viernes, 15 de julio de 2016

7 GENÉTICA DEL VIH

El genoma del VIH consta de alrededor de 9719 pares de bases, los cuales almacenan la información para 14 proteínas y otros elementos de importancia. Tres tipos de productos génicos pueden ser identificados en el genoma del VIH:

1. Proteínas de la estructura viral: Representa la parte más conservada del VIH y la cual le da su identidad como lentivirus, es decir, todos los lentivirus poseen esta región que codifica para las proteínas de la estructura del virión. A su vez esta puede ser dividida en los segmentos gag, pol y env. Los genes estructurales son los más grandes y abarcan la mayor parte del genoma del VIH,
2. Elementos reguladores esenciales: Hacen parte de la diversidad única de los virus de la inmunodeficiencia de los primates “incluyendo al humano como primate”. Está constituido por dos genes, el gen tat y el gen rev.
3. Elementos reguladores accesorios: También hacen parte de la diversidad única de los virus de la inmunodeficiencia de los primates. Está constituido por los genes vpr, vif, nef y tev.
4. Elementos del marco: A cada lado del genoma viral se encuentran secuencias de flanqueo llamadas LTR.
5. Estructura secundaria: Adicionalmente, el ARN viral tiende a formar una estructura en bucles o cabezas de martillo típicas del ARN.

Referencias bibliográficas generals: (Black & Black, 2012; Knipe & Howley, 2013)

7.1 Secuencias LTR en el VIH

LTR significa Long Terminal Repeats, es decir, repeticiones repetitivas terminales. Son secuencias altamente repetitivas que son encontradas en los retrotrasposones y los retrovirus. Sun función es favorecer la integración del ADN exógeno con el ADN del anfitrión.

La secuencia LTR del VIH es altamente compleja, y se encuentra segmentada en tres regiones principales llamadas U3, R y U5. Las secciones U3 y U5 han sido subdivididas de acuerdo a las regiones de acoplamiento para los factores de transcripción y su impacto en la actividad de la expresión de genes virales. Ambas LTR poseen las mismas secciones y pueden llevar a cabo en potencia las mismas funciones, sin embargo de acuerdo a sus carbonos terminales se los clasifica como extremo cinco prima (5´) y extremo tres prima (3´).

Referencias bibliográficas generals: (Black & Black, 2012; Knipe & Howley, 2013)

7.1.1 Región promotora o cebadora para el VIH

Por lo general la región 5´actua como promotor general para el genoma del virus integrado en el genoma de la célula, en este sentido es la propia maquinaria molecular de la célula la que da inicio a la producción del virus en la etapa infectiva.

La sección 3´ provee un sitio para la poliadenilación del ARN mensajero del virus una vez se ha transcrito, esto protege al ARN viral de ser degradado por la maquinaria molecular del anfitrión. Adicionalmente en los VIH de los primates –incluyendo al hombre como un primate –la región 3´ almacena el gen nef. La región U-5 del VIH-1 ha sido caracterizada de acuerdo a su función y estructura en diferentes regiones: TAR, Poly A, PBS, Psi y DIS.

Referencias bibliográficas generals: (Black & Black, 2012; Knipe & Howley, 2013)

7.1.2 La región U5 de las secuencias LTR 

Poseen subfunciones debido a subsecuencias importantes como:

1. TAR: Elemento de respuesta de transactivación, juega un rol crítico en la activación transcripcional por medio de la interacción de proteínas virales. Forma un bucle estable que consiste en 26 pares de bases que interactúa con el factor de transcripción viral llamado tat.
2. Poly A: Región necesaria para la poliadenilación y el clivaje diferencial.
3. PBS: Región de unión del cebador, constituye 18 nucleótidos con una secuencia específica que se una a uno de los productos que vienen en el virión, la ARNt(lis) que sirve como el cebador en la etapa de ARN viral.
4. Psi: Elemento de empaquetamiento psi, es una sección que sirve en la etapa de ARN viral para un correcto empaquetamiento en la nuclecápside. Está compuesto por un bucle en una punta llamado SL.
5. DIS: Región de inicio del dímero, es una región conservada que permite formar la estructura secundaria del ARN al interior de la cápside, esto hace que el ASN viral tenga las típicas puntas en martillo de muchos ARN como el ARN de transferencia.

Referencias bibliográficas generals: (Black & Black, 2012; Knipe & Howley, 2013)

7.2 Componentes de los segmentos gag, pol y env en el HIV

Los genes gag, pol y env son los genes básicos de le otorgan al HIV su identidad como lentivirus, todos los lentivirus poseen estos genes, pero los virus de la inmunodeficiencia en todos los primates poseen genes extra producidos mediante splicing diferencial y splicing alternativo. Cada uno de los tres genes sintetiza una poliproteína que debe cortarse en puntos específiccoss para producir las proteínas individuales activas.

Diagrama de los loci del genoma del VIH-1 con los genes gag, pol y env. Puede notarse que gag y pol tienen un sobrelapamiento entre p6 y la proteasa, las proteínas son producidas mediante splicing alternativo, que permite a un mismo locus almacenar información para dos o más genes.

1. Gag: Antígenos de grupo específico, codifica el precursor de la poliproteína gag. Cuando gag es clivada genera: p17 o proteína de la matriz, p24 o proteína de la capside, p2/p1 o péptidos espaciadores, p7 o proteína de la nucleocapside y p6. En resumen, el gen gag almacena la información para varios componentes de la capside.
2. Pol: Por polimerasas, lo cual implica que almacena la información de la transcriptasa reversa o p66/51, la proteasa o p14 (o prot), p32 o integrasa. Todas son enzimas que ejercen funciones importantes en el ciclo de vida del VIH.
3. Env: Por envoltura, codifica la proteína  compuesta por los péptidos gp160 y gp41. Esta poliproteína es trasladada al retículo embolismático del anfitrión donde es procesada y translocada a la membrana externa del anfitrión a la espera de las cápsides formadas.

Referencias bibliográficas generals: (Black & Black, 2012; Knipe & Howley, 2013)

7.2.1 Variación en la estructura gag, pol, env en algunos lentivirus

Varios lentivirus, como el virus del linfoma múltiple (VLMu), del VIH-1. El VIH-2 y el virus linfotrófico humano (VLTH) presentan los loci de los genes gag, pol y env, aunque puede existir cierto nivel de cambio en la posición.

En el modelo anterior podemos ver la ubicación relativa de los loci de varios lentivirus humanos, las secuencias gag, pol y env son comunes aunque el nivel se sobrelapado entre gag y pol cambia. Adicionalmente cada lentivirus es caracterizado por una serie de proteínas accesorias que determinan sus capacidad infectiva y patología.

Los loci se pueden sobrelapar y aun así generar los genes independientes gracias al splicing alternativo de los ARN mensajeros, este es el detalle que permite explicar porque el ARN de cadena simple positiva no es leído directamente por el ribosoma en la infección.

El ARN genómico viral aunque puede ser leído por el ribosoma no generaría correctamente las proteínas debido a que varios genes se encuentran compartiendo partes del mismo locus. En este orden de ideas el ARN viral pasa a ADN y se inserta en el genoma del anfitrión.

Cuando es leído por la maquinaria del anfitrión, el VIH secuestra la maquinaria del splicing alternativo y diferencial, produciendo varios ARN mensajeros maduros a partir de su información, de modo tal que genera varias proteínas contenidas en una secuencia genética relativamente corta.

Referencias bibliográficas generals: (Black & Black, 2012; Knipe & Howley, 2013)


7.3 Elementos únicos del genoma de los lentivirus de los primates como el VIH

El VIH 1 y 2 han incorporado una serie de elementos únicos que los distinguen de otros lentivirus humanos como el virus del linfoma múltiple, aunque cabe destacar que cada linaje puede evolucionar sus propios genes específicos como el caso del virus linfotrófico humano VLTH. Varios de estos elementos accesorios como tat, rev y vpu se almacenan en los mismos loci que los genes pol y env, por lo que deben ser producidos por splicing alternativo de sus ARN mensajeros.

Muchos de estos elementos median procesos relativamente complejos en la función viral como el propio splicing alternativo y diferencial de los ARN mensajeros, la conformación de la estructura del ARN genómico viral al interior de la nucleocápside y el empaquetamiento de las cápsides virales.

Como detalle adicional, los elementos accesorios de VIH-1 son diferentes a los de VIH-2. En este sentido en los siguientes artículos discutiremos exclusivamente los elementos accesorios del VIH-1 ya que es la cepa que se encuentra universalmente distribuida, en contraste VIH-2 es un virus menos agresivo que se encuentra contenido en la región de África central y occidental.

Referencias bibliográficas generals: (Black & Black, 2012; Knipe & Howley, 2013)

7.4 Proteínas extras del VIH y los VIS


1) Tat: O transactivador en trans del VIH. Juega un papel importante en la regulación de la transcripción reversa desde el ARN viral hacia el ADN monocatenario, adicionalmente regula la síntesis de los ARN mensajeros virales en términos de splicing y también controla la liberación correcta de los viriones de las células infectadas.  Los exones de tat se encuentras separados por gran parte del gen env –de hecho el segundo exón de tat se encuentra al interior de env.

2) Rev: O regulador de la expresión de las proteínas del virión.  La proteína rev es un factor de trasnsporte que se une al genoma viral recientemente producido, de forma tal que lo traslada desde el núcleo hacia el citosol a la espera de la formación de la cápside. Adicionalmente actúa como un factor de transcripción para varias proteínas virales.  Al igual que tat, rev se encuentra dividido en dos exones separados por parte del gen env, y el segundo exón de env se encuentra al interior del gen env. Ambas proteínas son producidas mediante una combinación de splicing diferencial y alternativo.

3) Vpr: También conocida como la proteína R de los lentivirus, vpr es un virión asociada a la proteína de translocación núcleo-citoplasma. Es importante en la replicación del virus, específicamente en la importación del complejo de integración proteínico. La proteína vpr también detiene el ciclo celular, manteniendo a la célula en la fase de crecimiento G2. Esto activa la maquinaria de reparación del ADN, la cual es reencausada por el virus para su propia síntesis. El VIH-2 y algunos VIS codifican otra proteína llamada vpx con funciones similares a vpr.

4) Vif: Es una proteína altamente conservada importante en la infectividad del VIH dependiendo de la célula objetivo. Es necesaria cuando se encuentra infectando los macrófagos, linfocitos y dendríticas, pero no es importante para la infección de linajes experimentales como HeLa y COS.

5) Nef: O factor negativo, su función principal es la de regular la apoptosis de la célula incrementando la infectividad del virus.

6) Vpu: Proteínas del virus U, juega varias funciones, pero la principal es la mediación de la liberación de los viriones activos de la célula anfitriona degradándola paulatinamente.

7) Tev: Solo está presente en algunas cepas del VIH-1, consiste en una proteína con partes de tat, env y rev, sus funciones reportadas son semejantes a tat pero aún no ha sido investigada a profundidad.

Referencias bibliográficas generals: (Black & Black, 2012; Knipe & Howley, 2013)

7.5 Estructura secundaria del genoma de VIH

A diferencia del ADN, el ARN no forma una espiral doble y simétrica, los dos cromosomas de ARN que posee un virión del VIH se enroscan sobre si mismos formando estructuras con cabeza de martillo o bucles típicas de los ARN. La estructura que forman los cromosomas virales no son aleatorias, sino que por el contrario, al depender de la secuencia general de los genes almacenados tienden a formar siempre un mismo complejo plano o en 2D.

Se piensa que esta estructura puede jugar roles cruciales en el inicio de la transcripción reversa y el empaquetamiento de los viriones nuevos. Los bucles o cabezas de martillo de la estructura secundaria del ARN genómico del VIH se encuentran en los genes de la proteasa y la transcripción reversa.

Referencias bibliográficas generals: (Black & Black, 2012; Knipe & Howley, 2013)

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