APOBEC3: mecanismo de resistencia innata a la infección por el VIH-1

APOBEC3: mecanismo de resistencia innata a la infección por el VIH-1

Deaminasas celulares y la familia APOBEC

Las deaminasas celulares son un gran grupo de proteínas que participan en diversos procesos metabólicos relacionados directamente con los nucleótidos. Estas enzimas reconocen y modifican ADN/ARN híbridos, o ADN de cadena sencilla y son capaces de editar tanto ADN como ARN, afectando diversas funciones fisiológicas celulares.

Las ediciones más frecuentes son de Adenina a Inosina (A→I) o de citosina a uracilo (C→U), alterando la capacidad codificante del mARN.

Las deaminasas celulares de Citosina editan este nucleótido a Uracilos en ADN/ARN extraños, lo cual actúa como un sistema de defensa innato de las células. Es decir, durante el proceso de la transcripción, los nuevos transcriptos en presencia de APOBEC (del inglés apolipoprotein B mARN editing enzyme catalytic) presentan diversas mutaciones. Sólo se ha descrito en vertebrados.

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Los integrantes de esta familia se caracterizan porque presentan un dominio catalítico, el cual contiene un dominio de unión a cinc, con una secuencia consenso His-X-Glu-X23-28-Pro-Cys-X2-4 (La X representa un aminoácido cualquiera).

La APOBEC1 fue la primera en ser descrita. Es expresada en enterocitos y está implicada en el metabolismo de lípidos al detener prematuramente la síntesis de Apoliproteína B. Simultáneamente, también se describieron las deaminasas inducidas por activación (AID), presentes exclusivamente en los linfocitos B. Estas AID cumplen un papel importante en la inmunidad adaptativa, ya que su función es fundamental para la diversificación de inmunoglobulinas dependientes antígenos; es decir, para dar origen a anticuerpos con alta afinidad.

APOBEC3

La familia APOBEC3 (del inglés apolipoprotein B mARN editing enzyme, catalytic polypeptide-like 3) de citidina deaminasas es considerada parte del sistema de defensa innato del hospedador e incluye varias proteínas (producto de igual número de genes en cromosoma 22) con la capacidad de editar ADN vírico introduciendo cambios C→U.

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La secuencia consenso His-X-Glu-X23-28-Pro-Cys-X2-4, que representa un sitio activo deaminasa citidina (CDA), está presente en todos los miembros de la familia APOBEC3, pero hA3B, hA3C, hA3F y hA3G en lugar de uno, presentan dos sitios CDA, y se ha sugerido que son los que confieren a esas cuatro proteínas, su capacidad antiviral.

Hasta el momento se conoce que APOBEC3G se expresa en linfocitos T, macrófagos, células dendríticas mieloides, y células dendríticas plasmacitoides. Todas ellas expresan el receptor CD4 y por ende son susceptibles a la infección por VIH-1.

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Sus miembros han sido intensamente estudiados respecto de su habilidad para restringir la replicación de VIH-1. Estas proteínas pueden ser incorporadas en los viriones y actuar editando la hebra negativa del ADN viral durante etapas previas a la integración. El resultado de este proceso se manifiesta como transiciones G→A en la secuencia codificante del virus.

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Las proteínas APOBEC3 podrían también interferir con la replicación de VIH-1 mediante mecanismos que no requieren de la deaminación, como lo sería la inhibición de la transcripción reversa. El grado de edición sufrido por un genoma puede no superar el nivel subletal, sin que el potencial replicativo del VIH-1 se vea limitado, pero se alcanza también el extremo en que la carga de cambios G→A origina una forma inviable. Este último caso de edición severa se denomina “hipermutación”, fenómeno con claro efecto antiviral que propicia la acumulación de provirus dañados por una mutagénesis letal. Así, los genomas de VIH-1 hipermutados quedarán arcVIHados como formas integradas y muy difícilmente podrán ser detectados como virus libres.

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Sistema Vif – APOBEC3

Como casi todos los lentivirus, VIH-1 presenta entre sus genes accesorios al denominado gen vif (siglas en inglés para factor de infectividad viral). Se ha demostrado que su producto, la proteína Vif, jugaría un rol clave para la replicación del virus al limitar la acción antiviral de los factores celulares de restricción APOBEC3.

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Vif es requerida para la replicación del virus en células CD4+ como linfocitos T y macrófagos. El gen vif de VIH-1 desempeña un rol contraofensivo ante la acción APOBEC3. Su producto, la proteína Vif, recluta un complejo E3 ubiquitina (Ub) ligasa conformado por Culina5 (Cul5), ElonguinaB (EloB), ElonguinaC (EloC) y Rbx2, reconociendo al mismo tiempo a las moléculas APOBEC3 para determinar su degradación por la vía proteasómica.

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La consecuente reducción del nivel intracelular de las proteínas APOBEC3 evitaría su entrada en los viriones.

En células infectadas las proteínas APOBEC3 pueden incorporarse en las partículas virales en formación, lo cual resulta en virus libres cargando con estas moléculas en su interior. Los factores APOBEC3 actuarán en nuevas células blanco inhibiendo el proceso de retrotranscripción y/o editando genomas virales (algunos de los cuales se degradarían) antes de su integración como provirus (a). La actividad de Vif, al reclutar un complejo ubiquitin ligasa, determina un descenso en los niveles de APOBEC3 que dificultaría su ingreso a los viriones. De esta manera, VIH-1 completaría su ciclo de replicación evadiendo la acción de los factores de restricción (b).

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Sin embargo, aunque la protección por parte de Vif de los genomas de VIH-1 es clave para la infectividad del virus, ésta puede exhibir importantes variaciones en su eficiencia. Dependiendo de cuán intensa sea la actividad APOBEC3 impuesta por el hospedador, la barrera defensiva erigida por Vif puede presentar brechas.

Otras funciones de Vif son:

– Vif se une con el precursor Gag, la proteasa viral y también el ARN genómico del virus mediante una compleja interacción, y Vif es reclutado en la partícula viral donde tendría la capacidad de modular su maduración e interferir con el empaquetamiento de las proteínas APOBEC3.

– Vif podría también inhibir la traducción de APOBEC3G uniéndose a su ARN mensajero.

Vif sería un componente integral del complejo de transcripción reversa, en el que podría estimular la actividad polimerasa al trabajar como un cofactor de la retrotranscriptasa.

– Vif podría alterar el ciclo celular e inducir citopaticidad en las células infectadas, reorganizar el citoesqueleto y también interferir con la respuesta antiviral por dirigir al factor regulatorio de interferón 3 (siglas en inglés IRF3) a su degradación.

Susceptibilidad a la actividad APOBEC3 en distintas regiones genómicas de VIH-1

La proteína APOBEC3G deamina preferentemente la segunda C en un dinucleótido CC, lo cual se manifiesta como un cambio GG→AG sobre la hebra positiva del virus.

La proteína APOBEC3F (y también APOBEC3H) actúa editando el dinucleótido TC, apreciándose entonces una mutación GA→AA en la secuencia codificante de VIH-1.

Al mismo tiempo, la susceptibilidad a la edición mediada por APOBEC3 no es regular a lo largo de todo el genoma de VIH-1, sino la probabilidad de mutación G→A cambia en función de la distancia entre el sitio pasible de ser editado y los denominados tractos de polipurina (siglas en inglés PPT). Los tractos de polipurina son secuencias cortas, compuestas por A+G, cuya presencia en el ARN genómico de los retrovirus es necesaria para completar la formación del ADN doble cadena a integrarse como provirus.

Dos PPT de unos 16 pb están presentes en VIH-1.

– En la parte central del genoma, específicamente en la zona codificante para la integrasa (IN) dentro del gen pol, denominándoselo tracto central de polipurina (cPPT). – En el extremo 3´ del genoma, sobre el gen nef (3´PPT). Luego de que la hebra negativa de ADN ha sido generada por retrotranscripción, se produce la degradación del ARN genómico viral.

Sin embargo, segmentos correspondientes a ambos PPT persisten como remanentes en el genoma del VIH-1 y actúan de primers para la síntesis de la hebra positiva de ADN.

Durante la retrotranscripción habrá extensiones de la hebra negativa de ADN que permanecerán en estado de simple cadena y estarán expuestas a la actividad citidina deaminasa (C→U) de los factores APOBEC3. Las huellas de esta acción se verán finalmente como cambios G→A en la secuencia complementaria.

Por lo tanto, dada la cinética de síntesis de la hebra de ADN positiva a partir de los PPT, las regiones adyacentes a estos elementos hacia 5´ son máximas para la probabilidad de edición por permanecer mayor cantidad de tiempo como simple cadena.

Contrariamente, las regiones contiguas a los PPT hacia 3´ constituirán mínimos para la probabilidad de edición por ser las que más tempranamente se toARNn ADN doble cadena

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Relevancia clínica de APOBEC3

La presencia de formas hipermutadas en una fracción importante de la población proviral parece vincularse con una progresión más lenta de la enfermedad.

En cambio, no está claro cuál sería la relevancia de fracciones minoritarias de genomas hipermutados, más aun teniendo en cuenta que virus hipermutados podrían ser rescatados de casi todos los individuos infectados. Estos niveles subletales de edición pueden constituir una fuente de variabilidad adicional, influyendo sobre la evolución de VIH-1 por contribuir a su diversificación y propiciar así la aparición de variantes de escape al sistema inmune o drogas antirretrovirales.

Estudios in vivo muestran una controversia sobre la actividad antiviral de APOBEC3G. Hay informes de la existencia de un polimorfismo (R186H) en la APOBEC3G (un cambio A→G en el exón 4, rs8177832) que se ha asociado con una rápida progresión a SIDA en adultos infectados de ascendencia africana pero no en aquellos de ascendencia europea. Además, el SNP APOBEC3G C40693T (un cambio en el intrón 4, rs17496018) ha sido asociado con un riesgo de infección incrementado en una cohorte de adultos caucásicos, aunque su impacto sobre la progresión de la enfermedad no ha sido evaluado.

Además, en células T CD4+ de pacientes infectados, la APOBEC3G se encuentra activa en células T CD4+ no activas (no infectadas). Por otro lado, en las células CD4+ activadas (en las cuales se da una alta replicación del virus) APOBEC3G se encuentra en estado inactivo. Igualmente se ha demostrado que en los pacientes VIH-1 (+) con una mayor transcripción (mARN) del gen de la APOBEC3G, presentan menor carga viral; sugiriendo que posiblemente existe una correlación entre el contenido de la proteína y la multiplicación del virus.

Los individuos individuos expuestos seronegativos (individuos que han estado en contacto con el VIH-1, pero no son infectados) presentan un aumento en los niveles de APOBEC3G.

Relevancia clínica de vif

La variabilidad de vif de VIH-1 ha sido estudiada en relación a la tasa de progresión de la enfermedad, fundamentalmente en la búsqueda de alteraciones génicas determinantes de una atenuación viral en casos que exhiben una enfermedad de curso lento.

Se han relacionado deleciones groseras, inserciones y diferentes sustituciones en el gen vif con un desarrollo lento de la enfermedad, aunque la importancia precisa de mutaciones en vif para el status clínico permanece sin ser clara.

Además, diversos trabajos han tratado de conectar el nivel de edición en VIH-1 con variantes genéticas de APOBEC3 y/o vif, pero en su mayoría han arrojado sólo asociaciones débiles y no concluyentes.

 

REFERENCIAS

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