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Tropismo viral

En un principio se denomina tropismo tisular a la atracción altamente específica de un virus por un tejido específico del hospedador. En este caso, el tropismo se define como la afinidad del VIH por un correceptor específico en la superficie de las células que infecta (Villegas et al., 2004).

Durante la fase inicial de la infección, el VIH utiliza principalmente CCR5, mientras que el correceptor alternativo CXCR4 se utiliza más tarde en la infección cuando la enfermedad del SIDA va progresando en el individuo (Barmania y Pepper, 2013).

Este cambio fenotípico del tropismo viral se produce aproximadamente en un 50% de los individuos sintomáticos (Clapham y McKnight, 2001). Se debe a la modificación de unos pocos residuos en la gp120, tal como se ha demostrado en estudios in vitro. No obstante, estas modificaciones podrían ocurrir in vivo continuamente dada la alta tasa de error de la transcriptasa inversa (Chan et al., 1997).

Normalmente, el sitio de unión correceptor-gp120 no está completamente expuesto gracias a los bucles V1 y V2. Después de la unión de CD4 a la gp120 se produce la reorganización de dichos bucles y queda expuesto el sitio de unión al correceptor. Las mutaciones que confieren un fenotipo independiente de CD4 son precisamente aquellas que exponen desde un principio el sitio de unión al correceptor (Hoffman et al., 1999).

Diversos estudios han demostrado que el bucle V3 de la gp120 es determinante en el uso del correceptor y, por tanto, del tropismo viral (Hoffman y Doms, 1999). Los correceptores interactúan esencialmente con V3 que se compone de unos 35 aminoácidos (residuos 296-331) con un puente disulfuro entre residuos de cisteína en los extremos N y C-terminales (Masso y Vaisman, 2010) y posee una carga total positiva que varía de +2 a +10 (Cormier y Dragic, 2002).

Se han comparado distintas secuencias de V3 en VIH aislados que muestran la conservación de los segmentos N- y C-terminal así como la cresta con motivo GPG, en cuyos flancos se observa la variabilidad (Catasti et al., 1995). Esta cresta forma un giro beta y puede modular el uso del correceptor cuando se modifica su secuencia (Shimizu et al., 1999). La región flanqueante está formada por dos hebras antiparalelas de la β-lámina y es muy variable, de manera que puede alterar la superficie de acceso al correceptor y la estabilidad de la β-lámina (Catasti et al., 1995).

Modelo de conmutación del tropismo viral Las regiones implicadas en la interacción con el correceptor se encuentran en los bucles variables V1/V2, V3 y parte de la lámina puente (Clapham y McKnight, 2001). La región entre las bases de los bucles V1/V2 y V3 de la gp120 conserva aminoácidos que podrían representar un dominio de unión capaz de interactuar con múltiples receptores de quimiocinas. Se ha propuesto un modelo en el que CD4 induce el movimiento de los bucles V1/V2 y V3, lo que facilita una interacción inicial con un receptor de quimiocinas específico y la exposición de este sitio de unión conservado, que se requiere para que ocurra la fusión (Rizzuto et al., 1998).

Las regiones cargadas positivamente en el lazo V3 tienen una fuerte interacción con los glicoproteínas de la superficie celular y por consiguiente, la promoción de la unión entre Env y CD4 y, a continuación, al correceptor específico. Por esta razón, se ha realizado un modelo simple de conmutación del tropismo viral (Fig. 16) mediante la alteración de la secuencia de V3. Algunas sustituciones en esa secuencia se realizan para modificar el sitio de unión para un correceptor, al mismo tiempo que se crea un nuevo sitio de unión para el otro correceptor (Hartley et al., 2005).

En los virus de tropismo X4, los residuos Asp97, Asp171, Asp187 (ECL-2), Asp193 y Asp262 del correceptor son esenciales para la unión de ligandos para CXCR4. Estos residuos están involucrados en la unión de CXCR4 y confieren carga negativa, aunque cada virus X4 aislado utiliza un conjunto de aminoácidos ligeramente distinto con el fin de ampliar la entrada en células diana (Dragic, 2001). En consecuencia, el uso de CXCR4 se asocia frecuentemente al aumento de cargas positivas en V3 (Cormier y Dragic, 2002).

La supresión del extremo N-terminal de CXCR4 tiene poco efecto en algunas cepas X4. Sin embargo, el ECL-2 es crítico para apoyar la entrada del virus y que además, según las investigaciones de Brelot et al. (1999), las cepas X4 varían la actividad de su correceptor con distintos residuos en el ECL-2 (Clapham y McKnight, 2001).

Por el contrario, el dominio N-terminal de CCR5 está cargado negativamente gracias a residuos de tirosina sulfatados y aminoácidos ácidos (Clapham y McKnight, 2001) que son sustituidos por Tyr89, Gly163, Ser179, Gln188 y Asn258, respectivamente (Tan et al., 2013), para formar el sitio de unión al correceptor CCR5 incluso asociándose también específicamente con residuos de la región C4/V3 de gp120.

No obstante, este modelo de conmutación del tropismo viral es bastante simple, dado que no tiene en cuenta los virus de tropismo dual (R5X4) que pueden utilizar ambos correceptores. Otra posibilidad es que se preserve la capacidad de participar al correceptor CCR5, al mismo tiempo que el aumento de la carga positiva neta por algunas sustituciones crea el sitio de unión de CXCR4 (Doranz et al., 1996).

Determinación del tropismo viral en individuos

La capacidad para modificar los residuos en secuencias implicadas en la unión de los correceptores es un mecanismo del VIH muy importante en evasión inmune (Clapham y McKnight, 2001). Las diferencias en la secuencia de aminoácidos y la conformación de C4/V3 pueden ser responsables de la especificidad del correceptor e igualmente, determinantes del tropismo viral (Dragic, 2001).

La acumulación de mutaciones en la región de interacción entre el correceptor y el bucle V3 de gp120 se relaciona con un cambio en la afinidad al correceptor debido a cambios en la secuencia de aminoácidos en posiciones 11 y 25 y/o a cambios conformacionales de V3 (Masso y Vaisman, 2010).

El primer algoritmo propuesto para la interpretación del tropismo fue la regla 11/25. Se basa en los aminoácidos básicos presentes en las posiciones 11 y 25, tales como arginina (R) o lisina (K), que se asocian con un uso del correceptor CXCR4 (tropismo X4). Su ausencia en dichas posiciones se relaciona con el uso de CCR5 (tropismo R5) (Isaka et al., 1999).

Utilizando esta regla se obtiene una sensibilidad del 30-40% y una especificidad del 80-90%, para la cepa X4 del virus. Se ha propuesto una modificación de esta regla para mejorar la sensibilidad que consiste en incluir la observación de la posición 24, resultando entonces en tropismo X4 cuando exista un aminoácido básico en posiciones 11, 24 y/ó 25, y en caso contrario, R5 (Cardozo et al., 2007).

Otra interpretación viene dada por la regla de la carga neta, basada en el cálculo de la carga total neta del lazo V3 de gp120 según la fórmula: (K + R) - (D + E). Si el resultado es inferior a cinco, se supone un tropismo R5, y si es igual o superior a cinco, X4. Al igual que la regla 11/25, esta regla muestra baja sensibilidad y alta especificidad para distinguir tropismos X4 (Poveda et al, s/f). Finalmente, si se combinan ambas reglas para distinguir el tropismo en el individuo mejora la sensibilidad al 88-93% y la especificidad al 96-100% para el uso del correceptor CXCR4 (IVAMI, 2009).

Terapias y perspectivas

Las investigaciones ponen de manifiesto el conocimiento de las estructuras moleculares de diversas proteínas de manera que se puede predecir la función de dichas proteínas y, por consiguiente, estudiar posibles dianas terapéuticas para combatir enfermedades causadas por distintos agentes. Al mismo tiempo, se pueden desarrollar nuevas técnicas de resolución de estructuras para continuar ampliando el conocimiento estructural y funcional.

El conocimiento de la estructura y función de Env y sus ligandos es vital debido a que Env es la única proteína de la superficie viral que media la entrada en las células.

Desde hace muchos años se considera un objetivo importante el sitio de unión de CD4 para bloquear la infección por VIH. Sin embargo, la comprensión del tropismo viral y las estructuras de los correceptores proporcionan nuevos conocimientos que tienen un gran impacto en el desarrollo de vacunas y fármacos anti-VIH.

A fecha de junio de 2015, 15,8 millones de personas tenían acceso al tratamiento antirretroviral (ONUSIDA, 2016). La terapia antirretroviral (TARV) puede dificultar la reproducción del virus cuando el individuo ya ha sido infectado. Los medicamentos antirretrovirales (ARV) más utilizados son inhibidores de las distintas enzimas que contiene el VIH. Conviene destacar los inhibidores nucleósidos (NRTI, en inglés) para inhibir la transcriptasa inversa y consecuentemente, para reducir la replicación del genoma vírico. Los fármacos dirigidos a bloquear la enzima integrasa del VIH previenen la inserción del genoma viral en el genoma celular, y los inhibidores de la proteasa permiten bloquear la fragmentación de los precursores de las proteínas virales (IAPAC, 1998; GTT-VIH, s/f).

Hasta la fecha, los individuos positivos para el VIH que han recibido el tratamiento antirretroviral de gran actividad (HAART, en inglés), que combina distintos medicamentos ARV, presentan una reducción muy eficaz de la carga viral. No obstante, existe la necesidad de desarrollar fármacos alternativos para las variantes resistentes o para individuos susceptibles a dichos fármacos.

Actualmente se están diseñando inhibidores de entrada tales como IT1t y Maraviroc (ya comentados en secciones anteriores) dirigidos a bloquear la interacción de la gp120 con el correceptor correspondiente. Además, un objetivo excelente para la investigación de vacunas es la mutación CCR5Δ32, puesto que los individuos homocigotos son resistentes a la infección.

Por otra parte, se debe tener en cuenta la mejora en las técnicas que permiten la resolución de estructuras y con ello, el conocimiento del fundamento a escala molecular de la función de las proteínas para favorecer el avance en las investigaciones de vacunas y fármacos que finalmente supongan una mejoría en la salud pública mundial.

Conclusión Las glicoproteínas gp120 y gp41 de la envoltura del VIH son las principales encargadas de dirigir la infección viral y promover la enfermedad del SIDA. El conocimiento estructural de estas proteínas facilita también el conocimiento de su función, así como el desarrollo de líneas de actuación terapéutica.

Ambas glicoproteínas sufren cambios conformacionales drásticos, que median la entrada viral a la célula, inducidos por la unión de los distintos receptores y correceptores, los cuales también deben conocerse detalladamente para poder bloquear los mecanismos de infección por el VIH.

Se distingue un tropismo viral que es esencial para poder abordar distintas terapias adecuadas a cada individuo.

Las investigaciones deben proseguir en busca de mejoras para minimizar los efectos de la infección por VIH e incluso erradicar la enfermedad que produce.