Cómo el virus de la hepatitis D secuestra la maquinaria de replicación del huésped

Bandera pirata rasgada

Esta historia es parte de una serie más grande sobre viroides y virusoides, pequeños ARN infecciosos. También es la quinta entrega de una serie sobre el virus de la hepatitis D, un patógeno similar a un virusoide que causa enfermedades humanas graves. Puede leer los demás en Forbes o www.williamhaseltine.com.

Todos los virus codifican una enzima capaz de replicar su genoma, ya sea ADN o ARN. Sin esa enzima, el virus se vuelve impotente; incluso si logra infiltrarse en una célula huésped, no puede replicarse. Los viroides y virusoides, incluida la hepatitis D, son la excepción. Estos pequeños patógenos circulares de ARN no codifican sus propias enzimas de replicación. A pesar de esto, logran replicarse sin problema. ¿Cómo? La respuesta simple es que secuestran la maquinaria de replicación de la célula huésped. Aunque la mayoría de los viroides y virusoides no codifican proteínas, el virus de la hepatitis D sí lo hace. La proteína de la hepatitis D —conocida como antígeno del virus de la hepatitis D (HDAg)— modifica la maquinaria celular relevante en su propio beneficio. En particular, interactúa con las polimerasas de ARN dependientes del ADN del huésped (Pol I, Pol II y Pol III). Lo que sigue es una descripción general de esta estrategia y su importancia para el ciclo de vida de la hepatitis D (Figura 1). Comprender estas interacciones abre la oportunidad de nuevos medicamentos antivirales específicos para la hepatitis D.

FIGURA 1. Representación esquemática del ciclo de vida del virus de la hepatitis Delta (VHD).

¿Qué son las ARN polimerasas del huésped?

Las polimerasas de ARN dependientes de ARN son enzimas que utiliza una célula para copiar la información del ADN al ARN. Hay tres ARN polimerasas humanas, denominadas ARN polimerasa I, II y III.

ARN polimerasa I

La ARN polimerasa I es una proteína grande compuesta por 14 subunidades diferentes, conocidas como polipéptidos. Contribuye a la división celular mediante la creación de muchos de los componentes de los ribosomas, la maquinaria celular productora de proteínas. Piense en los ribosomas como traductores; a medida que atraviesan una hebra de ARN, convierten los nucleótidos que componen el ARN en aminoácidos. Entra ARN, salen proteínas.

La ARN polimerasa I produce estas piezas ribosómicas (ácidos ribonucleicos ribosómicos (ARNr), para usar el término técnico) mediante la transcripción de un tipo especial de ADN llamado ADN ribosómico (ADNr). El ARN ribosómico transcrito por la ARN polimerasa I se une a las proteínas ribosómicas para formar un ribosoma completo.

La transcripción del ADN ribosomal en ARN ribosomal por la ARN polimerasa I ocurre en un subcompartimento separado del núcleo conocido como nucléolo.

ARN polimerasa II

La ARN polimerasa II también es un complejo multiproteico, formado por 12 subunidades diferentes. Cinco de sus subunidades se comparten con la ARN polimerasa I y III. A pesar de esto, su función es muy diferente; donde la ARN polimerasa I transcribe exclusivamente el ADN ribosómico, la ARN polimerasa II transcribe las secciones codificantes de proteínas del ADN ordinario en ARN mensajero. Estos ARN mensajeros se utilizan luego como modelos para la síntesis de proteínas.

La transcripción del ADN por la ARN polimerasa II se produce en el nucleoplasma.

ARN polimerasa III

La ARN polimerasa III es la más grande de las tres ARN polimerasas, compuesta por 17 subunidades. De nuevo, comparte cinco de sus subunidades con las otras dos ARN polimerasas. Y al igual que las otras dos polimerasas, también sirve para facilitar la transcripción de ADN en tipos particulares de ARN. En concreto, transcribe ADN para producir ARN ribosomal 5S —la única molécula de ARN ribosomal no transcrita por la ARN polimerasa I— y para producir ARN de transferencia (ARNt).

FIGURA 2. Diagrama de Venn que compara la composición de subunidades de las tres ARN polimerasas.

Además de las ARN polimerasas mencionadas anteriormente, existen dos más (Pol IV y Pol V). Sin embargo, estos se encuentran exclusivamente en las plantas. Dado que la hepatitis D es un patógeno animal, las dos ARN polimerasas vegetales no son relevantes.

Interacciones de la polimerasa del ARN D de la hepatitis

Recuerde que las polimerasas de ARN dependientes de ADN suelen tomar ADN como molde y convertirlo en una u otra forma de ARN. El virus de la hepatitis D, sin embargo, se compone exclusivamente de ARN. Esto significa que el patógeno de alguna manera se apropia de las polimerasas para usar el ARN como plantilla: ARN a ARN, en lugar de ADN a ARN. ¿Cómo logra este acto de subversión?

MacNaughton y Lai proponen dos posibles explicaciones que, cabe señalar, no son mutuamente excluyentes. La primera es que la pequeña proteína del virus de la hepatitis D se une directamente a las ARN polimerasas, iniciando la replicación y la transcripción. La otra posibilidad es que la estructura secundaria cuasi-doble cadena del virus de la hepatitis D —resultado de la autocomplementariedad de la secuencia en un 70 %— se confunda con el ADN, secuestrando así las polimerasas de ARN y los factores de transcripción que normalmente no se unirían al ARN.

Proteína pequeña de la hepatitis D

La evidencia para la primera explicación es abundante. Por un lado, la pequeña proteína de la hepatitis D interactúa con nueve de las 12 subunidades de ARN polimerasa II. Junto con estas nueve subunidades, también se descubrió que la pequeña proteína interactúa con otras 65 proteínas del huésped involucradas en la transcripción. También se sabe que muchos de estos se unen a la ARN polimerasa II. Es posible que, después de unirse a la ARN polimerasa II, estas proteínas también se unan a la proteína pequeña para una mayor replicación.

Otro punto a favor de esta posibilidad es que la pequeña proteína de la hepatitis D se une a una sección de la ARN polimerasa II conocida como "pinza", que actúa como una garra que permite que la polimerasa se adhiera al ADN (Figura 3). Al unirse a esta región, la pequeña proteína afloja el agarre de la abrazadera. El efecto de esto es doble. Por un lado, aflojar la abrazadera acelera la tasa de transcripción y, por extensión, la tasa de replicación. Por otro lado, disminuye la fidelidad de la transcripción. Este no es necesariamente algo malo. Por el contrario, puede ser el mecanismo por el cual la pequeña proteína es capaz de secuestrar la ARN polimerasa II: la disminución de la fidelidad puede representar una relajación de los requisitos habituales de la plantilla. De hecho, Yamaguchi et al. tenga en cuenta que "Al reducir la fidelidad transcripcional en términos no solo de discriminación de nucleótidos entrantes sino también de reconocimiento de plantillas, HDAg puede facilitar la síntesis de ARN dependiente de ARN inusual por parte de Pol II".

FIGURA 3. Representación esquemática del antígeno de la hepatitis D (HDAg) cuando se une a la ARN polimerasa... [+] II.

Finalmente, la pequeña proteína de la hepatitis D comparte parte de su secuencia con una región de un complejo proteico llamado factor de elongación negativo (NELF). El factor de elongación negativo se une a la ARN polimerasa II y reprime la transcripción. Para que comience la transcripción, primero se debe eliminar la elongación negativa; piense en el complejo como una especie de guardián, que evita que la ARN polimerasa II se active en los casos en que no debería. A medida que la proteína pequeña se une a la ARN polimerasa II, desplaza el factor de elongación negativo, poniendo en marcha la polimerasa en el modo de transcripción.

El próximo artículo de esta serie analizará la posibilidad de que el propio genoma del virus de la hepatitis D interactúe directamente con las polimerasas de ARN, independientemente de la proteína del antígeno pequeño.