Arquitectura de un virus del sida

Hace 30 años se descubrió el virus causante del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), desde entonces, con mucha investigación se han ido cristalizando y desvelando más y más sus secretos. Cómo, una partícula de unos 120nm puede poner en jaque a las células sistema inmune humano. Para averiguarlo hemos tenido que mirarlo desde todas las escalas que sabemos, desde su ínfimo tamaño a su ‘comportamiento’ macroscópico como epidemia.

Una de las formas de apreciar su grandeza es mirarlo desde cerca, desde una escala muy pequeña, la de los rayos x. Una perspectiva, la de la cristalografía, capaz de desvelar su compleja y delicada construcción. Veámoslo desde esta luz.

El virus VIH como las catedrales góticas tiene una arquitectura muy elaborada con distintos componentes cuya geometría preserva su integridad y le confiere su funcionalidad. Guardar un genoma, insertarlo en una célula, hacer muchísimas copias, ensamblarse y salir de la célula para volver a reconocer otra entrar en ella y vuelta a empezar. En un ciclo en el que va cambiando inexorablemente y configurando su magnífica estructura.

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El VIH es un miembro del género Lentivirus dentro de la familia Retroviridae. Su forma es aproximadamente esférica de unos 120 nm de diámetro. Su genoma se compone de dos hebras simples de ARN que codifica nueve genes virales. Una de estas proteínas p24 envuelve dicho genoma formando una cápside cónica con unas 2000 copias de esta. Dicha cápside se puede definir geométricamente como un “fullereno cónico” con una mayoría de hexámeros y en los vértices cerrando la estructura los pentámeros. A su vez esta cápside se protege con una matriz de forma esférica compuesta por múltiples copias de la proteína viral denominada p17 (gris y azul). Todo ello está encerrado por una membrana lipídica procedente de la membrana plasmática de la célula inmune en la que se genera (gris). En esta membra es donde se anclan las proteínas que utiliza el virus para entrar en una nueva célula como la proteína de fusión gp41 gp120 (rojo/naranja) que se une al receptor CD4 (azul) presentes en los linfocitos T. Esta interacción específica le permite reconocer y entrar en estas células linfocitarias. Otra proteína presente en la envuelta vírica del VIH procedente de la célula invadida es la CD55 (rosa).

Lo primero que encontramos es su fachada, una membrana lipídica proveniente de las células que infecta. Esta fachada está adornada de diferentes motivos algunos más ‘decorativos’ como las proteínas CD55 (rosa en la imagen) que son propias de las células linfocitarias donde entra y se multiplica. Precisamente para entrar en estas células dispone de otro motivo, esta vez propio. Un motivo, en forma de champiñón que sirve a la vez como reconocedor del receptor presente en las células del sistema inmune llamado CD4 y como proteína de fusión. Dicha molécula es a la vez capaz de desplegarse y replegarse de tal forma que provoca la fusión de la membrana viral con la membrana celular y por consiguiente la entrada del virus en la célula. Está formada por dos proteínas denominadas gp120(rojo/naranja), la caperuza y gp41 (rojo), el tallo. Son como las gárgolas.

Soportando esta membrana se encuentra una estructura esférica, la matriz, compuesta por una proteína llamada p17 o MA (gris y azul) que se asocia de tres en tres, como trímeros unos con otros para lograr la esfera. Forma el esqueleto de la catedral. Es una proteína muy importante en el proceso de gemación de los nuevos virus, envolviendo otra estructura denominada cápside. La cápside, a su vez, protege y encierra el genoma y también tiene una forma muy peculiar.

Múltiples copias (unas 2.000) de la proteína p24 se asocian para formar una cápside cónica. Ésta se puede definir geométricamente como un “fullereno cónico” con una mayoría de hexámeros, ésta proteína unida de seis en seis, y en los vértices cerrando, los pentámeros, unidas de cinco en cinco. Las cápsides icosaédricas de otros virus también son así, pero ésta disposición cónica, no sabemos si permite una diversidad estructural mayor o es un producto de la contingencia.

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El vértice de una cápside del virus del SIDA vista más de cerca. Observamos la misma proteína formando pentámeros rodeada de cinco exámeros configurando una preciosa estructura en forma de cónica que protege el genoma viral.

Estructura a estructura se ha logrado un conocimiento bastante aproximado de un ente cambiante y peligroso. Pero no por ello exento de una constancia que lo hace cognoscible y admirable. Este saber permite diseñar abordajes y estrategias para mermar su capacidad de copia e infección. Sabiendo que componentes posee como se ensablan y cómo funcionan puede que tengamos alguna posibilidad de combatirlo y puede que incluso usarlo en nuestro beneficio.

Genoma ~ 10,000 nucleótidos.
Dos copias de ARN de hebra simple con 9 genes que codifican 15 proteínas.
Como retrovirus posee una transcriptasa inversa que transcribe el genoma de ARN a ADN, posteriormente la
integrasa inserta la copia en el genoma de la célula infectada. El virus queda así latente hasta la señal de
replicación. Donde fabricará las proteínas y copias del genoma necesarias para crear nuevos viriones infectivos.

Esta entrada es una participación del blog Flagellum en la XXVII Edición del Carnaval de Biología cuyo blog anfitrión es La Aventura de la Ciencia.

Esta entrada es una participación de Flagellum en la Edición Inaugural del Festival de la Cristalografía que el gran Bernardo Herradón organiza en Educación química

Esta entrada es una participación de Flagellum en la XXX Edición del Carnaval de Química que acoge Activa tu neurona Edición Zinc.

REFERENCIAS:

G. Zhao, J. R. Perilla, E. L. Yufenyuy, X. Meng, B. Chen, J. Ning, J. Ahn, A. M. Groneborn, K. Schulten, C. Aiken & P. Zhang (2013) Mature HIV-1 capsid structure by cryo-electron microscopy and all-atom molecular dynamics. Nature 497, 643-646.

Crystal structures of the trimeric human immunodeficiency virus type 1 matrix protein: implications for membrane association and assembly. C P Hill, D Worthylake, D P Bancroft, A M Christensen, and W I Sundquist. Proc Natl Acad Sci U S A. 1996 April 2; 93(7): 3099–3104. PMCID: PMC39768

Structures of HIV-1 gp120 envelope glycoproteins from laboratory-adapted and primary isolates. Kwong PD, Wyatt R, Majeed S, Robinson J, Sweet RW, Sodroski J, Hendrickson WA. Structure. 2000 Dec 15;8(12):1329-39.

Three-dimensional solution structure of the 44 kDa ectodomain of SIV gp41. Michael Caffrey , Mengli Cai1, Joshua Kaufman , Stephen J. Stahl , Paul T. Wingfield , David G. Covell , Angela M. Gronenborn and G.Marius Clore. The EMBO Journal (1998) 17, 4572 – 4584 doi:10.1093/emboj/17.16.4572

2 comentarios en “Arquitectura de un virus del sida

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