Los científicos de Salk descifran la estructura de la maquinaria del VIH

Los científicos de Salk descifran la estructura de la maquinaria del VIH

La terapia antiviral podría mejorarse con los detalles a nivel atómico recientemente descubiertos

LA JOLLA—Los científicos del Instituto Salk han resuelto la estructura atómica de una pieza clave de la maquinaria que permite que el VIH se integre en el ADN del huésped humano y se replique en el cuerpo, algo que ha eludido a los investigadores durante décadas. Los hallazgos que describen esta maquinaria, conocida como "intosoma", aparecen el 6 de enero de 2017 en Ciencia: y producir pistas estructurales que informen el desarrollo de nuevos VIH drogas.

"Estamos particularmente entusiasmados con la capacidad de comprender y combatir los mecanismos de resistencia viral", dice el autor principal del estudio. Dmitri Lyumkis, becario Helmsley-Salk en el Instituto Salk. “El VIH es un virus inteligente y ha aprendido a evadir incluso algunos de los mejores medicamentos del mercado. Comprender los mecanismos de escape viral y desarrollar fármacos de aplicación más amplia será una dirección importante en el futuro”.

Actualmente, una clase de medicamentos llamados inhibidores de la transferencia de la hebra de la integrasa (INSTI, por sus siglas en inglés) se dirigen al intasoma y ya están aprobados para tratar el VIH en los EE. UU. y Europa. A pesar de ser algunos de los mejores medicamentos disponibles, los científicos solo han obtenido una comprensión limitada del mecanismo de acción preciso de los INSTI y cómo el virus aumenta la resistencia, mediante la inferencia de estructuras de un retrovirus similar (llamado prototipo de virus espumoso o PFV) . Esto se debe a que el propio intasoma del VIH ha sido notoriamente difícil de estudiar a nivel atómico.

“Ahora tenemos el primer modelo nativo en el contexto del VIH para estudiar los mecanismos de los INSTI”, dice Lyumkis. Él y sus colaboradores ya están utilizando el descubrimiento para tratar de mejorar la capacidad de los INSTI para bloquear el virus, “y los investigadores de la industria probablemente harán lo mismo”, agrega.

Como retrovirus, el VIH inserta una copia de ADN de su genoma de ARN en el ADN del huésped usando el intasoma, que corta y pega el ADN viral usando enzimas llamadas integrasas. En 1994, los científicos determinaron la estructura de una pequeña parte de la enzima integrasa. Desde entonces, los biólogos han resuelto varias otras piezas de la integrasa del VIH, así como los intasomas de otros retrovirus. Pero toda la estructura del intasoma del VIH siguió siendo difícil de resolver utilizando técnicas convencionales.

En el nuevo estudio, Lyumkis y sus colegas utilizaron una técnica de imagen de vanguardia llamada microscopía crioelectrónica de una sola partícula (cryo-EM), que ha permitido cada vez más a los científicos obtener imágenes de moléculas grandes, complejas y dinámicas (consulte el desarrollo anterior de Lyumkis en esta área esta página). El equipo adjuntó una proteína específica para mejorar la capacidad del intasoma para disolverse en líquido y lo bañó en un líquido similar a un jarabe llamado glicerol, con mucha sal añadida para evitar que se aglutine. Estas son condiciones extremas para una muestra crio-EM, pero fueron necesarias en el caso del intasoma del VIH. Luego, basándose en nuevos avances técnicos en el campo, los científicos pusieron en marcha la máquina crio-EM para rociar aún más electrones en su muestra de lo habitual.

Todos los intrasomas retrovirales tienen componentes estructurales centrales que realizan la función de integración. El grupo notó algunas diferencias cuando compararon los núcleos de enzimas del VIH con los del PFV. "Aunque estas variaciones son menores, podrían ser un gran problema para el desarrollo de fármacos y para comprender los mecanismos de resistencia a los fármacos", dice el primer autor del estudio, Dario Passos, investigador asociado sénior en el laboratorio de Lyumkis.

Para sorpresa del grupo, los intrasomas del VIH también son más intrincados y complejos que otros retrovirus. Los científicos ya sabían que tenían un núcleo de cuatro partes, pero el nuevo estudio encuentra que los dentroomas del VIH tienen muchas más unidades, lo que llaman especies de "orden superior". La evidencia sugiere que las versiones más complejas del intasoma tienen el propósito de ayudar al VIH a integrarse dentro del genoma del huésped.

Lyumkis dice que la complejidad del intasoma del VIH sugiere cómo la naturaleza ha dado forma a su evolución a partir de retrovirus más simples, que son considerablemente más pequeños, pero aún usan las mismas piezas centrales de enzima. El VIH puede realizar funciones que sus parientes no pueden, como acceder al núcleo de la célula a través del transporte activo en lugar de tener que esperar a que la célula se divida. “El VIH es como el automóvil de lujo, mientras que otros retrovirus son los modelos económicos: ambos son automóviles, pero el interior del VIH contiene mejoras importantes para realizar diferentes trabajos”, agrega.

Con base en las diferentes estructuras presentes en las muestras, el equipo cree que el intestino del VIH podría tomar múltiples rutas para ensamblarse. "Eso es especulativo en este punto, pero es una posibilidad intrigante y se basaría en la creciente evidencia de que ciertas máquinas macromoleculares toman diferentes rutas para ensamblar el producto final", dice Lyumkis. (Otra gran máquina molecular llamada ribosoma también se ensambla de diferentes maneras, según un estudio crio-EM separado por su grupo.)

El estudio actual se centró en los intasomas después de que se ensamblan en el ADN del huésped, pero el trabajo futuro estudiará las estructuras antes de que lleguen al genoma del huésped y en el contexto de las drogas unidas. Con este fin, el grupo también está trabajando para aumentar la resolución de sus estructuras, de una resolución de ~4 Angstrom en el nuevo estudio a ~2 Angstrom, lo que les permitiría ver los enlaces químicos en las moléculas de agua, por ejemplo, lo que demuestra una visión crucial. para el descubrimiento y desarrollo de fármacos.

“Llevando la analogía del automóvil más allá, si realmente desea comprender cómo funciona el automóvil para modificar su rendimiento, no puede simplemente mirar un motor completo. Tienes que desarmarlo y profundizar en su interior para entenderlo realmente de adentro hacia afuera”, dice Lyumkis.

“Debemos hacer lo mismo con estas estructuras moleculares complejas para comprender mejor los virus y atacarlos”, agrega Passos.

Otros autores del estudio son Min Li, Renbin Yang, Rodolfo Ghirlando y Robert Craigie de la Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales en Bethesda, Maryland; Stephanie V. Rebensburg, Nikoloz Shkriabai y Mamuka Kvaratskhelia de La Universidad Estatal de Ohio en Columbus; y Youngmin Jeon de Salk.

La investigación fue apoyada por el Los Institutos Nacionales de Salud, la Leona M. y Harry B. Helmsley Charitable Trust, el Programa Intramural del Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas de los Institutos Nacionales de Salud, y por el Programa antiviral intramuros dirigido al SIDA de la Oficina del Director del NIH.