User:Carolina Castro Hernández/TFG/Parte1
From Proteopedia
1. Resumen / Abstract
Español
En este trabajo de revisión bibliográfica se expone la estructura y función de la glicoproteína gp120 del virus del SIDA. Para ello, se analizará la estructura tridimensional que condiciona la función que desempeña esta proteína. Asimismo, se estudia su interacción con otras moléculas tales como gp41, CD4, CCR5, CXCR4, que afectan a su acción.
La gp120 junto con la gp41 son las únicas glicoproteínas virales que median la interacción con la célula diana y, por tanto, la infección por el VIH, constituyendo así los objetivos principales para bloquear la infección.
Por otra parte, también se analiza la estructura y función de los ligandos relacionados en el proceso de entrada a la célula.
El conjunto de todas estas proteínas resulta en la formación de complejos que adquieren distintas conformaciones estructurales. Se describen los cambios más significativos a nivel conformacional y estructural de dichas moléculas permitiendo así indagar en el conocimiento estructural y funcional de las mismas y, por consiguiente, facilitar el diseño de nuevos fármacos y/o terapias que minimicen su acción.
También se describe el tropismo viral y sus consecuencias puesto que es fundamental para el desarrollo de terapias y fármacos en los distintos individuos. Finalmente, se comentan algunas terapias actuales y nuevas perspectivas para futuras investigaciones para combatir la enfermedad.
Palabras clave: gp120, gp41, VIH, SIDA, CD4, CCR5, mutación Δ32, CXCR4, tropismo.
English
This work reviews the structure and function of gp120 of the AIDS virus. In order to achieve this, the three-dimensional structure that determines the role of this protein is analyzed. Moreover, their interaction with other molecules that influence its action is studied, such as gp41, CD4, CCR5, CXCR4.
Gp120 and gp41 are the only viral glycoproteins that mediate interaction with the target cell and therefore HIV infection, constituting the main targets to block infection.
Additionally, the structure and function of the ligands involved in the process of entry into the cell are also analyzed.
The set of all these proteins results in the formation of complexes that take different structural conformations. The most significant conformational and structural changes of these molecules are examined, thus enabling to investigate the structural and functional knowledge of these changes and therefore facilitate the design of new drugs and therapies that minimize their action.
Viral tropism is also described and its consequences, since it is fundamental for therapies and drug development in different individuals. Finally, some current therapies and new perspectives for future research to combat the disease are discussed.
Keywords: gp120, gp41, HIV, AIDS, CD4, CCR5, Δ32 mutation, CXCR4, tropism.
2. Objetivos
- Conocer la estructura y función de la glicoproteína gp120, su interfase con gp41 y la conformación del complejo Env.
- Describir la estructura y función de los ligandos de gp120: CD4, CCR5 y CXCR4, así como las mutaciones implicadas en su reconocimiento e interacción.
- Definir el tropismo viral y sus consecuencias.
- Presentar las terapias actuales, y las perspectivas para futuras investigaciones.
3. Material y Métodos
- Consulta de bibliografía científica actual.
- Obtención de archivos en formato PDB de estructuras moleculares tridimensionales desde RCSB(Research Collaboratory for Structural Bioinformatics) y UniProt, y su posterior modificación para la presentación de figuras y modelos estructurales en este trabajo.
- Preparación de imágenes bidimensionales y modelos moleculares tridimensionales que facilitan el conocimiento estructural y espacial de las proteínas mediante la utilización de programas de visualización molecular: RasMol versión 2.7.5.2, Jmol versión 14.4.1, disponibles en: http://www.openrasmol.org y http://sourceforge.net/projects/jmol/, respectivamente.
4. Introducción
4.1 Enfermedad
La teoría más aceptada sobre los orígenes del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), causado por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), afirma que dicho virus deriva del virus de inmunodeficiencia en simios (VIS). Según los estudios, el VIS se transmitiría por primera vez a los seres humanos en África Central a principios del siglo XX (Faria et al., 2014).
El VIH es un gran problema en la salud pública a nivel mundial. Según datos de [[User:Carolina_Castro_Hernández/TFG/Parte5#onusida|ONUSIDA (2016)], a finales del año 2014 había más de 40 millones de personas infectadas, de las cuales entre 0,98 y 1,6 millones murieron a causa de enfermedades relacionadas con el SIDA. El área más afectada por el VIH se registra en África subsahariana, donde más de 25,8 millones de personas suponen casi el 70% del total mundial de nuevas infecciones, según la OMS (2016).
4.2 Virus
El virus de la inmunodeficiencia humana es un lentivirus, perteneciente a la familia de los retrovirus, cuyo mecanismo de actuación principal es infectar a las células del sistema inmune, causando así la inmunosupresión del paciente y, en consecuencia, ocasionando la muerte por enfermedades oportunistas (Hunt, 2010).
El virión del VIH presenta forma esférica con dimensiones aproximadamente de 100 a 150 nm (Merk y Subramaniam, 2013), constituido por una bicapa lipídica y una envoltura externa a ella, formada por las glicoproteínas gp120 y gp41, que forman la envoltura. En su interior se encuentra la nucleocápside icosaédrica que contiene el genoma viral, dos cadenas simples (+) de ARN, y dos copias de la enzima transcriptasa inversa, además de otras proteínas (Fig.1).
Las glicoproteínas de la envoltura del virus del SIDA están codificadas en el gen env. La expresión de este gen resulta en la síntesis de un precursor, la glicoproteína gp160, que es fragmentada por una proteasa para dar lugar a las glicoproteínas gp120 exterior, que media la adhesión a la célula diana, y gp41 transmembrana que media la fusión de las membranas viral y celular (Kwon et al., 2012).
Se distinguen dos tipos: VIH-1 y VIH-2, los cuales causan patologías clínicamente indistinguibles aunque se pueden diferenciar genética y antigénicamente. La pandemia global está causada por el VIH-1. Sin embargo, para el VIH-2 el tiempo de desarrollo del SIDA es mayor y está restringido al oeste de África (Hunt, 2010).
4.3 Infección
El virus del SIDA supone un problema para el sistema inmune, tanto innato como adquirido, del paciente puesto que no es capaz de controlar ni eliminar la infección. Los linfocitos T colaboradores (T Helper, en inglés) son infectados por el VIH, lo que lleva a la proliferación del virus y finalmente, a la muerte de la célula TH infectada.
El VIH utiliza diversos mecanismos para inhibir la expresión de MHC-I (complejo mayor de histocompatibilidad, en inglés) en la superficie de las células que infecta. La célula TH infectada no puede, por tanto, ser detectada por otras células del sistema inmune diseñadas para eliminar como por ejemplo los linfocitos T citotóxicos (Tc).
Las células asesinas naturales (células NK, Natural Killer, en inglés) del sistema inmune innato controlan el nivel de proteínas MHC-I en la superficie de otros tipos celulares. Su actividad destructora, mediante la inducción de apoptosis, se inhibe por altos niveles de MHC-I. Estas células NK destruyen selectivamente las células que expresan niveles bajos de MHC-I, incluyendo las células infectadas por virus, y algunas células cancerosas. Sin embargo, los virus han respondido a esta amenaza del sistema inmune innato mediante la adquisición de mecanismos que inhiben la apoptosis.
4.4 Mecanismo
Tras la infección por el virus se inicia el mecanismo de entrada a las células diana. A diferencia de los métodos de entrada de otros virus, el VIH requiere además del receptor, en este caso CD4, un receptor adicional (correceptor) (Kwon et al., 2012).
Las principales células a las que infecta el VIH son linfocitos TH, macrófagos y probablemente células dendríticas. Todas ellas presentan CD4, el cual sirve de receptor para la entrada del VIH a dichas células diana a través de su interacción con la glicoproteína 120 (gp120) de la envuelta viral, y receptores de quimiocinas celulares CCR5 y/o CXCR4 que actúan de correceptores (Merk y Subramaniam, 2013).
Éstos parecen ser los principales correceptores para las partículas virales del VIH, facilitando su entrada en las células. Los dominios N-terminal de CXCR4 y CCR5, que incluyen algunos residuos de tirosina sulfatados, están implicados en la unión de gp120 (Wu et al., 2010). Dependiendo del correceptor (CCR5, CXCR4 o ambos) que el virus esté utilizando, se distinguen cepas diferentes: R5, X4 y R5X4 o dual, respectivamente. Esto se denomina tropismo viral. Igualmente existe otro tropismo denominado mixto en el que el virus utiliza indistintamente cualquiera de los correceptores mencionados para infectar las células diana.
La unión de receptores y correceptores con su ligando induce cambios conformacionales en la estructura de la gp120 y produce también dichos cambios en la gp41. Finalmente, todo ello crea un conjunto estructural energéticamente estable que promueve la fusión de las membranas viral y celular, de manera que todos esos cambios conformacionales se traducen también en una alta resistencia del virus a la neutralización por anticuerpos, permitiendo así la evasión inmune e incluso a fármacos (Pancera et al., 2010).
Además de este mecanismo de evasión, el VIH está provisto de un blindado adicional para evitar el reconocimiento por anticuerpos debido a un escudo de 25-30 glicanos (formados principalmente por manosa) que se añadieron a las glicoproteínas gp120 y gp41 durante un proceso postraduccional (Pancera et al., 2014).
En lo que respecta a la variación genética, se han analizado las diferencias de residuos en casi 4000 secuencias de VIH. En torno al 50% de la superficie ha demostrado tener una variabilidad mayor de 10% (Pancera et al., 2014).
Por todos estos motivos, el virus del SIDA es tan difícil de erradicar y se continúa investigando la búsqueda de un remedio a esta enfermedad que tantas víctimas causa mundialmente.
