SIntroducir su genoma en el núcleo es esencial para que el VIH infecte a su huésped, pero entrar en el centro de control de la célula no es tarea fácil. Las moléculas deben pasar a través de poros nucleares estrechamente regulados en la parte posterior de chaperonas de receptores especializados. La forma en que el voluminoso virus VIH-1 logra atravesar este portal ha desconcertado a los científicos durante décadas.
En un artículo publicado en Naturalezalos investigadores revelaron nueva evidencia en este misterio de larga data al informar que El VIH imita un mecanismo de transporte común utilizado por las células para transportar moléculas grandes hacia y desde el núcleo.1 Sus hallazgos demuestran cómo la cápside del VIH-1 dirige eficazmente el genoma viral al núcleo y proporciona nuevos objetivos para terapias antivirales.
“Esto había sido una caja negra durante mucho tiempo”, dijo Dirk Görlichbioquímico del Instituto Max Planck de Ciencias Multidisciplinarias y coautor del estudio.
Los complejos de poros nucleares (NPC), estructuras masivas de 100 megadaltones, supervisan las idas y venidas en el núcleo. Durante mucho tiempo, los científicos pensaron que el poro NPC tenía aproximadamente 40 nanómetros (nm) de ancho, un diámetro demasiado pequeño para acomodar la cápside del VIH-1 en forma de cono de 60 nm de ancho que envuelve el genoma viral. En cambio, razonaron que la voluminosa cápside viral debe desmontarse en el citoplasma, donde prepara el genoma viral para su transporte al núcleo. Sin embargo, en 2020, surgió evidencia que mostraba cápsides del VIH-1 intactas. dentro del núcleoponiendo en duda esta teoría.2 “Esto iba en cierto modo en contra del dogma de la época”, dijo Vinay Pathakvirólogo del Instituto Nacional del Cáncer que no participó en la investigación.
Casi al mismo tiempo, Thomas Schwartzbiólogo estructural del Instituto Tecnológico de Massachusetts y coautor del estudio, demostró que la arquitectura NPC era flexible y podría expandirse más allá de las 40 nm, potencialmente albergando cargas más grandes como el VIH-1.3 Luego otro equipo dirigido por el biofísico. Martín Beck en el Instituto Max Planck de Biofísica utilizó una técnica de imágenes tridimensionales de alta resolución llamada tomografía crioelectrónica para coger el VIH-1 en el acto de atravesar el NPC, que estaba abierto a unos 64 nm, lo suficientemente grande para la cápside viral.4
Estos estudios confirmaron que las cápsides intactas del VIH-1 atravesaron el NPC, pero no estaba claro cómo el virus logró esto mecánicamente. Görlich y Schwartz se unieron para responder a esta pregunta.
El NPC no es simplemente un agujero; en cambio, está lleno de proteínas de poros nucleares que crean un gel denso. Algunas de estas proteínas están intrínsecamente desordenadas, lo que significa que carecen de una estructura tridimensional fija y albergan segmentos de aminoácidos repetidos de fenilalanina y glicina conocidos como repeticiones FG.
Las repeticiones FG son elementos hidrófobos en un mar que de otro modo sería hidrófilo, y las interacciones de las proteínas con estas dos propiedades crean una barrera similar a un tamiz eso permite que moléculas pequeñas se difundan, pero requiere cargas más grandes para utilizar un enfoque diferente.5 Cualquier molécula de más de 40 kilodaltons necesita ayuda para romper la barrera FG y entrar en el núcleo. Las importinas (moléculas que transportan proteínas más grandes al núcleo) están decoradas con bolsas de unión que interactúan con las repeticiones FG de una manera que les permite difundirse rápidamente a través del NPC hasta el núcleo.
Görlich y Schwartz consideraron la posibilidad de que la cápside del VIH-1 pudiera viajar en una importina, pero la cápside por sí sola es más grande que las proteínas de transporte casi límite de tamaño de 40 nm.6 Schwartz comenzó a preguntarse por qué nadie había probado si la cápside, que los científicos habían demostrado previamente se une a repeticiones FG específicasen realidad tenía un perfil de unión de FG más amplio similar al de una importina.7 “Me pareció tan obvio que debería funcionar de esta manera”, dijo Schwartz.
Para probar esta hipótesis, recurrieron a un método desarrollado previamente por el equipo de Görlich para reconstituir la barrera de permeabilidad gelatinosa de NPC in vitro.8 Para ello, los dominios repetidos de FG se autoensamblan en una fase de FG que conserva características clave de un NPC, incluido el transporte basado en importinas. En el presente estudio, llenaron las cápsides del VIH-1 con proteínas fluorescentes y rastrearon sus movimientos a través de la barrera FG recapitulada. Los investigadores descubrieron que las cápsides apuntaban eficientemente a estructuras similares a NPC e interactuaban directamente con varios tipos de repeticiones FG. Imitando una importina, los fragmentos gigantes de la cápside del VIH-1 se fundieron dentro y a través de la barrera FG. Al mismo tiempo, la barrera excluyó otras macromoléculas mucho más pequeñas que no estaban vinculadas a la cápside.
“Esta es una obra maestra de la evolución”, dijo Görlich.
A continuación, los investigadores rastrearon las cápsides dentro de las células. Görlich y su equipo descubrieron que las cápsides del VIH-1 llenas de GFP se dirigieron eficazmente a los NPC humanos in vitro sin la ayuda de receptores de transporte celular. Además, las cápsides inyectadas en el citoplasma de los ovocitos de ratón atravesaron el NPC y entraron en el núcleo.
Pathak destacó la importancia de los hallazgos de Görlich y Schwartz. “Esto consolida en gran medida la idea de que los núcleos intactos llegan al núcleo”, dijo. “Esto se convertirá en un nuevo modelo de cómo se replica el VIH en las células infectadas”.
En el mismo número de Naturalezaun equipo de investigación de la Universidad de Nueva Gales del Sur dirigido por David Jacques publicado hallazgos similares.9 Demostraron que secciones de la cápside del VIH interactuaban con los dominios FG de una manera similar a las proteínas de transporte, lo que permitía a la cápside viral cruzar la barrera de permeabilidad de la NPC.
“Los dos artículos juntos presentan un argumento muy convincente”, dijo Pathak.
Schwartz también destacó la sinergia entre los dos estudios y dijo: “En combinación, creo que es muy poderoso. Tienes dos grupos que no se conocen entre sí, y ni siquiera usan los mismos ensayos y llegan a una conclusión superpuesta, digamos en un 90 por ciento”.
Los investigadores están considerando cómo pueden aprovechar esta etapa de replicación del VIH recientemente revelada para una intervención terapéutica. “Ese es un enfoque muy prometedor para agregar a los ya poderosos y potentes inhibidores del VIH que tenemos”, dijo Pathak. También señaló que tener un arsenal completo de armas antivirales es fundamental a medida que el virus desarrolla resistencia a los medicamentos.
“Es un nuevo elemento del ciclo de vida del VIH al que antes nadie abordaba terapéuticamente, y ahora tenemos un aspecto completamente nuevo de este ciclo de vida al que realmente podemos abordar”, afirmó Schwartz.
Referencias
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- Burdick RC, et al. El VIH-1 se revela en el núcleo cerca de los sitios de integración. Proc Natl Acad Sci Estados Unidos. 2020;117(10):5486-5493.
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