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TEMAS
Revelando el mecanismo de transferencia del VIH entre células mediante visualización tridimensional.
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Fecha de Publicación: 15-11-2010 Última actualización : 15-11-2010
Resumen
Un trabajo reciente ha logrado dilucidar la arquitectura tridimensional a escala nanométrica de las sinapsis virológicas que se forman entre DC previamente puestas en contacto con VIH y células T CD4, permitiéndoles generar un modelo de transferencia del VIH de célula a célula que podría tener implicaciones importantes en el diseño de nuevas terapias.
Concepto
Estructura de la transcriptasa inversa de VIH unida a ADN

Para su multiplicación y transmisión, los virus requieren la maquinaria de la célula que infectan, y por lo tanto, han desarrollado diversos mecanismos para entrar, multiplicarse y salir de dicha célula. Muchos de estos mecanismos son conocidos desde hace tiempo, aunque todos tienen en común la necesidad de un receptor celular para el evento de entrada. El modelo clásico de infección viral, utilizado de hecho por muchos virus, comienza con partículas virales libres difundiendo libremente en el medio que utilizan para infectar. En este modelo de fase fluida, los virus encuentran células que muestran el receptor específico para ellos en su superficie, se unen a ellas y penetran en su interior comenzando así su ciclo infectivo. El ciclo finaliza con la salida de nuevas partículas virales fabricadas con la maquinaria celular que, de nuevo en forma libre, buscarán otras células diana en las que reiniciar el ciclo.

 Sin embargo, algunos virus han desarrollado formas más complejas de transferencia viral con el fin de asegurar la especificidad de la infección y de aumentar su eficiencia. Dichas formas de transferencia se basan fundamentalmente en el contacto entre células. La transferencia viral de célula a célula presenta ventajas con respecto a la difusión en fase fluida. Mediante este tipo de mecanismo, la célula infectada se convierte en un medio de transporte conveniente para el virus, que de esta forma puede sortear las inevitables barreras defensivas inespecíficas del organismo a la vez que es llevado directamente a otras células que infectar. Esta forma de infección también elimina el problema de eficiencia que implica buscar y encontrar al azar nuevas células diana. Además, en muchos casos el contacto entre células produce un reclutamiento de receptores virales en la zona de contacto, produciendo un entorno tremendamente eficiente para la infección del virus a la vez que lo protege de los mecanismos de defensa del organismo infectado.

La transferencia viral de célula a célula depende en general de tres condiciones: de la proximidad de la célula diana, de si dicha célula está polarizada intrínsecamente (lo que determinaría la vía de transferencia) y  finalmente, de la existencia de receptores virales en el espacio intercelular. El VIH representa un caso concreto de mecanismo de transferencia de célula a célula, en el cual el virus induce la polarización de las células del sistema inmune que es capaz de infectar, permitiendo que tanto el ensamblaje del virus como la dispersión a la célula no infectada estén dirigidos específicamente.

En el caso del VIH, los contactos toman la forma de estructuras específicas, denominadas sinapsis virológicas. En estas sinapsis se produce un contacto íntimo y muy próximo entre la célula que porta el virus y la célula a infectar. Estas sinapsis han sido descritas también para otros virus. En el ejemplo del VIH se producen en los contactos que ocurren entre las células dendríticas (DC) y los linfocitos T CD4 en los órganos linfoides primarios. Mientras que las DC son células presentadoras de antígenos en la respuesta inmune adaptativa, los linfocitos T CD4 son uno de los tipos de célula efectora de esa respuesta, a la vez que constituyen la célula diana natural del VIH.

Un trabajo reciente ha logrado dilucidar la arquitectura tridimensional a escala nanométrica de las sinapsis virológicas que se forman entre DC previamente puestas en contacto con VIH y células T CD4. Para ello, los investigadores han hecho uso de varias tecnologías de visualización. En primer lugar, han utilizado microscopía de fluorescencia STED de las sinapsis virológicas. Esta tecnología permite la obtención de imágenes más allá del límite de difracción en comparación con la fluorescencia confocal común. Además han utilizado dos técnicas emergentes de microscopía electrónica en tres dimensiones. La primera de estas técnicas, denominada microscopía electrónica de barrido con abrasión iónica (IA-SEM, según sus siglas en inglés) se basa en la realización de cortes seriados de la muestra de estudio de un grosor aproximado de 20 nm, utilizando para ello un rayo iónico. Cada superficie generada es analizada utilizando  microscopía electrónica de barrido tradicional. Posteriormente, un software informático apila las imágenes resultantes, generando una imagen tridimensional de gran resolución de la muestra analizada.

La otra técnica basada en microscopía electrónica en este estudio es la tomografía electrónica, que utiliza pases de un rayo de electrones por la muestra de análisis, incrementando en cada pase el ángulo de rotación del rayo respecto al centro de la muestra. Se consiguen así imágenes tridimensionales con resoluciones que van desde los 5 a los 20 nm, lo que en la práctica permite observar estructuras macromoleculares a nivel subcelular.

Las imágenes obtenidas han permitido al equipo autor del trabajo la generación de un modelo de transferencia del VIH desde las DC a las T CD4 en el entorno de la sinapsis virológica. Los experimentos con IA-SEM han revelado la existencia de extensiones de la membrana de las DC en forma de grandes láminas. Estas extensiones formarían parte de la función fisiológica de búsqueda y captura de antígenos por parte de las DC. Los mismos experimentos de IA-SEM han puesto de manifiesto que estas extensiones envuelven casi totalmente a los linfocitos T CD4 próximos, a la vez que presumiblemente atrapan los contenidos del medio acuoso circundante (incluyendo partículas del VIH si existen) en compartimentos que son esencialmente invaginaciones de la membrana. Las sinapsis virológicas se forman entonces en este entorno cerrado.

A partir de aquí, las proteínas del citoesqueleto de ambos tipos celulares juegan un papel crucial. Esta importancia del citoesqueleto ha sido revelada mediante el uso de marcadores  específicos en combinación con la microscopía STED, que ha puesto de manifiesto la colocalización de los viriones con la distribución de la actina en las células DC.

La formación de las sinapsis entre las dendríticas y las células T provocaría la polarización dependiente de actina de las partículas de VIH hacia la zona de contacto con la célula T. Las partículas parecen estar encerradas en unas estructuras en forma de grandes compartimentos, conectados al exterior mediante finos conductos.  La tecnología IA-SEM también ha revelado que la célula T produce unas estructuras denominadas filopodios, también dirigidas por proteínas del citoesqueleto. Los filopodios son extensiones en forma de tubo fino de la membrana celular, en este caso enriquecidos en el receptor CD4. Estos filopodios se introducen en los conductos de las DC hasta llegar a los reservorios de VIH, produciéndose allí los contactos necesarios entre la proteína gp120 del virus y el receptor CD4 de la célula T. Posteriormente, el virus unido al receptor difunde a lo largo de la membrana del filopodio hasta llegar a la superficie de la célula T.

La relevancia fisiológica de este modelo queda aún por determinar,  pero los datos mostrados en este estudio in vitro, que revelan que hasta el 50% de los contactos celulares en las sinapsis incluyen inserciones de filopodios en la membrana de las DC, sugieren que este tipo de transferencia viral debe ocurrir de forma fisiológica. A nivel terapéutico, la importancia de este sistema de transferencia podría traducirse en el diseño de nuevas estrategias terapéuticas que se basen en la localización dirigida de fármacos en el entorno de las sinapsis virológicas y en la neutralización del VIH en momentos tempranos del proceso infectivo.

Bibliografía