La traducción eucariota y su rol en patologías virales
1.- Introducción
La traducción es el proceso celular que deriva en la síntesis proteica a partir del RNA mensajero generado desde los genes, este proceso es complejo y ampliamente regulado, requiriendo un número importante de cofactores y complejos proteicos para llevarse a cabo. Los cambios celulares en la traducción son uno de los principales y más rápidos mecanismos de adaptación a cambios en el entorno y en el propio contexto celular, por lo que este mecanismo tiene una importancia transcendental en el funcionamiento normal de la célula (Cooper, 2000). Recientemente este proceso celular alcanzó una atención importante en el estudio de su regulación debido a la creciente evidencia de su rol en infecciones virales, junto con su relación a ciertas enfermedades genéticas.
Estas enfermedades genéticas son producidas por mutaciones que afectan el proceso de traducción y afectan aproximadamente a 200.000 personas en USA, correspondiente al 0.05% de la población. Es por este motivo que estas patologías son consideradas como enfermedades “raras” debido su bajo porcentaje de incidencia (Schepet, 2007), mientras que las enfermedades de origen viral poseen una alta incidencia a nivel mundial, y en consecuencia constituyen un mayor problema a nivel de salud pública. Un ejemplo de lo anterior, es la hepatitis viral crónica, la que según algunas estimaciones se encuentra presente en uno de cada 12 individuos a nivel mundial (Editorial, 2011).
La relación entre estas infecciones virales y la traducción se origina en su mecanismo infeccioso, en el cual se utiliza parte de la maquinaria traduccional del organismo hospedero, proliferando el virus en base a ella y generando un aumento en el número de partículas virales. Para que la infección sea exitosa, este patógeno intracelular debe ser capaz de captar esta maquinaria que en condiciones normales se encuentra asociado a mRNA endógeno. Lo que se logra mediante distintas estrategias, tales como modificación de cofactores que permiten al RNA viral tener una mayor afinidad por la maquinaria ribosomal que los mRNA del hospedero (Glaser, 2000).
Una aproximación común que se tiene en el tratamiento de estas infecciones virales es la identificación de epítopes conservados entre las distintas variantes de un mismo virus, que permiten al sistema inmune detectar al patógeno de haber existido una infección previa o una vacunación con el epítope en cuestión. Esta aproximación resulta problemática en virus con una alta variabilidad estructural entre cada una de sus cepas, por lo que se debe tomar una aproximación distinta. Una de ellas es el desarrollo de antivirales que alteren su interacción con la célula, lo que impide la expresión y proliferación de partículas virales. Determinar el efecto que tienen las infecciones virales sobre las células permitirá identificar posibles blancos terapéuticos que inhiban su actividad, para lo que primero se debe conocer cómo estos virus interactúan y alteran la maquinaria celular.
La información que se maneja de estas interacciones virales con las células es escasa y limitada a ciertos casos particulares. En este marco, la siguiente revisión de literatura tiene como objetivo recopilar, estudiar y evaluar modificaciones en el proceso de la traducción en el contexto de dos infecciones virales distintas de relevancia clínica, con el fin de dar herramientas para comprender lo que ocurre en estas patologías a nivel de síntesis proteica y a partir de ellas proponer alternativas en la búsqueda de nuevos antivirales. Para ello, se analizarán los resultados obtenidos de 6 estudios que evalúan el efecto de estas infecciones, para luego formular conclusiones en cuanto a los mecanismo de modificación traduccional que estos estudios sugieren, debido a que cada virus interactúa de forma diferente con la célula, se abordará cada uno de forma separada
Las publicaciones seleccionadas para esta revisión de literatura corresponden a investigaciones llevadas a cabo durante los últimos ocho años, y corresponden a estudios realizados sobre virus de relevancia clínica, los que en este caso particular corresponden al virus de inmunodeficiencia humana tipo 1 (HIV-1) y el virus de la hepatitis C (HCV).
2.-Desarrollo
2.1.-Virus de inmunodeficiencia humana 1 (HIV-1)
Estudios realizados por Monette y colaboradores identifican una interacción entre el RNA viral y la proteína hnRNP A1. esta última es una proteína endógena de células humanas que tiene un rol activo en el procesamiento de mRNA endógeno, los que participan en regulación del splicing, exporte nuclear, procesamiento de microRNA, estabilidad del mRNA e iniciación mediada por sitio interno de entrada ribosomal (IRES).
Monette y colaboradores demostraron que el virus HIV-1 imposibilita la re-entrada de hnRNP A1 hacia el núcleo desde el citoplasma, lo que genera una acumulacion citoplasmatica de esta proteina, además, determinaron que hnRNP A1 actúa como factor trans-activador del IRES de HIV-1, lo que facilita la asociación de maquinaria traduccional al RNA viral (Monette, 2009).
En otra investigación llevada a cabo por M. Vallejos y colaboradores, demuestran que se requieren componentes adicionales a los cofactores básicos de la traducción para que HIV-1 puede asociarse a la maquinaria traduccional, y que la presencia de estos componentes varía según el estado del ciclo celular en el que se encuentra; luego mediante un estudio de reactividad lograron determinar los sitio de unión de estos cofactores en el RNA viral (Vallejos, 2011). Posteriormente, en otra publicación realizada por el mismo laboratorio, se llevó a cabo un estudio de la estructura del IRES, y el efecto de distintas mutaciones en cada una de sus subestructuras. Aquí los investigadores determinaron que en general la estructuración del IRES es resistente a mutaciones, ya que este logra mantener su estructura y funcionalidad, pero identificaron dos sitios específicos que al ser mutados disminuyen la actividad del IRES de forma marcada (Carvajal, 2016).
Estos hallazgos identifican una vía de acción a partir de la que el RNA de HIV-1 logra facilitar su actividad traduccional, además de demostrar que una estructura de su IRES es esencial para un reclutamiento óptimo. A partir de esta información, se pueden buscar moléculas que desestabilicen esta estructura esencial o impidan la acumulación citoplasmática de hnRNP A1, ya que al atenuar o negar el efecto que produce el virus sobre la célula, puede impedir la traducción de partículas virales, las que actúan como un antiviral efectivo.
Una limitación de las publicaciones ligada a la metodología utilizada es que el tipo celular en los que se llevó a cabo el procedimiento, ya que el contexto celular (número y tipo de cofactores presentes en la célula) puede cambiar entre distintas líneas, por lo que los resultados pueden variar al utilizarse otras líneas celulares. En este caso particular se utilizaron células HeLa y de reticulocito de conejo, por lo que las conclusiones solo se aplican con certeza a estas líneas.
2.2.- Virus de hepatitis C (HCV)
En una investigación llevada a cabo por el laboratorio de virología molecular de la Pontificia Universidad Católica de Chile, se aislaron distintas variantes del HCV y se cuantificó su virulencia. Al caracterizar las cepas menos infectivas los investigadores se dieron cuenta que mutaciones en el sitio específico del RNA viral correspondiente al loop IIId producían una disminución significativa de su actividad. Y tras realizar un estudio de mutagénesis sitio-dirigido, confirmaron que incluso variaciones nucleotídicas en este sitio que no alteraban su conformación tridimensional lograban disminuir la actividad viral en la célula (Barria, 2009). En base a estos hallazgos se pudo confirmar que la secuencia en un IRES, y no solo su estructura, podía tener un efecto en su capacidad iniciadora de traducción.
Investigaciones posteriores realizadas en conjunto con el laboratorio de cristalografía y RNM biológica de la Universidad Descartes de París lograron determinar ,mediante estudios de reactividad nucleotídica y modelamiento del complejo IRES-Ribosoma, que el loop IIId identificado en el estudio anterior es esencial para que ocurran reajustes estructurales de la maquinaria ribosomal posteriores a su reclutamiento por IRES que permitan promover la traducción del RNA viral (Angulo, 2015).
En base a los resultados obtenidos en ambos estudios, se concluyó que el loop IIId en el RNA del virus de hepatitis C es determinante en la capacidad del IRES para iniciar el proceso productivo de proteínas virales. Estos estudios entregan información valiosa, ya que al tener este loop tanta importancia en el ciclo viral, presenta un blanco atractivo para el desarrollo de nuevos antivirales contra esta patología.
En estas investigaciones en particular se utilizó el IRES aislado, lo que puede considerarse una limitante, ya que existe la posibilidad que el resto del RNA viral tenga algún grado de influencia en la conformación del IRES, aunque esto no parece ser relevante, ya que el IRES aislado no mutante no perdió su capacidad de generar traducción proteica al realizarse los estudios.
3.- Conclusiones
En base a la información presentada, se puede concluir que las investigaciones mencionadas lograron identificar posibles blancos terapéuticos para el desarrollo de nuevos antivirales contra el VIH-1 y HCV a partir del análisis de la interacción viral con la maquinaria traduccional, proceso que es llevado a cabo durante el ciclo replicativo de estos patógenos intracelulares. Estos estudios son un antecedente en lo que podría ser una nueva forma de buscar tratamientos contra estos agentes patogénicos. Los que divergen del paradigma actual centrado en la generación de inmunidad adquirida contra este tipo de patologías mediante la búsqueda y exposición de epítopes conservados ante el sistema inmune del paciente, técnica que ha demostrado ser inefectiva en el tratamiento de virus con alta variabilidad capsidial.Según lo expuesto anteriormente, es necesario seguir investigando las variaciones causadas por distintos virus en la función traduccional de las células para así poder identificar posibles blancos terapéuticos que permitan tratar de forma más efectiva este tipo de enfermedades.
4.- Bibliografia
Caceres J.C., Contreras N., Angulo J., et.al. (2016) Polypyrimidine tract-binding protein binds to the 5’ untranslated region of the mouse mammary tumor virus mRNA and stimulates cap-independent translation initiation. The FEBS Journal 283(10), 1880-1901
Carvajal F., Vallejos M., Walters B., et al. (2016) Structural domains within the HIV-1 mRNA and the ribosomal protein S25 influence cap-independent translation initiation. The FEBS Journal 283(13), 2508-2527
Cooper G.M. (2000) Protein Synthesis, Processing and Regulation. En The cell: A molecular approach (2a Edición, Capítulo 7). Boston University, Editorial Sinauer Associates
Editorial (2011) Microbiology by numbers Nature Reviews: Microbiology (9), 628
Glaser W., Skern T. (2000) Extremely efficient cleavage of eIF4G by picornaviral proteinases L and 2A in vitro. FEBS letters 480(2-3), 151-155
Monette A. Ajamian L. López-Lastra M. Mouland Andrew J. (2009) Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) induces the cytoplasmic retention of heterogeneous nuclear ribonucleoprotein a1 by disrupting nuclear import. The journal of biological chemistry 284(45), 31350-31362
Schepet G.C., Van der Knaap M.S., Proud C.G. (2007) Translation matters: protein synthesis defects in inherited disease Nature Reviews: Genetics (9), 711-723
Vallejos M. Deforges J. Letelier A. et al (2011) Activity of the human immunodeficiency virus type 1 cell cycle-dependent internal ribosomal entry site is modulated by IRES trans-acting factors Nucleic Acids Research 39(14), 6186-6200
