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Fijación del virus a la célula
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Entrada
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Descapsidación
-
Expresión genética
-
Morfogénesis
- Salida.
FIJACIÓN:
-
Es el primer paso, reconocimiento y fijación del virus a la
superficie celular.
-
Participan DOS componentes: Uno de la partícula viral y otro
presente en la superficie celular.
-
Virus con CUBIERTA LIPÍDICA tendrán glicoproteínas ancladas
en la cubierta lipídica y constituyen el componente viral que interacciona con
la célula.
§
Gp120 del VIH ó la glicoproteína HA del virus de la gripe...
-
Virus SIN CUBIERTA LIPÍDICA poseen zonas concretas de
interacción con la célula.
-
Puede ser una parte de una sola proteína o una zona de varias
proteínas.
§
Virus de la polio. Se conocen los Aa de la proteína VP1.
-
Cualquier componente de la superficie celular puede actuar como
receptor. Normalmente son glicoproteínas (también fosfolípidos...). Cada
virus utilizará un receptor concreto.
§
Se ha clonado la molécula CD4 presente en la superficie de
linfocitos T, receptor del VIH.
§
Molécula ICAM, receptor de rinovirus...
-
Lo más característico de la interacción virus-célula es la
especificidad. La afinidad puede medirse con la CONSTANTE DE DISOCIACIÓN (Kd)...
-
No se necesita energía para la interacción. Células metabólicamente
inhibidas unen virus (incluso membranas aisladas...).
PAPEL DEL
RECEPTOR CELULAR:
o
La unión del virus a su receptor produce cambios
conformacionales que preparan la entrada del virión al interior celular (el
receptor NO es sólo un mero medio de aproximación del virus a la célula...).
o
La reactividad de mAb varía antes y después de la fijación
del virus al receptor...
o
En virus con envuelta, los cambios preparan la fusión de
membranas.
o
En virus sin envuelta, los cambios pueden implicar, incluso,
que proteínas virales salten a la membrana celular.
§
Picornavirus, Reovirus, pueden perder algunas proteínas después
de interaccionar con su receptor...
-
PAPEL DE LA PARTÍCULA VIRAL:
o
Protegen el material genético de las nucleasas después de
salir de la célula infectada.
o
Interaccionan con el receptor celular.
o
Por su diseño, promueven el paso del genoma viral al interior
celular.
-
MIMETISMO MOLECULAR:
o
Obviamente, los receptores celulares no están “creados”
para unir virus...
o
Los virus se han adaptado para fijarse a esas moléculas que,
normalmente, realizan funciones de unión a otro componente presente en la
superficie de otra célula.
o
El virus podría mimetizar al ligando natural.
o
Anticuerpos antiidiotípicos que reconocen la zona del virus
implicada en la unión al receptor, también interaccionan con el propio
receptor celular.
-
TROPISMO Y RANGO DE HUÉSPED:
o
Un virus en un organismo no infecta todas las células. Hay
tropismo por un tejido concreto. Esto suele estar determinado por la existencia
del receptor.
§
Poliovirus, infecta tracto digestivo (enterocitos) y,
posteriormente, pasan al torrente sanguíneo e infectan neuronas motoras.
§
El rango de huésped de poliovirus se reduce a primates.
§
Polio infecta células de ratón transfectadas con el plásmido
que exprese el receptor...
-
APLICACIONES:
o
Según Pasteur, la investigación fundamental se convierte en
aplicada en un periodo de tiempo más o menos largo...
o
Quimioterapia antiviral: El uso de receptores TRUNCADOS para
inhibir la infección viral o la elaboración de receptores HÍBRIDOS con una
zona de toxina unida a la parte del receptor capaz de unirse a la célula
infectada.
§
Con VIH, la molécula CD4 interacciona con gp120. Un receptor híbrido
con una toxina unida a CD4 se unirá a una célula que exprese en su superficie
la glicoproteína viral, matándolas selectívamente.
§
Algunas toxinas: Abrina, de plantas o la toxina diftérica...
o
La aplicación en humanos de receptores híbridos plantea una
serie de problemas: La respuesta inmune podría acabar inactivando al receptor híbrido.
Por otro lado, este receptor podría unirse al ligando fisiológico que tendría
que interaccionar con la célula, en lugar del virus, produciendo la muerte de
las células que porte dicho ligando...
o
Se puede aislar y caracterizar el receptor viral y convertir células
no susceptibles en susceptibles...
o
También se puede transgenizar un animal para convertirlo en
modelo de infección.
§
Ratones con el receptor de polio...
§
Ratones con el receptor de VIH, obviando el tener que utilizar
primates para el estudio...
- La entrada del virus se realiza atravesando una membrana biológica (algo no tan obvio...).
-
En el caso de virus Sin Envueltas lipídica, muchos de los
mecanismos son desconocidos...
-
MODOS DE ENTRADA:
o
Para ello dividiremos entre virus con cubierta y sin cubierta
lipídica y también entre entrada a través de la membrana plasmática o
mediante endosomas.
o
Los virus con envuelta lipídica pueden entrar por fusión
directa.
o
Virus desnudos pueden pasar mediante entrada directa.
o
Si la entrada es mediante endosomas, con o sin envuelta,
hablaremos de endocitosis mediada por receptor.
o
En cualquier caso, para liberar el material genético, un virus
tiene que atravesar SIEMPRE una membrana celular, bien la plasmática o la
endosomal...
-
FUSIÓN DIRECTA:
o
Fusión de la membrana viral con la plasmática.
o
El virus suele disponer de proteínas FUSOGÉNICAS.
o
Una vez unido el virus a su receptor, promueve cambios
conformacionales y dispara la actividad fusogénica de las glicoproteínas
virales destinadas a este fin.
o
La envuelta del virus se pierde y la nucleocápsida queda en el
citoplama celular.
§
Virus Sendai (paramixovirus), como prototipo, y su glicoproteína
F (fusión).
§
Virus VIH (casi siempre...).
-
ENTRADA DIRECTA:
o
Es un proceso difícil de comprender en términos moleculares.
o
Entrada observada mediante microscopía electrónica: Del
exterior, el virus pasa a localizarse, intacto, en el citoplasma, por debajo de
la membrana plasmática...
§
Reovirus
§
Poliovirus, entre otros...
-
ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR:
o
La gran mayoría de los virus utilizan esta puerta de entrada.
o
La endocitosis es un proceso que se realiza constantemente en células
animales para internar moléculas fijadas a su superficie.
o
Existen distintos tipos de rutas endocíticas que pueden ser
utilizadas por los virus...
o
El virus, fijado a su receptor, induce una invaginación de la
membrana celular, recubierta de CLATRINA (coated pit). Se forma un endosoma
recubierto de clatrina (coated vesicle).
o
En la membrana endosomal, una enzima bombea protones al
interior (protón-ATPasa vacuolar). El pH disminuye en el interior del endosoma.
o
Se pierde la cubierta de clatrina y el pH llega a un valor de
5, activándose la actividad FUSOGÉNICA de alguna glicoproteína de la envuelta
viral (si la tiene) liberándose la nucleocápsida.
o
Si el virus es desnudo, o bien la partícula viral entera o
bien el genoma pasa al citoplasma por un mecanismo no bien conocido. Otra opción
es que el virus LISE el endosoma...
-
En algunos casos, la glicoproteína fusogénica se sintetiza
como precursor, antes de hidrolizarse para realizar su función:
§
HA0 (de la gripe) que se hidroliza a HA1 más HA2.
§
Gp160 (VIH) que pasa a gp41 más gp120. La unión de la gp120 a
su receptor induce la fusión...
-
Existen DOS teorías sobre la entrada viral:
o
Por una parte, los cambios conformacionales de las proteínas
actuarían mecánicamente promoviendo la fusión.
o
Otro modelo apunta a una necesidad energética para la entrada.
Dicha energía proviene de los gradientes iónicos presentes en la membrana
celular.
DESCAPSIDACIÓN
- Muchas veces esta etapa solapa con la entrada.
- Virus con envuelta, la fusión de la membrana viral y celular implica la pérdida de la cubierta externa del virus. Comienza la descapsidación.
- Virus desnudos, pueden perder alguna proteína YA durante el proceso de entrada…
- La descapsidación es un proceso secuencial programado que termina con la liberación del genoma viral sólo o unido a determinados enzimas virales en el sitio adecuado.
- Dos tipos de descapsidación: Total (ácido nucléico viral sin proteínas unidas) y Parcial (genoma viral unido, generalmente, a enzimas encargadas de su procesamiento).
- Se desconocen muchos detalles moleculares. Horas más tarde se da el proceso inverso: Morfogénesis.
- Factores que conducen a la descapsidación son:
- Los cambios conformacionales que se producen con la fijación y entrada
- las condiciones iónicas intracelulares (en el interior existe una concentración menor de calcio y sodio y mayor de potasio que en el exterior celular)
- El paso a través de un endosoma acidificado (agentes quelantes y pequeños cambios de pH bloquean la descapsidación).
- Hay compuestos que bloquean la descapsidación (se estudia en rinovirus).
- Al mismo tiempo de la descapsidación, la partícula viral VIAJA por la célula hasta su destino final.
- En términos generales, si el ácido nucléico se localiza en el SITIO CELULAR ADECUADO, la descapsidación podría ser total:
- Para un genoma viral RNA+, su sitio es el citoplasma (picornavirus con RNA que actúa directamente como mRNA, libera TOTALMENTE el genoma en el citoplasma).
-
Poliomavirus, con dsDNA, liberan TOTALMENTE el genoma en el núcleo, que
es el sitio adecuado, pasando a unirse a histonas celulares…
-
Poxvirus liberan PARCIALMENTE su genoma dsDNA en el citoplasma (el virus
necesita proteínas propias para procesar este genoma).
-
Virus con RNA-, siempre tienen DESCAPSIDACIÓN PARCIAL, ya que no existe
en las células animales este tipo de material y no lo pueden procesar…
-
No obstante, algunos virus complejos, como HSV
sufren descapsidación PARCIAL a pesar de liberar su dsDNA en el núcleo
celular…
- Es la etapa más compleja y diversa para los diferentes virus animales.
- Es la etapa que lleva más tiempo dentro del ciclo lítico (horas ó incluso días, comparado con los minutos que puede durar la primera etapa…).
- Los virus, y sólo los virus, poseen una gran diversidad de genomas posibles…
- RNA (+ ó -, según la clasificación de Baltimore sobre coincidencia entre la secuencia del genoma y del mRNA), DNA (ss ó ds).
- La forma experimental de ver si el RNA es (+) ó (-) es mediante hibridación entre el genoma y el mRNA. Si hibrida, es RNA(-).
- Tanta diversidad de genomas, hacen pensar que la vida se originó a partir de formas de RNA (se ha descubierto RNA catalítico, ribozimas…).
- El DNA sería un “invento” posterior que daría estabilidad al genoma y mayor capacidad codificante (hasta 200 kb, en comparación con 7-20 de los RNA…).
- Hay gran DIVERSIDAD respecto al modo de EXPRESIÓN del genoma viral:
- Algunos virus lo hacen análogamente a como lo hacen células eucariotas (HSV, Adeno…). Otros son más complejos (Retrovirus, Hepadnavirus…).
- Una célula, NUNCA sintetiza RNA tomando como molde RNA…
- FASES:
- Se pueden distinguir diversas fases a lo largo del tiempo:
- Fenómenos anteriores a la replicación: Fase TEMPRANA.
- A partir de aquí: Fase TARDÍA.
- Las fases pueden subdividirse en el caso de virus complejos: Inmediatamente tempranas, tempranas, tempranas tardías, tardías tempranas…
- La expresión genética es secuencial: Un tipo de genes disparan otros:
- HSV: proteínas a disparan la expresión de los genes b que, a su vez, disparan los g e inhiben la síntesis de proteínas a. Las proteínas g inhiben la expresión de los genes b.
- En el otro extremo, poliovirus, sintetizan las mismas proteínas a lo largo de todo el ciclo.
- Normalmente, genes tempranos se expresan a bajo nivel, y estas proteínas suelen ser enzimas relacionadas con el metabolismo de los ácidos nucléicos y con interferencia con procesos celulares (shutoff, entre otros…).
- Genes tardíos, se expresan a más altos niveles, entre otras cosas, por aumentar los MOLDES sobre los que transcribir (en la fase temprana, sólo está el “input”).
- APLICACIONES:
- Estudios para comprender la evolución de la vida en nuestro planeta.
- Desarrollo de agentes antivirales contra nuevas dianas (la transcriptasa en reverso de retrovirus…) o contra dianas que difieren de las presente en la célula (TK de HSV y aciclovir…).
- Aplicaciones en biología molecular: Transcriptasa en reverso, RNApol de los fagos T7, etc.
- Morfogénesis o ensamblaje de nuevas partículas. Comienza cuando se alcanza la cantidad suficiente de los diferentes componentes.
- Normalmente, la morfogénesis solapa con la síntesis de proteínas tardías.
- Existe una gran diversidad de ensamblajes.
- En virus sencillos como picornavirus, se forman capsómeros sencillos que acaban por agruparse en partículas mayores reconocidas por el genoma para encapsidarse. Al parecer, los capsómeros se organizan EN TORNO al genoma.
- En la morfogénesis, es común la activación de proteasas:
- En picornavirus, la proteína VP0 se hidroliza a VP2 y VP4 en un proceso catalizado por el RNA viral. Esta hidrólisis provoca una profunda reorganización de las proteínas que encierran al genoma…
- En el caso de virus con envuelta, después de la encapsidación, la nucleocápsida interacciona con los dominios citoplasmáticos de las glicoproteínas dispuestas en membranas celulares en dominios concretos.
- Las morfogénesis se dividen en NUCLEARES Y CITOPLASMÁTICAS.
- Si la morfogénesis es nuclear, las proteínas virales, sintetizadas en el CITOPLASMA, viajan al núcleo debido a la existencia de señales de localización nuclear de las proteínas.
- Por otra parte, existen dos tipos de morfogénesis: ASISTIDAS ó NO ASISTIDAS:
- En la ASISTIDA, existen proteínas que actúan como organizadoras del ensamblaje, pero que luego NO forman parte de la partícula viral.
- En las NO asistidas, todos los componentes que participan acaban formando parte de la partícula viral.
- Virus con envuelta, la salida suele ser por GEMACIÓN.
- Virus desnudos, la salida suele ser por LISIS.
- La lisis celular es un proceso regulado desde la etapa tardía de la infección. Se ha propuesto la existencia de proteínas virales que desestabilizan las membranas celulares: viroporinas (L. Carrasco): La Vpu del VIH o la 6K de togavirus…