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, lo que ha eludido a los investigadores durante décadas. Los hallazgos que describen esta maquinaria, conocida como "intasoma,"aparece el 6 de enero de 2017, en ciencia y brindan pistas estructurales que informan el desarrollo de nuevos medicamentos contra el VIH.
"Estamos particularmente entusiasmados con la capacidad de comprender y combatir los mecanismos de resistencia viral", dice el autor principal del estudio, Dmitry Lyumkis, becario Helmsley-Salk del Instituto Salk. "El VIH es un virus inteligente y ha aprendido a evadirincluso algunos de los mejores medicamentos del mercado. Comprender los mecanismos de escape viral y desarrollar medicamentos de aplicación más amplia será una dirección importante en el futuro ".
Actualmente, una clase de medicamentos llamados inhibidores de la transferencia de la cadena de integrasa INSTI se dirige 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 adquirido un conocimiento limitado de losmecanismo de acción preciso de los INSTI, y cómo el virus aumenta la resistencia, por la inferencia de estructuras de un retrovirus similar llamado virus espumoso prototipo o PFV. Esto se debe a que el intasoma del VIH en sí 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 utilizando el intasoma, que corta y pega el ADN viral utilizando enzimas llamadas integrasa. 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 seguía 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 partícula única crio-EM, que ha permitido cada vez más a los científicos obtener imágenes de moléculas grandes, complejas y dinámicas ver el desarrollo anterior de Lyumkis enEl equipo adjuntó una proteína específica para mejorar la capacidad del intasoma para disolverse en líquido y bañó el intasoma en un líquido similar a un jarabe llamado glicerol, con una gran cantidad de sal agregada para evitar que se aglutine. Estas son condiciones extremas para unmuestra crio-EM, pero eran necesarios 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 intasomas retrovirales tienen componentes estructurales centrales que realizan la función de integración. El grupo notó algunas diferencias cuando compararon los núcleos enzimáticos del VIH con los de PFV. "Aunque estas variaciones son menores, podrían ser un gran problema para el desarrollo de fármacos ypara comprender los mecanismos de la resistencia a los medicamentos ", dice el primer autor del estudio, Dario Passos, investigador asociado principal del laboratorio de Lyumkis.
Para sorpresa del grupo, los intasomas 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 intasomas del VIH tienen muchas más unidades, lo que llamanorden "especie. La evidencia sugiere que versiones más complejas del intasoma sirven para ayudar al VIH a integrarse dentro del genoma del huésped.
Lyumkis dice que la complejidad del intasoma del VIH insinúa 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 obtener accesoal 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 un automóvil de lujo, mientras que otros retrovirus son los modelos económicos; ambos son automóviles, pero el intasoma del VIH contiene mejoras importantes para hacer diferentespuestos de trabajo ", añade.
Basado en las diferentes estructuras presentes en las muestras, el equipo cree que el intasoma del VIH podría tomar múltiples rutas para el ensamblaje. "Eso es especulativo en este punto, pero es una posibilidad intrigante y se basaría en la creciente evidencia de que ciertas máquinas macromoleculares toman diferentesrutas para ensamblar el producto final ", dice Lyumkis. Otra gran máquina molecular llamada ribosoma también se ensambla de diferentes maneras, según un estudio de crio-EM independiente realizado 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 su aterrizaje en el genoma del huésped y en el contexto de los fármacos unidos. Con este fin, el grupo también está trabajando para impulsar elresolución de sus estructuras más alta, desde 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 comprensión 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. Debe desarmarlo y profundizar para comprenderlo realmentede adentro hacia afuera ", dice Lyumkis.
"Debemos hacer lo mismo con estas complejas estructuras moleculares para comprender mejor los virus y atacarlos", agrega Passos.
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Materiales proporcionados por Instituto Salk . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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