ettiği konakçı hücrelerde RNA yerine sadece DNA kopyalayan proteinler bulunur. Bu nedenle virüs kendi kopyalarını nasıl elde edilebilir?

Hedef: Çoğalma

Bu tür virüsler, kendi çözümlerine sahiptir: Virüsün RNA genomu, bir hücreye girdiğinde konakçının protein üretme makineleriyle (ribozomlar) etkileşime girerek, RNA moleküllerini kopyalayabilen proteinler (enzimler) üretir.
“RNA bağımlı RNA polimerazlar (RdRp)" olarak adlandırılan bu RNA kopyalama proteinleri, tedaviler için cazip bir hedef oluşturur. Çünkü bu protein konakçı hücrenin normalde sahip olduğu bir protein değildir. Dolayısı ile, konakçı hücreler (yani bizim hücreler) doğal olarak bunlara sahip olmadığından, bu RNA üreten proteinleri hedefleyen tedavilerin sadece virüsün çoğalmasını hedefler. RdRp’ı bloke edince virüs artık çoğalamaz ve bir enfeksiyonu başlatamaz. Tabi bu koronavirüsle ilgili haberin iyi tarafı. Kötü tarafı ise DNA ve RNA birbirleriyle o kadar yakından ilişkili ki sadece bir tip polimerazı etkileyen bir ilacın yapılması zor olabilir: bunu, HIV'nin RNA genomunu kopyalayan enzimleri hedefleyen ve böylece virüsün çoğalmasını yavaşlatırken, konakçının hızla bölünen bağışıklık hücrelerine de zarar veren ilk tedavi yaklaşımlarında gördük.

30.000 baz uzunluğundaki koronavirüs genomu, çok çeşitli proteinler üretmek için kullanılır.

Yani sadece RdRp’ı hedefleyen bir tedavi şekli zor gibi görünüyor. Ancak kendi DNA polimerazlarımızla etkileşime girmeyen bu tür birçok ilaç bulunmaktadır. Bunlar daha önce HIV veya Ebola enfeksiyonlar için insanlarda test edilmiştir. Şu anda, bunlardan birkaçı koronavirüse karşı hızla test ediliyor. Bu ilaçlardan biri “remdesivir”. Başlangıçta Ebola virüsü ve yakın ilişkili virüsleri sınırlayacağı ümidi ile geliştirildi. Bu ilaç, Ebola için işe yaramamış gibi görünse de, insanda ve kültüre edilmiş hücrelerde kullanımı güvenli olduğu ve başka bir koronavirüsün (MERS-CoV) yayılımını sınırladığı için bir umut vaat etti. Sonuç olarak, SARS-CoV-2'ye karşı hızlı bir şekilde test edildi ve sonuçlar pozitif çıktı. Ulusal Sağlık Enstitüleri, şubat ayında COVID-19'a karşı klinik bir çalışma başlattı. Bu RNA polimerazların, bir dizi koronavirüse çok benzer olduğu, hepsini engelleyen tek bir molekül bulabileceğimize dair bir inanç gelişti.

Hedef: İşleme

RNA kopyalayan polimerazlar (RdRp), koronavirüs için tek potansiyel terapötik hedef değildir. RNA bağınlı RNA polimerazlar, başlangıçta tam olarak işlevsel olmayan formlarda üretilir. Bunun yerine, olgun konfigürasyonu edinmeleri için küçük parçalara kesilmeleri gerekir. Koronavirüs RNA’sı bu kesimi yapan iki ya da üç proteini kodlamaktadır. Bunlar, protein kesme yeteneklerinden ötürü topluca "proteaz" olarak adlandırılan bir protein sınıfına aittirler. Proteazlar, tipik olarak hedef proteinleri belli bölgelerden keserler. Bu bölgelere sığabilip bağlanabilecek kimyasallar (ilaçlar), proteazının bu işlevini durdurabilir. Beklendiği üzere bu tür kimyasallara ‘proteaz inhibitörleri’ denir. Bu yaklaşım, özellikle HIV de dahil olmak üzere diğer virüslere karşı başarıyla uygulanmıştır. Bilim insanları şimdi HIV’i hedefleyen proteaz inhibitörlerinin, koronavirüse karşı da bir etkiye sahip olabileceğini göstermişlerdir. Çünkü proteazlar, enfekte hücrelerde az miktarda bulunur ve tedaviler için en umut verici hedeflerden biri olabilecek spesifik bir bölgeye dayanan katalitik aktiviteye sahiptir.
[caption id="attachment_5960" align="aligncenter" width="414"] Koronavirüs proteazın yapısı[/caption]

Hedef: paketleme

Replikasyondan sonra viral RNA, olgun bir virüs kılıfının içine paketlenmesi ve konakçı hücrenin dışına çıkması gerekir ki enfeksiyon sürdürülebilsin. Bunun için özel paketleme proteinleri gerekir. Koronavirüste bu proteinler, viral RNA'nın kopyalama enzimleriyle birleşmesine yardımcı olarak çift yönlü görev yapar. Bu paketleme basamağı, hedeflenen tedavi için büyük bir fırsat sağlıyor gibi görünmektedir. Paketlemeyi önlemek, belirli bir hücrede yapılan ve atılan virüs miktarını sınırlandırır. Fakat viral paketlenmeyi bloke etmeye çalışan çok az ilaç bulunmaktadır. Yalnızca olgun virüs parçacıklarının yeniden oluşturulmasının engellendiği Hepatit B'de böyle bir tedavi vardır. Bir başka sorun da bir virüsün paketlenmesi sırasında proteinler ve genetik materyal arasındaki etkileşimlerin yaygınlığıdır. Bunların üstesinden gelmek biraz daha zordur. Ayrıca yeni paketlenmiş virüsleri hücrenin dışına taşıyan sistemi parçalamak da zordur. Paketlenir paketlenmez, koronavirüsler bir ihraç sistemi (ekzositoz adı verilen bir işlem) yoluyla konak hücreyi terk ederler. Bu süreç birçok virüsün başvurduğu bir genel yoldur. Ancak, bu eksositoz olayı hücrenin de yaşamsal bir parçası olduğundan, onu durdurarak virüsün önüne geçmek  tehlikeli olacaktır.

Hedef: Viral kabuk

Olgun bir virüs parçacığında, virüsün viral karakteri onun dış yapısını oluşturan proteinler tarafından belirlenir. Koronavirüste bu proteinlerden ikisi ("zar" ve "zarf" olarak adlandırılır), viral kabuğu oluşturmak için hücre zarının bir kısmı ile birleşir. Virüsün etrafında ona ismini veren, bir taç yapı oluşturan ve enfeksiyonu sağlayan sarkılı duran bir Spike (başak, diken olarak da adlandırılan) proteini vardır.
Spike, potansiyel tedaviler için zengin hedefler sağlayan karmaşık bir proteindir. Virüsün dışının en belirgin özelliği olarak ortaya çıkan Spike, bağışıklık sistemi tarafından üretilen antikorların ana hedefidir.
[caption id="attachment_5961" align="aligncenter" width="552"] Koronavirüsün yüzey proteinlerinin en önemlisi: Spike[/caption]
Koronavirüs enfeksiyonunu başarı ile atlatmış bireylerin plazmasının (kanın protein vd molekülleri içeren hücresiz sıvı kısmı) virüsü nötralize edebilen antikorlar içerdiği hareketle, plazma veya antikor transferinin virüsle bir mücadele yolu olabileceği düşünülmektedir. Burada antikorlar, bağışıklık sisteminin virüsü temizlemesine yardımcı olurlar. Ancak, vericiden gelen bu antikorlar yeni insanın kan dolaşımında süresiz olarak hayatta kalmazlar ve sadece geçici bir tedavi sağlarlar. Bu da hastanın kendi bağışıklık sistemine kendi antikorlarını geliştirmek için yeterli zamanı sağlayabilir. Enfekte bireylerin, etkili antikor üretip üretmediği henüz tam olarak bilinmemektedir.

Antikorlara farklı bir yaklaşım

Ancak antikor tedavileri, kan plazmasını infüze (hastaya enjekte) etmekle sınırlı değildir. Bağışıklık sistemi, koronavirüslere karşı antikorları üreten hücreleri ürettikten sonra, bu antikorları kodlayan genleri bu hücrelerden çıkarabilir, kopyalayabilir ve çoğaltabiliriz. Hatta koronavirüse bağlanan birkaç antikordan oluşan bir kokteyl bile üretebilir. Ancak, böyle  yaklaşımların geliştirilmesi ve güvenilirliklerinin araştırılması zaman alacaktır.
Bağışıklık sistemlerimiz, HIV ve influenza (grip) gibi virüslere karşı antikor üretirken bunların çoğu, virüsün mutasyonlarla kolayca değişebilen kısımlarına bağlanır. Bu durum, virüsün kolayca antikorların etkisinden kaçmasını sağlar. Dolaysı ile amacımız, temel fonksiyonundan ödün vermeden mutasyonel değişikliklerin meydana gelmediği virüsün parçalarına bağlanan "geniş ölçekli nötralize edici" antikorlar olamlıdır. Birçok durumda geniş yelpazede nötralize edici antikorlar, virüsün yeni enfeksiyonları başlatmak için insan hücrelerine kilitlendiği kısımlarına karşı olmalıdır. Böylece virüsün herhangi bir şeyi enfekte etme yeteneği engellenir. Şu an, SARS-CoV-2'nin yüzey proteinlerinin ne ölçüde farklılaşabileceğini bilmiyoruz. Ancak, diğer koronavirüslere bakarak bazı çıkarımlar yapabiliriz. Yüzey proteinlerindeki değişim oranı ve hızı, antikor bazlı tedavilerin ne kadar etkili olduğu ve aşı geliştirmenin ne kadar kolay olacağını belirleyecektir.

Hedef: Yeni enfeksiyonlar

Virüsün yaşam döngüsünün son basamağı, yeni bir hücreyi enfekte etmektir. Tipik olarak burada öğretilen, virüsün, hücre yüzeyindeki bir proteine ​​kilitlenip ardından bu proteini hücreye girmek için kullanması, bir dereceye kadar doğrudur. Ancak çoğu virüs için işler çok daha karmaşıktır. Koronavirüsler, kesinlikle bu konuda "daha karmaşık" bir kategoriye girmektedir. SARS-CoV-2, SARS’a sebep olan orijinal SARS-CoV tarafından kullanılanla bir proteinle (Spike) yolundaki hücrelerin yüzeyindeki bir proteine (ACE-2) kilitlenir. Ancak bu, viral içeriğin hücreye hemen girişine neden olmaz. Bunun yerine “virüs-reseptör kompleksi”, hücre zarının dışında kalırken bu bölgedeki hücre zarı hücre içine çekilir. Hücre yüzeyinden daralıp hücre içinde dar bir boğazı olan ve içinde virüsün olduğu bir kese oluşturur.
Bu gerçekleştiğinde, virüs teknik olarak hücrenin içindedir. Ancak yine de çoğalması için ihtiyaç duyduğu her şey, zarın yanlış tarafındadır. Hücre, bu kompartımanı devralır, pH'sini düşürür ve içeriğini parçalamak için enzimler ekler. Korona ve diğer virüsler, aslında enfeksiyonları sağlamak için bu değişikliklerden faydalanırlar. Koronavirüs durumunda konakçı hücre tarafından üretilen bir proteaz, viral Spike proteinini keser. Spike proteini kesildikten sonra, virüs manto zarı ile sıkıştığı bölmenin zarı arasında füzyonu tetikler.

Bu, nihayet virüs genomunun hücre içine yerleşmesi enfeksiyonun başlamasını sağlar. Bu olaylar dizisi tedaviler için potansiyel hedefler olabilir. Bu hedeflerden biri, pH'deki düşüştür. Buradaki olay, antimalaryal ilaç olan klorokin tarafından hedeflenen bir adımdır. Klorokin, hücre zarını geçebilir. Böylece virüsü içeren keseye girebilir ve orada düşük pH'yi nötralize edebilir. Bu önemlidir çünkü birçok proteaz sadece düşük pH'de aktiftir. Kese içindeki pH nötr olunca, koronavirüs Spike proteini protezlar tarafından kesilemez dolayısı viral döngü aktive olmaz. Virüsle enfekte edilen kültüre edilmiş hücrelerde durum en azından bunu gösteriyor.
Konakçı hücre proteazları da cazip bir hedef oluşturur. Buradaki risk, söz konusu proteazın sağlıklı hücrelerde de önemli bir rol oynayabileceğidir. Son olarak Spike proteini ile bağlandığı protein arasındaki etkileşimleri doğrudan hedeflemek oldukça caziptir. Ancak, bu etkileşim kapsamlı olduğundan, bunun tek bir molekülle parçalanması zor görünmektedir.

Bilinenin ötesinde

Biyolojisi hakkında önceden bildiğimiz şeylere dayanarak koronavirüse müdahale etmek için birçok seçenek mevcuttur. Ama hala bilmediğimiz birçok şey de vardır. Koronavirüs genomunda kodlanan proteinlerle etkileşime giren birçok konakçı proteini bulunmaktadır. Bu etkileşimlerin çoğunun önemini veya ya da tesadüfi olup olmadıklarını bilmiyoruz.
Kaynak: COVID-19:The biology of an effective therapy