Un atlas pulmonar ayuda a entender los efectos del nuevo coronavirus en los alvéolos

Investigadores de la Universidad de Campinas, en Brasil, identifican los mecanismos a través de los cuales el SARS-CoV-2 afecta también a los sistemas regulatorios de la inflamación, la coagulación y la presión arterial al infectar a las células encargadas de los intercambios gaseosos

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – En la Facultad de Ciencias Médicas de la Universidad de Campinas (FCM-Unicamp), en estado de São Paulo, Brasil, se ha elaborado el primer atlas integrado de las células de los pulmones humanos, con base en el análisis de los transcritos de más de 130 mil células. Con este atlas, los investigadores que realizaron este trabajo verificaron que un subtipo de células de los alvéolos pulmonares, en las cuales transcurre el cambio del oxígeno respirado del aire en lugar del dióxido de carbono, constituye uno de los blancos principales del SARS-CoV-2.

Asimismo, esta investigación demostró que proteínas de las vías de inflamación, la coagulación y el control de la presión arterial también están presentes en esa misma subpoblación de células pulmonares.

“Este estudio fue el primer en el cual se demuestra que la misma subpoblación de células pulmonares que expresa grandes cantidades de la proteína que sirve como receptor del SARS-CoV-2 [ACE-2] también expresa grandes cantidades de las proteínas reguladoras de la inflamación, la coagulación y la presión arterial. Esto puede explicar por qué el virus es capaz de causar simultáneamente daños en todos esos sistemas y poner en un gran riesgo la vida de las personas infectadas”, dice Licio Augusto Velloso, profesor titular de la FCM-Unicamp, coordinador de la investigación e investigador responsable del Centro de Investigación en Obesidad y Comorbilidades (OCRC), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) apoyado por la FAPESP.

Este estudio se desarrolló como parte del proyecto de doctorado de Davi Sidarta de Oliveira, bajo la dirección de Velloso. Y sus resultados se dieron a conocer en la revista Scientific Reports, del grupo Nature.

Para entender el alcance del trabajo realizado, es necesario recapitular al respecto del mecanismo de la infección provocada por el SARS-CoV-2, el virus causante del COVID-19. “Este virus entra en las células humanas valiéndose en calidad de receptor de una proteína llamada ACE-2. La misma se encuentra presente en diversos órganos, tales como los pulmones, los riñones y los intestinos, y su función comprende la regulación de tres sistemas sumamente importantes para el mantenimiento de la vida: el cardiovascular, el inmunológico y el de coagulación sanguínea”, explica Velloso.

Estudios publicados al comienzo de la pandemia demostraron que el SARS-CoV-2 posee una pequeña proteína externa en su cápsula viral denominada spike (o proteína de espícula). Existen varias copias de esta proteína que recubren al virus, lo que hace que este tenga una forma parecida con la de una corona, de allí el nombre de la familia a la cual pertenece: los coronavirus. Y precisamente la proteína spike es la que se une a la ACE-2 para permitir la entrada del virus a las células humanas.

La unión del virus a la ACE-2 puede interferir en el funcionamiento adecuado de esta proteína. “Por tratarse de una proteína importante para regular la inflamación [el sistema inmunológico], la presión sanguínea [el sistema cardiovascular] y la coagulación, se sospechó que no solamente el ingreso del virus a las células humanas, que causa daños funcionales y la muerte celular, sino también su relación física con la ACE-2 podrían explicar los cuadros graves de COVID-19, en los cuales los pacientes desarrollan un importante proceso inflamatorio pulmonar, acompañado por trastornos de la coagulación sanguínea y alteraciones cardiovasculares”, afirma el investigador.

Estudios anteriores ya habían demostrado que los pulmones poseen grandes cantidades de ACE-2, pero no se sabía pormenorizadamente qué células pulmonares exhiben mayores cantidades de esta proteína, ya que existen más de 40 tipos distintos de células en estos órganos. “El conocimiento de en cuáles de esas células hay más ACE-2 podría ayudarnos a entender mejor de qué manera el virus en esas células entra y las daña”, comenta Velloso.

Durante los últimos años, la ciencia ha desarrollado una metodología que permite estudiar detalladamente todos los genes que se expresan (es decir, que resultan en la producción de proteínas) en las distintas células del organismo. Este método se llama secuenciación de ARN de células individuales (single-cell RNA sequencing). El análisis de los datos generados mediante la secuenciación de una gran cantidad de células es bastante complejo y requiere de algoritmos computacionales que permitan estudiar una enorme cantidad de variables.

“Para definir qué células de los pulmones humanos expresan a la ACE-2 y si su expresión transcurre en las mismas células que poseen otras proteínas implicadas en la regulación de la inflamación, la coagulación y el control de la presión arterial, nuestro grupo desarrolló, como parte del proyecto de doctorado de Oliveira, un programa denominado dbMAP, que se utilizó para analizar los transcritos de las más de 130 mil células de los pulmones humanos”, informa el investigador.

Mediante este método, el equipo pudo elaborar el mencionado atlas, el primero en su género. Y posteriormente, dilucidar toda la cascada de efectos relacionados con la ACE-2, que comprende los alvéolos pulmonares y los sistemas regulatorios de la inflamación, la coagulación y la presión arterial. “Estos conocimientos podrán favorecer no solamente el tratamiento, sino también la prevención contra el COVID-19”, culmina Velloso.

Esta investigación también contó con el apoyo de investigadores del Centro de Ingeniería y Ciencias Computacionales (CECC), otro CEPID apoyado por la FAPESP con sede también en la Unicamp.

La versión completa del artículo intitulado SARS-CoV-2 receptor is co-expressed with elements of the kinin–kallikrein, renin–angiotensin and coagulation systems in alveolar cells puede leerse ingresando en el siguiente enlace: www.nature.com/articles/s41598-020-76488-2.