Investigation
Los adenovirus ‘envejecen’ durante su entrada en la célula
Investigadores del Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) han descubierto que, en el adenovirus humano, el desensamblaje de la cápsida vírica está acelerado por un mecanismo de envejecimiento estructural que favorece el proceso infectivo.
Cuando el virus “envejece” durante su transporte hacia el núcleo, pierde los pentones a tiempo y el virus se abre para liberar su genoma en el poro nuclear (izquierda). Esto no ocurre cuando el virus tiene muchos pentones sin envejecimiento. Arriba a la derecha, se indica el tiempo que tarda en salir cada pentón de un virus bajo el golpeteo suave de la punta de AFM con una energía de 10 kBT / UAM-CNB
La infección de muchos virus implica la liberación en tiempo y forma de su genoma gracias al desensamblaje controlado de su cápsida vírica, la envoltura proteica que cubre el material genético del virus.
Ahora, un equipo multidisciplinar conformado por físicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y biólogos del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) ha descubierto que, en el adenovirus humano, este proceso está acelerado por un envejecimiento estructural que consigue desestabilizar las partículas víricas durante su viaje por la célula, para favorecer así la llegada de su genoma al núcleo celular.
Los resultados, publicados en Physical Review X, son fruto de una colaboración entre los grupos experimentales liderados por Pedro J. de Pablo y Carmen San Martín, y el grupo teórico dirigido por Rafael Delgado-Buscalioni.
Pérdida acelerada de pentones
Las cápsidas de muchos virus tienen forma de icosaedro, en el cual las proteínas que forman los vértices se denominan pentones. La liberación de estos pentones es clave en los pasos iniciales del proceso infectivo.
En particular, el adenovirus humano pierde sus pentones durante su transporte por el citosol celular gracias a los tirones de diversos motores moleculares, hasta que la partícula vírica semidestruida libera su genoma en el poro nuclear.
Los pentones controlan la estabilidad de los virus y su pérdida debilita la estructura de la cápsida. Los virus que retienen muchos pentones durante su transporte intracelular, aunque se garantizan un viaje seguro, pueden ver bloqueada la liberación de genoma. Por lo tanto, es crucial que el ritmo de pérdida de pentones sea lo suficientemente rápido para que el genoma pueda escapar del virus cuando este llega al poro nuclear.
En concreto, el trabajo explora la dinámica de la pérdida de pentones mediante experimentos con microscopia de fuerzas atómicas (AFM) y la correspondiente interpretación teórica con análisis estadístico de supervivencia (Weibull).
“Hemos encontrado un efecto cooperativo en la pérdida de pentones, tal que el escape de un pentón incrementa la probabilidad de pérdida del siguiente, aunque se encuentren alejados entre sí”, explican los autores.
“En consecuencia —agregan— el ritmo de pérdida de pentones se acelera durante el desensamblaje porque la probabilidad de que se vaya un pentón crece a medida que quedan menos vértices en la estructura del virus”.
Envejecimiento molecular nanométrico
Gracias al envejecimiento de la estructura, el ritmo de escape de los pentones es un 50% más rápido que en un proceso no cooperativo. Esto permite que los virus que llegan al núcleo celular sean suficientemente inestables como para poder liberar su genoma. En caso contrario, las partículas no se abrirían a tiempo y el genoma no podría salir, disminuyendo la capacidad infectiva del virus.
Los procesos de envejecimiento han sido descritos en ciencia de materiales, pero nunca se habían encontrado en ensamblados moleculares de tamaño nanométrico.
Como los pentones tienen un tamaño de 10 nm y están situados a 45 nm unos de otros, este efecto cooperativo es uno de los que ocurren a más larga distancia en ensamblajes de biomoléculas. Esto implica que este envejecimiento es independiente del entorno inmediato de las proteínas, y revela factores globales desconocidos que afectan a la estabilidad de la estructura vírica.
En el experimento se utilizó la punta de un AFM para golpear suavemente a partículas víricas individuales con baja energía (10 kBT). Este golpeteo imita los tirones de fuerza a los que un virus se ve sometido por diversos motores moleculares durante su viaje a través del citosol. Gracias a este golpeteo los pentones comienzan a escapar del virus, al igual que ocurre en la naturaleza.
“El ritmo de escape se ajusta al análisis de supervivencia, que permite encontrar el efecto cooperativo entre los pentones, es decir, que no se escapan de forma independiente unos de los otros, sino que ‘se ven’”, concluyen los autores.
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Referencia bibliográfica:
Martín-González, N., Ibáñez-Freire, P., Ortega-Esteban, A., Laguna-Castro, M., San Martín, C., Valbuena, A., Delgado-Buscalioni, R., de Pablo, P.J. 2021. Long-Range Cooperative Disassembly and Aging During Adenovirus Uncoating. Physical Review X 11, 021025.
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