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integración del VIH

virión del VIH El SIDA (síndrome de inmunodeficiencia adquirida) es causado por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). Las personas con VIH tienen lo que se conoce como ...

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virión del VIH

El SIDA (síndrome de inmunodeficiencia adquirida) es causado por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). Las personas con VIH tienen lo que se conoce como una infección por VIH. Cuando el semen , las secreciones vaginales o la sangre infectadas entran en contacto con las membranas mucosas o la piel lesionada de una persona no infectada, el VIH puede transmitirse a esta persona ( transmisión horizontal ), causando otra infección. Además, el VIH también puede transmitirse de mujeres embarazadas infectadas a sus bebés no infectados durante el embarazo o el parto ( transmisión vertical ), o a través de la lactancia materna . Como resultado de la infección por VIH, algunas de estas personas desarrollarán SIDA clínicamente significativo.

El VIH es un retrovirus , una familia extensa y diversa de virus de ARN que, tras infectar una célula huésped , replican su genoma de ARN en ADN . Un paso esencial en el ciclo de replicación del VIH-1 y otros retrovirus es la integración de este ADN viral en el ADN del huésped. El genoma de ARN de los viriones descendientes y la plantilla para la traducción de las proteínas virales se generan durante la transcripción del ADN viral integrado.

Información general: Integrasa del VIH-1

Dominios estructurales de la integrasa del VIH-1

La integración del ADN del VIH en el ADN del huésped es un paso crítico en el ciclo de vida del VIH. Comprender el proceso de integración proporcionará un marco para comprender múltiples posibles sitios de intervención terapéutica para la infección por VIH y el SIDA. La enzima del VIH encargada de insertar la versión de ADN de su genoma en el ADN de la célula huésped se denomina " integrasa ". La integrasa del VIH-1 cataliza la acción de "cortar y pegar", que consiste en recortar el ADN del huésped y unir el genoma proviral a los extremos recortados. Esta proteína, que tiene 288 aminoácidos de longitud, contiene tres "dominios", en este orden:

1. Dominio amino (N)-terminal: A veces denominado "dedo de zinc", el dominio N-terminal está compuesto por los residuos conservados HHCC, His y Cys , un motivo que sirve para unirse al zinc. La función del dominio N-terminal no está del todo clara, pero se cree que ayuda a la integrasa a formar multímeros (aglomeraciones fijas de múltiples moléculas de integrasa).

2. El dominio catalítico central (o "núcleo catalítico" ): El núcleo catalítico comprende la tríada catalítica DDE de aminoácidos, o residuos de ácido, que gestionan la unión con un metal divalente (generalmente Mg²⁺ o Mn²⁻ ) , formando el sitio catalítico activo . En el caso de la integrasa del VIH-1, los residuos son Asp64, Asp116 y Glu152. Este dominio también se conserva bien durante la evolución.

El dominio catalítico del VIH-1 aparece dimérico en solución y en estructuras cristalinas. La vasta superficie de la interfaz del dímero indica su relevancia biológica. Los sitios de inserción en cada hebra del ADN diana están separados por 5 pares de bases , que son paralelos a aproximadamente 15 Å para el ADN helicoidal en forma B, lo que implica que el dominio catalítico (o la unidad funcional) de la integrasa debería contener un par de sitios activos separados por una distancia similar. Sin embargo, la distancia entre los sitios activos en el dímero prácticamente esférico aparentemente no coincide del todo con la distancia entre los sitios de inserción en las dos hebras del ADN diana, ya que el análisis de las estructuras cristalinas revela que los sitios activos en los dímeros están separados por más de 30 Å cuando se miden en línea recta a través de las proteínas, y por una distancia aún mayor cuando se miden alrededor de la circunferencia del dímero. Bajo la suposición de que la interfaz del dímero se conserva en el multímero funcional de la integrasa, se requiere como mínimo un tetrámero de integrasa para que se complete la reacción de integración.

3. El dominio carboxilo (C)-terminal  : El dominio C-terminal se une al ADN de forma no específica. Dado que los sitios de integración en el ADN diana son relativamente inespecíficos, se cree que este dominio podría interactuar de alguna manera con el ADN diana. La información obtenida de experimentos con integrasas quiméricas muestra que el reconocimiento del sitio diana está controlado por el dominio central. Los estudios de reticulación también sugieren que el dominio C-terminal interactúa con una región subterminal ubicada justo en los extremos del ADN viral.

dominio de unión a la integrasa del VIH

Durante el proceso de integración, la enzima integrasa del VIH realiza dos reacciones catalíticas clave. La primera es el procesamiento del extremo 3' del ADN del VIH, seguido de la transferencia de la cadena de ADN del VIH al ADN del huésped. La integración del ADN del VIH puede ocurrir tanto en células en división como en células en reposo, y la enzima integrasa del VIH puede existir en forma de monómero , dímero, tetrámero e incluso, posiblemente, en formas de orden superior (como octómeros). Se estima que cada partícula de VIH contiene entre 40 y 100 copias de la enzima integrasa.

Las funciones de la integrasa son exclusivas de los retrovirus; las células humanas no necesitan cortar y pegar fragmentos de ADN en el genoma. Por esta razón, los inhibidores de la integrasa son objetivos prioritarios para el desarrollo de terapias farmacológicas contra la infección por VIH y el SIDA, ya que la inhibición de la integrasa no debería interferir con el funcionamiento normal de las células humanas.

Mecanismo de integración del VIH

Integración del genoma del VIH

La integración del VIH es la inserción del material genético del VIH en el genoma de la célula infectada. [ 1 ] El proceso de integración del VIH implica seis pasos secuenciales:

Unión de la integrasa del VIH al ADN del VIH

El primer paso del proceso de integración ocurre en el citoplasma de la célula huésped tras la transcripción inversa del ARN del VIH a ADNc. Este paso implica la unión de la integrasa —probablemente en forma de dímero— a cada extremo del ADNc del VIH recién formado. La unión se produce en secuencias específicas de las regiones de repetición terminal larga. El complejo integrasa-ADN del VIH forma parte de una partícula nucleoproteica intracelular conocida como " complejo de preintegración " (PIC). Este complejo está compuesto por ADN lineal del VIH, proteínas virales y proteínas del huésped. Las proteínas virales incluyen la integrasa, la nucleocápside , la matriz, la proteína viral R (Vpr) y la transcriptasa inversa . Varias proteínas del huésped también pueden formar parte de este complejo, aunque no está claro si algunas o todas se unen al complejo de preintegración antes del transporte nuclear.

Procesamiento de los extremos 3' del ADN del VIH

En la segunda etapa del proceso de integración, que también tiene lugar en el citoplasma del huésped , el dímero de integrasa escinde el ADN viral en cada extremo 3'. Esta reacción de escisión elimina los dinucleótidos GT en el lado 3' de una región conservada de dinucleótidos CA. La escisión del dinucleótido en cada extremo 3' del ADN viral genera un "saliente" de dinucleótido 5' y un intermediario reactivo que contiene un grupo 3'-hidroxilo. Este paso de procesamiento 3' es la primera de dos reacciones catalíticas clave realizadas por la enzima integrasa, y prepara el ADN viral para su integración en el ADN del huésped. En una visión alternativa de la unión al ADN y la reacción de procesamiento 3', la forma tetramérica de la integrasa (no el dímero) se une a los extremos del ADN del VIH y luego escinde los extremos 3'.

Translocación de la integrasa del VIH al núcleo de la célula huésped (Translocación nuclear)

En la tercera etapa del proceso de integración, el complejo de preintegración es transportado al núcleo de la célula huésped, entrando a través de uno de los complejos de poros nucleares .

Unión del complejo de preintegración al ADN del huésped

Dentro del núcleo, la proteína del huésped factor de crecimiento derivado del epitelio del cristalino/p75, comúnmente conocida como LEDGF /p75, se une al complejo de preintegración y al ADN del huésped. La LEDGF/p75 actúa como una proteína de anclaje (o puente) entre el complejo de preintegración y el ADN del huésped. La secuencia de unión de la LEDGF/p75, el ADN del huésped y el complejo de preintegración aún no está clara. En una versión, la LEDGF/p75 se une primero al complejo de preintegración y luego al ADN del huésped. En otra versión, la LEDGF/p75 podría unirse primero al ADN del huésped y luego al complejo de preintegración. Independientemente de la secuencia, se cree que la presencia de LEDGF/p75 provoca que los dímeros de la integrasa se acerquen entre sí para formar un tetrámero.

Transferencia de ADN del VIH al ADN del huésped (Transferencia de cadena)

El siguiente paso, la reacción de transferencia de cadena, tiene lugar dentro del núcleo de la célula huésped e implica la inserción crucial del ADN del VIH en una región específica del ADN del huésped. Esta región de inserción contiene una secuencia palindrómica poco conservada. La reacción de transferencia de cadena se inicia cuando la integrasa del VIH cataliza el ataque del grupo 3'-hidroxilo del ADN del VIH sobre el ADN del huésped. El ataque del ADN del VIH se produce en cadenas opuestas del ADN del huésped de forma escalonada, generalmente con una separación de 4 a 6 pares de bases. Esta reacción provoca la separación de los enlaces en los pares de bases del ADN del huésped situados entre los cortes escalonados y la unión de los grupos 3'-hidroxilo del VIH con los extremos 5' fosfato del ADN del huésped. En este punto, la región de ADN viral-huésped recién unida se despliega.

Reparación de los huecos formados en el proceso de transferencia de hebras ("Reparación de huecos")

virión del VIH
Transcripción inversa

Tras el proceso de transferencia de la cadena, las uniones entre el ADN del VIH y el ADN del huésped presentan regiones de ADN sin aparear, denominadas "huecos" de ADN. Además, los dos pares de bases al final de la región 5' del ADN viral permanecen sin aparear después de la transferencia de la cadena. Actualmente se cree que la inserción del nuevo ADN del VIH y los huecos restantes que flanquean el sitio de integración inducen una respuesta de daño al ADN celular del huésped, pero gran parte de este mecanismo sigue siendo especulativo. Se considera que la respuesta de daño al ADN del huésped es fundamental en el paso final de la integración, conocido como "reparación de huecos", y puede requerir al menos tres enzimas del huésped: polimerasa , nucleasa y ligasa . En el primer paso de la reparación de huecos, se cree que la(s) enzima(s) polimerasa(s) extiende(n) el ADN del huésped en cada extremo y, por lo tanto, rellena los huecos. A continuación, es posible que la actividad de la nucleasa del huésped elimine los "solapamientos" de dinucleótidos 5' del ADN del VIH. Por último, se cree que las enzimas ADN ligasa unen el segmento restante no unido de las cadenas de ADN del VIH y del huésped. Actualmente, este mecanismo está ampliamente validado experimentalmente y es un área de investigación en curso. Este proceso de reparación de huecos completa la integración del ADN del VIH en el ADN del huésped, y el ADN del VIH totalmente integrado se denomina ahora "ADN proviral".

Función del empalme en el VIH-1

Un estudio reciente sugirió que el VIH-1 prefiere integrarse en genes altamente empalmados o genes con más intrones. [ 2 ] Esta preferencia depende de la proteína de unión a la cromatina del huésped LEDGF/p75, que interactúa con muchos factores de empalme. [ 2 ] Otro estudio mostró que la preferencia del VIH-1 por genes altamente empalmados depende de otro factor del huésped, CPSF6, un factor de poliadenilación. [ 3 ] Los genes cancerígenos con un alto número de intrones son un objetivo frecuente del VIH-1. [ 2 ]

Referencias

  1. ↑ Smith JA, Nunnari G, Preuss M, Pomerantz RJ, Daniel R (2007). "La pentoxifilina suprime la transducción por vectores basados ​​en el VIH-1". Intervirology . 50 (5): 377– 86. doi : 10.1159/000109752 . PMID 17938572. S2CID 34357038 .  
  2. 1 2 3 Singh, Parmit Kumar; Plumb R., Matthew; Ferris, Andrea L.; Iben, James R.; Wu, Xiaolin; Fadel, Hind J.; Luke, Brian T.; Esnault, Caroline; Poeschla, Eric M. (2015). "LEDGF/p75 interactúa con factores de empalme de ARNm y dirige la integración del VIH-1 a genes altamente empalmados" . Genes Dev . 29 (21): 2287– 97. doi : 10.1101/gad.267609.115 . PMC 4647561. PMID 26545813 .  
  3. ↑ Sowd GA, Serrao E, Wang H, Wang W, Fadel HJ, Poeschla EM , et al. (2016). "Un papel crítico para el factor de poliadenilación alternativo CPSF6 en la focalización de la integración del VIH-1 en la cromatina transcripcionalmente activa" . Proc Natl Acad Sci USA . 113 (8): E1054–63. Bibcode : 2016PNAS..113E1054S . doi : 10.1073/pnas.1524213113 . PMC 4776470. PMID 26858452 .   

Lecturas adicionales

  • Ciuffi Angela; Bushman Frederic D (2006). "Integración del ADN retroviral: VIH y el papel de LEDGF/p75". Trends in Genetics . 22 (7): 388– 395. doi : 10.1016/j.tig.2006.05.006 . PMID 16730094 . 
  • Brown; et  al. (1987). "PO Brown, B. Bowerman, HE Varmus, JM Bishop, Integración correcta del ADN retroviral in vitro". Cell . 49 (3): 347– 356. doi : 10.1016/0092-8674(87)90287-x . PMID 3032450 . S2CID 35523639 .  
  • Bushman; et  al. (1990). "Integración de ADN retroviral dirigida por la proteína de integración del VIH in vitro" . Science . 28 (4976): 1555– 1558. Bibcode : 1990Sci...249.1555B . doi : 10.1126/science.2171144 . PMID 2171144 . 
  • Ellison; et  al. (1990). "VH Ellison, H. Abrams, T. Roe, J. Lifson, PO Brown, Integración del virus de la inmunodeficiencia humana en un sistema libre de células" . J. Virol . 64 (6): 2711– 2715. doi : 10.1128/JVI.64.6.2711-2715.1990 . PMC 249450. PMID 2335814 .  
  • Engelman Alan; Mizuuchi Kiyoshi; Craigie Robert (1991). "Integración del ADN del VIH-1: Mecanismo de escisión del ADN viral y transferencia de la cadena de ADN". Cell . 67 ( 6): 1211– 1221. doi : 10.1016/0092-8674(91)90297-C . PMID 1760846. S2CID 1721232 .  
  • Farnet CM; Haseltine WA (1990). "Integración del ADN del virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 in vitro" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 87 (11): 4164– 4168. Bibcode : 1990PNAS...87.4164F . doi : 10.1073 / pnas.87.11.4164 . PMC 54068. PMID 2349226 .  
  • Lander ES; Linton LM; Birren B.; Nusbaum C.; Zody MC; Baldwin J.; Devon K.; Dewar K.; Doyle M.; Fitzhugh W.; et  al. (2001). "Secuenciación y análisis inicial del genoma humano" (PDF) . Nature . 409 (6822): 860– 921. Bibcode : 2001Natur.409..860L . doi : 10.1038/35057062 . PMID 11237011 . 
  • Stowell, Dan (2006). "complejo de preintegración" . Las moléculas del VIH: un libro hipertextual . Archivado del original el 3 de marzo de 2016. Recuperado el 11 de enero de 2016 .