Hace algunos años, la científica argentina Andrea Gamarnik, directora del Laboratorio de Virología Molecular de la Fundación Instituto Leloir (FIL) e investigadora superior del Conicet, reconocida internacionalmente por sus hallazgos sobre la biología del dengue, dio una conferencia sobre sus temas de estudio que finalizó con un puñado de preguntas que todavía no tenían respuesta. Una de ellas tenía que ver con el proceso llamado “encapsidación”, durante el cual una proteína (conocida precisamente como “proteína de la cápside”, que es la envoltura o cubierta del material genético) se “pega” al ácido ribonucleico (ARN) y lo introduce en lo que va a ser una nueva partícula viral.
“Para lograrlo –explica Gamarnik–, tiene que llevar ese ARN a los lípidos de las membranas que están en el retículo endoplasmático [diminuta organela celular formada por una red de túbulos, sacos aplanados y cisternas interconectadas entre sí]’”.
Esa proteína de la cápside es la “vedette” de este trabajo. El equipo de Gamarnik estaba estudiando cómo interactuaba con el material genético del virus (ARN) y se preguntaba cómo hacía para llevar este complejo a las membranas, algo que todavía nadie había explorado. Pero al finalizar su exposición, se le acercó un joven investigador regresado al país en 2012, después de una estadía de cuatro años en el Instituto Pasteur de París, y de un año y medio trabajando en Bethesda, Estados Unidos, en los Institutos Nacionales de Salud de ese país (NIH, según sus siglas en inglés), Ernesto Ambroggio, y le propuso una colaboración: “Nosotros somos expertos en eso. Hacemos biofísica de membranas y de interacción de proteínas con membranas. ¿Por qué no trabajamos juntos?”, le sugirió.
Así, los laboratorios dirigidos por Gamarnik y Ambroggio combinaron sus especialidades, la virología molecular y la biofísica de membranas, e iniciaron una investigación transdisciplinaria junto con un equipo que integraron también Guadalupe Costa Navarro, becaria doctoral del Conicet en el laboratorio de la primera, Luis Benito Pérez Socas, del Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (Ciquibic) y Luis Bagatolli, un experto en fluorescencia del Instituto de Investigación Médica Mercedes y Martín Ferreyra (Inimec), ambos dependientes del Conicet y la Universidad Nacional de Córdoba, que logró develar el misterio. El resultado acaba de publicarse en la última edición de The Journal of Biological Chemistry.
“Nosotros veníamos trabajando hace mucho en la replicación del dengue; la encapsidación es un proceso diferente –detalla Gamarnik–: la replicación es la amplificación del material genético y encapsidación es el ingreso de ese material genético adentro de la partícula para producir un nuevo virus. Es un proceso muy, pero muy poco estudiado”.
Maquinaria infinitesimal
Al infectar una célula, el virus se “apodera” de su maquinaria para fabricar copias de sí mismo en un proceso que puede tardar un día o más. “Tiene que empezar a producir sus proteínas, replicar el ARN, unirlo, localizarlo y formar las partículas virales –cuenta Ambroggio–. Cada célula se convierte en una fábrica de virus y después muere”.
Tal como el nuevo coronavirus, los del dengue y el Zika son virus “a ARN”, la molécula que contiene la información genética con las instrucciones para que se multipliquen. Pero para esto, deben despojarse del “escudo protector” que los recubre y preserva su integridad, y liberarse, el desnudamiento. Durante la encapsidación, además de cubrirse con la proteína de cápside, el virus recluta lípidos que sirven como una segunda cubierta o barrera protectora, indica un comunicado de la Fundación Instituto Leloir. “La proteína de cápside es la que protege el material genético y se encuentra dentro de la partícula viral –subraya Gamarnik–. Cumple dos funciones: atrapa el genoma en la encapsidación para formar nuevas partículas, pero durante una infección, el virus entra a la célula y la proteína de cápside debe liberar el material genético para que cumpla su función. A esto se llama ‘desnudamiento’”.
Gamarnik, Ambroggio y colegas descubrieron que las proteínas de cápside de los virus de dengue y Zika pueden, de manera simultánea, empaquetar el ARN viral y unirse directamente a los lípidos del “retículo endoplasmático” para así formar los nuevos virus que saldrán de la célula. “Esto es novedoso ya que soporta, y amplía el rol de las proteínas de cápside no solo como ‘partenaires’ del ARN, sino como directoras de la ubicación correcta del material genético para la formación de las nuevas partículas virales”, explica Ambroggio en un comunicado de la FIL.
“El acoplamiento de estas piezas (ARN, cápside y lípidos) ocurre en un medio celular de agua estabilizada, como si fueran ‘gotas’, en comparación con el agua del medio celular que rodea estas fases”, agrega Costa Navarro en ese documento.
“Esta fase se llama ‘líquida’ porque está diferenciada del líquido que la rodea en la célula –dice Ambroggio cuya área de investigación es la interacción de proteínas virales con las membranas lipídicas de las células–. En mi laboratorio trabajamos con proteínas aisladas y purificadas, y usamos sistemas biomiméticos que copian una membrana celular. Así, podemos ver si interactúan o no modulando los parámetros físicos”.
Entendiendo estos mecanismos se puede pensar en drogas que impidan la formación de esta fase líquida o la interacción de la proteína cápside con la membrana infectada. “En teoría –plantea Ambroggio–, la dificultad será encontrar una droga que lo haga sin ser nociva para las células, que también necesitan fases líquidas para vivir. Este es el puntapié inicial. Ahora se abre un abanico de posibilidades”.
Según explica Mario Lozano, virólogo molecular y exrector de la Universidad Nacional de Quilmes, que no participó en la investigación, "Una vez que ingresa al organismo, el virus tiene que conectarse con la célula que va a infectar. Esta conexión se da como una llave y una cerradura entre sus proteínas más externas y alguna estructura del interior de la célula. Así, el material del interior del virus es incorporado al del interior de la célula como si ambos se fundieran. Una vez que eso sucede, el genoma viral tiene que 'desnudarse' y ahí comienza su multiplicación y la síntesis de otros componentes, como la proteína de la núcleocápside, que es esencial para estabilizar el genoma del virus aunque, cuando está presente, éste no puede seguir multiplicándose. En el proceso final, se une también a las otras proteínas virales, a una membrana (y para eso tiene que rescatar lípidos de las membranas celulares) y finalmente encuentra una forma de salir para convertirse en una partícula que va a infectar otras células. Lo que encontraron estos dos grupos es que el proceso de reclutamiento de lípidos lo hace la proteína de la cápside (la misma que recubre el ARN) y además demostraron que, cuando comienza este proceso, el agua que está en el entorno de estas moléculas se ordena de una manera particular. Tiene características que la hacen diferente de la que está en el resto del interior de la célula. Un detalle importante es que en general los anticuerpos están dirigidos contra las estructuras externas del virus, que cambian mucho, por eso con el tiempo van perdiendo efectividad. En cambio, este proceso tiene menos posibilidades de ser modificado y por lo tanto una droga diseñada específicamente para interrumpirlo evitaría el desarrollo viral y su efectividad no caería".
El dengue es tradicionalmente uno de los mayores retos de la salud pública en la región. En 2019 se registraron más de tres millones de casos. Del Zika, que declinó después del brote epidémico de 2016-2017, no se puede descartar su reemergencia.
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