Estructura del virus de la inmunodeficiencia humana.
El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) es un Lentivirus de la familia Retroviridae que se caracterizan por infectar a las células de forma latente y ser capaces de producir efectos citopáticos a corto plazo, induciendo enfermedades degenerativas crónicas mortales en sus huéspedes. En el hombre, se han aislado los subtipos VIH-1 y VIH-2, siendo el VIH-1 el más extendido y la causa del mayor número de afectados de síndrome de inmunodeficiencia adquirida (sida) [1].
La partícula viral del VIH es de aproximadamente 100 nm de diámetro, se compone de una envoltura lipídica y una nucleocápsida de forma cónica, en cuyo interior se encuentra el material genético y las enzimas necesarias para el ciclo viral [2].
La envoltura está formada por una bicapa fosfolipídica. Asociada a la bicapa hay dos glicoproteínas (gp) virales: gp120, proteína trimérica que sobresale hacia el exterior y permanece unida no covaléntemente a la proteína gp41 que se encuentra anclada a la bicapa lipídica por una región transmembrana. En la parte interna de la membrana se encuentra la proteína p17 (Figura 1).
Figura 1. Estructura del VIH-1 o Virus de la Inmunodeficiencia Humana. El virión consta de una envuelta lípido-proteica y una nucleocápsida de forma cónica.
La proteína de la cápsida p24 es el componente principal del núcleo, que recubre la nucleocápsida. Ésta contiene dos copias del genoma viral que están recubiertas por la proteína p9, una molécula de RNA transferente que actúa como cebador en la iniciación de las síntesis del DNA viral, la transcriptasa inversa, la proteasa y la proteína p6 [3].
El RNA viral tiene una longitud de 9.2 Kilobases y comprende las secuencias repetidas situadas en los extremos del genoma (Long Terminal Repeat ó LTR) y varios genes: a) reguladores (tat, rev, ref, vif, vpr y vpu) y b) para proteínas estructurales (gag, pol y env) (Figura 2).
Figura 2 Organización genómica de VIH.
El ciclo biológico del VIH se inicia con su entrada en la célula diana mediante la interacción entre la gp120 y la molécula CD4 presente las células T “colaboradores” y en células de estirpe mononuclear-fagocítica, lo que determina el tropismo viral por estos tipos celulares [4, 5]. Además se requiere la interacción del VIH con algún receptor de quimiocinas que actuaría también como correceptor del VIH, siendo los más conocidos CCR5 y CXCR4 [6].
La unión de CD4 a gp120 provocaría cambios conformacionales en la envuelta viral que permitirían la exposición del dominio de interacción de la gp120 con los receptores de quimiocinas CCR5 o CXCR4. La interacción con estos correceptores provocaría nuevos cambios conformacionales que expondrían el dominio N-terminal de la gp41, conduciendo a la fusión de membranas e internalización de la nucleocápsida viral y la desencapsidación del genoma viral [3] (Figura 3). Después de que la nucleocápsida penetra en la célula se produce la retrotranscripción de una de las hebras de RNA viral a DNA bicatenario. Este proceso lo lleva a cabo la enzima transcriptasa inversa [7], que es transportada en el propio virión. El DNA proviral es transportado al núcleo celular en un proceso en el que participan las proteínas virales p17 y Vpr [8], además de otros factores celulares que forman la maquinaria de importación al núcleo. Posteriormente el DNA proviral nuclear es integrado en el genoma por medio de la integrasa viral, aunque también se ha demostrado la presencia de DNA proviral no integrado que es susceptible de integración si la célula es activada [9].
Figura 3. Ciclo de infección del VIH.
El DNA proviral integrado puede seguir un comportamiento variable: permanecer latente, replicarse de forma controlada o experimentar una replicación masiva. La replicación viral es un proceso sometido a una regulación compleja y depende tanto de factores virales como celulares [10]. De esta manera, en células T CD4+ en reposo el genoma viral es retrotranscrito de forma incompleta, y no se produce la finalización de la retrotranscripción y la integración a menos que la célula sea activada [11], constituyendo un reservorio de DNA proviral no integrado susceptible de integración y replicación cuando la célula sea activada.
La replicación del VIH se inicia con la síntesis del RNA mensajero a partir del DNA proviral integrado. Esta activación transcripcional depende de factores celulares que interaccionan con las secuencias reguladoras localizadas en el LTR viral [12]. El mRNA se sintetiza en forma de un único transcrito que es transportado al citosol y procesado en transcritos de distintos tamaños, que utilizando la maquinaria celular dan lugar a la formación de las proteínas virales en un proceso en el que es necesaria la acción de la proteína viral rev [13].
El VIH utiliza el procesamiento alternativo de su transcrito de RNA completo para generar los diferentes RNA mensajeros que se requieren para la expresión de sus diferentes proteínas. Una vez procesadas las proteínas virales son modificadas después de la transducción antes del ensamblaje en lo que constituiría las partículas virales maduras [14]. La proteasa viral desempeña un papel central en este procesamiento al cortar proteolíticamente el precursor proteico p55 en las proteínas de la nucleocápsida p24, p17, p9 y p6. El ciclo infectivo termina con la salida de nuevos viriones por gemación [3].
Mediante el análisis de la carga viral (CV) y la aplicación de modelos matemáticos, se ha demostrado que en un sujeto infectado se producen diariamente del orden de 109 a 1010 partículas virales [15, 16]. Esto supone que la vida media de un virión es de 0,3 días y la de un linfocito infectado en el que el VIH replica activamente de 1,2 días. Globalmente se ha calculado que cada célula infectada produce entre 104 y 105 partículas virales (la mayoría defectivas). Estas cifras indican que el VIH tiene una cinética de replicación muy agresiva, y superior a la de otros lentivirus.
Durante la infección primaria un gran número de células son infectadas por el VIH alcanzándose una CV de 107 partículas/ml o superior, para disminuir cuando se desarrolla inmunidad virus específica. La estimación de la vida media de la fuente secundaria de viremia permite una estimación mínima del tiempo necesario para la eliminación del VIH con un régimen terapéutico capaz de inhibir la replicación del VIH completamente; tal estimación es de 2.3 a 3.1 años [17].
Estudios recientes han encontrado una población de células T CD4 de memoria en reposo con una infección latente que tienen una vida media de 43 meses [17, 18], que sumado a la evidencia de replicación viral persistente en individuos tratados con TARGA con valores de viremia plasmática por debajo de los límites de detección indican que las estimaciones de la duración de la TARGA requerida para la erradicación del VIH eran algo prematuras [17, 19].
Diversidad de la secuencia viral.
Los mecanismos responsables de la diversidad de la secuencia del VIH son [20]:
· La alta tasa de error de la RT viral al pasar de RNA a DNA viral.
· La rápida dinámica de replicación del VIH debido al gran número de generaciones virales que se suceden en un individuo infectado.
· Los factores del hospedador también pueden ejercer presión selectiva en la evolución de diversidad viral por medio de la respuesta celular y humoral.
El grado en el que las presiones selectivas manejan la evolución de la diversidad de la secuencia del VIH puede ser evaluado por el análisis de las mutaciones sinónimas. Si la diversificación viral se maneja por los esfuerzos por escapar de la respuesta inmune del hospedador o la presión de los fármacos antivirales, cualquier ventaja selectiva conseguida por un virus con una mutación particular tendrá un impacto fuerte en la generación siguiente de virus como un cambio en el correceptor utilizado [21, 22].
Las células T CD4+ y las células del linaje monocítico son los blancos principales del VIH, pero también infecta in vitro a una amplia gama de células primarias y líneas celulares que pueden o no expresar CD4 o correceptores del VIH [5, 23].
El tropismo viral viene determinado por la región variable (V3 loop) de la gp120 que también es determinante para el correceptor utilizado [24]. El tropismo celular del VIH se describe por la habilidad de los aislados virales para crecer in vitro en macrófagos (monocitotrópicos), células T (linfocitotrópicos) o en ambos tipos celulares [25]. (Tabla 1).
Características biológicas del VIH-1
| Tropismo Celular | Células a las que infecta |
Cinética Replicación |
Citopatogenicidad |
| Linfocitotrópicas |
CMSP, Células T Purificados |
Rápida |
Inductor Sincitios (CXCR4) |
| Monocitotrópicas | Macrófagos primarios | Lenta |
No Inductor Sincitios (CCR5) |
| Linfomonocitotrópico | Líneas celulares (CEM, MT-2, Jurkat, U-937,..) |
Alta Baja |
La proteína receptora de quimiocinas CXCR4, junto con CD4, se requiere para la fusión de virus linfocitotrópicos (Figura 4). El ligando natural para CXCR4 es el SDF-1 [26, 27]. El receptor de quimiocinas CCR-5 tiene como ligandos naturales a MIP-1a, MIP-1b y RANTES [28] y actúa de correceptor para virus monocitotrópico [29, 30]. También se han identificado a CCR1, CCR2b y CCR3 como potenciales correceptores de virus monocitotrópicos.
Figura 4. Correceptores del VIH.
En el análisis del tropismo del VIH durante la progresión de la enfermedad se han encontrado virus monocitotrópicos NSI /CCR-5 (NSI/R5) en la fase temprana y con la progresión de la misma, el espectro de la utilización de correceptores del VIH se amplió incluyendo CCR2b y CCR3, y finalmente virus linfocitotrópicos SI/CXCR4 (SI/X4) [31, 32].
Se han identificado individuos expuestos no infectados homocigotos para una delección de 32 pb en el gen CCR5 (CCR5-D32) que impide la expresión de dicho correceptor [33, 34]. Aunque la heterocigosis para CCR5-D32 no es protectora frente a la infección por el VIH, protege contra la progresión de la enfermedad y es frecuente encontrar individuos heterocigotos para CCR5-D32 entre los individuos no progresores a largo plazo [34, 35].
REFERENCIAS
1. Barre-Sinoussi F, Chermann JC, Rey F and et al. Isolation of a T-lymphotropic retrovirus from a patient at risk for acquired immune deficiency syndrome (AIDS). Science 1983;220:868-871
2. Levy JA. Pathogenesis of human immunodeficiency virus infection. Microbiol Rev 1993;57:183-289.
3. Frankel AD, Young JA. HIV-1: fifteen proteins and an RNA. Annu Rev Biochem 1998:1-25
4. Dalgleish AG, Beverly PC, Clapham PR, Crawford DH, Greaves MF and Weiss RA. The CD4(T4) antigen is an essential component of the receptor for the AIDS retrovirus. Nature 1984;312:763-767
5. Klatzmann D, Champagne E, Chamaret S and et al. lymphocyte T4 molecule behaves as receptor for human retrovirus LAV. Nature 1984;312:767-76856
6. Dragic T, Litwin V, Allaway G and et al. HIV-1 entry into CD4+ cells is mediated by the chemokine receptor CC-CKR-5. Nature 1996;381:667-673
7. Baltimore D. RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses. Nature 1970;226:1209-1211
8. Popov S, Rexach M, Zybarth G, et al. Viral protein R regulates nuclear import of the HIV-1 pre-integration complex. Embo J 1998;17:909-17
9. Burkrinsky MI, Stanwick TL, Dempsey MP and Stevenson M. Quiescent T lymphocytes as an inducible virus reservoir in HIV-1 infection. Science 1991:423-427
10. Nabel G, Baltimore D. An inducible transcription factor activates expresion of human immunodeficiency virus in T cells. Nature 1987:711-713
11. Zack JA, Arrigo SJ, Weitsman SR, Go AS, Haislip A and Chen IS. HIV-1 entry into quiescent primary lymphocytes: molecular analysis reveals a labile, latent viral structure. Cell 1990;61:213-22
12. Gaynor R. Cellular transcription factors involved in the regulation of HIV-1 gene expression. AIDS 1992;6:347-63
13. Chang DD, Sharp PA. Messenger RNA transport and HIV rev regulation. Science 1990;249:626
14. Henderson LE, Bowers MA, Sowder RC, et al. Gap proteins of the highly replicative MN strain of human immnunodeficiency virus type: 1 posttranslational modifications, proteplytic processings, and complete amino acid secuences. J Virol 1992;66:1856-1865
15. Ho DD, Neumann AU, Perelson AS, Chen W, Leonard JM and Markowitz M. Rapid turnover of plasma virions and CD4 lymphocytes in HIV-1 infection. Nature 1995;373:123-6
16. Perelson AS, Neumann AU, Markowitz M, Leonard JM and Ho DD. HIV-1 dynamics in vivo: virion clearance rate, infected cell life-span, and viral generation time. Science 1996;271:1592-4
17. Pierson T, McArthur J and Siliciano RF. Reservoirs for HIV-1: mechanisms for viral persistence in the presence of antiviral immune responses and antiretroviral therapy. Annu Rev Immunol 2000;18:665-708
18. Ramratnam B, Mittler JE, Zhang L, et al. The decay of the latent reservoir of replication-competent HIV-1 is inversely correlated with the extent of residual viral replication during prolonged anti-retroviral therapy. Nat Med 2000;6:82-5.
19. Finzi D, Hermankova M, Pierson T, et al. Identification of a reservoir for HIV-1 in patients on highly active antiretroviral therapy. J Gen Virol 1997;78:2871-82
20. Young B, Kuritzkes DR. Viral kinetics: implications for treatment. AIDS 1999;13:S11-7
21. McDonald RA, Mayers DL, Chung RC, et al. Evolution of human immunodeficiency virus type 1 env sequence variation in patients with diverse rates of disease progression and T-cell function. J Virol 1997;71:1871-9.
22. Shankarappa R, Margolick JB, Gange SJ, et al. Consistent viral evolutionary changes associated with the progression of human immunodeficiency virus type 1 infection. J Virol 1999;73:10489-502
23. Levy J, Shimabukuro J, McHugh T, Casavant C, Stites D and Oshiro L. AIDS-associated retroviruses (ARV) can productively infect other cells besides human T helper cells. Virology 1985;147:441-448
24. Hart TK, Truneh A and Bugelski PJ. Characterization of CD4-gp120 activation intermediates during human immunodeficiency virus type 1 syncytium formation. Science 1996;273:1797-8
25. Fenyo EM, Albert J and Asjo B. Replicative capacity, cytopathic effect and cell tropism of HIV. AIDS 1989;3:S97-100
26. Bleul C, Farzan M, Choe H, et al. The lymphocyte chemoattractant SDF-1 is a ligand for LESTR/fusin and blocks HIV-1 entry. Nature 1996;382:829-833
27. Oberlin E, Amara A, Bachelerie F, et al. The CXC chemokine SDF-1 is the ligand for LESTR/fusin and prevents infection by T-cell-line-adapted HIV-1. Nature 1996;382:833-5
28. Raport C, Gosling J, Schweickart V, Gray P and Charo I. Molecular cloning and functional characterization of a novel human CC chemokine receptor (CCR5) for RANTES, MIP-1beta, and MIP-1alpha. J Biol Chem 1996;271:17161-17166
29. Deng H, Liu R, Ellmeier W and et al. Identification of a major co-receptor for primary isolates of HIV-1. Nature 1996;381:661-666
30. Doranz B, Rucker J, Yi Y and et al. A dual-tropic primary HIV-1 isolate that uses fusin and the b-chemokine receptors CKR-5, CKR-3, and CKR-2b as fusion cofactors. Cell 1996;85:1149-1158
31. Richman DD, Bozzette SA. The impact of the syncytium-inducing phenotype of human immunodeficiency virus on disease progression. J Infect Dis 1994;169:968-74
32. Connor RI, Sheridan KE, Ceradini D, Choe S and Landau NR. Change in co-receptor use correlates with disease progression in HIV-1-infected individuals. J Exp Med 1997;185:621-628
33. Liu R, Paxton W, Choe S and et al. Homozygous defect in HIV-1 co-receptor accounts for resistance of some multiply-exposed individuals to HIV-1 infection. Cell 1996;86:367-377
34. Huang Y, Paxton W, Wolinsky S and et al. The role of a mutant CCR5 allele in HIV-1 transmission and disease progression. Nat Med 1996;2:1240-1243
35. Bleul C, Wu L, Hoxie J, Springer T and MacKay C. The HIV co-receptors CXCR4 and CCR5 are differentially expressed and regulated on human T lymphocytes. Proc Natl Acad Sci U S A 1997;94:1925-1930