Env es un gen viral que codifica la proteína que forma la envoltura viral . [1] La expresión del gen env permite a los retrovirus dirigirse y adherirse a tipos de células específicos, e infiltrarse en la membrana celular objetivo . [2]
El análisis de la estructura y secuencia de varios genes env diferentes sugiere que las proteínas Env son máquinas de fusión de tipo 1. [3] Las máquinas de fusión de tipo 1 se unen inicialmente a un receptor en la superficie de la célula diana, lo que desencadena un cambio conformacional , lo que permite la unión de la proteína de fusión . El péptido de fusión se inserta en la membrana de la célula huésped y acerca la membrana de la célula huésped muy cerca de la membrana viral para facilitar la fusión de la membrana. [4]
Si bien existen diferencias significativas en la secuencia del gen env entre los retrovirus , el gen siempre se ubica aguas abajo de gag , pro y pol . El ARNm env debe ser empalmado para su expresión.
El producto maduro del gen env es la proteína de la espícula viral, que tiene dos partes principales: la proteína de superficie (SU) y la proteína transmembrana (TM). El tropismo del virus está determinado por el dominio proteico SU, ya que es responsable de la función de unión al receptor del virus. Por lo tanto, el dominio SU determina la especificidad del virus para una sola molécula receptora. [2]
Las glicoproteínas retrovirales son complejos oligoméricos que se componen de heterodímeros SU-TM , que se fabrican en el retículo endoplasmático después de la traducción del precursor glicosilado Env. [5] La disposición de estos heterodímeros determina la estructura 3D de la espiga nudosa en la superficie viral. Las proteínas Env del virus del sarcoma y la leucosis aviar ( ASLV ) y el virus de la leucemia murina ( MLV ) son ambos trímeros de heterodímeros SU-TM. [6] La proteína Env del virus de la inmunodeficiencia humana ( VIH ) también tiene una estructura trimérica de heterodímeros. [7] Se cree que el transporte intracelular de la proteína naciente depende, en cierta medida, de la oligomerización de los precursores de Env, lo que permite que las secuencias hidrofóbicas queden enterradas dentro de la estructura de la proteína. Esta oligomerización también se ha implicado en la iniciación de la fusión con la membrana de la célula diana. [8]
La enzima Env se puede modificar mediante la adición de oligosacáridos ricos en manosa, un proceso que tiene lugar en el retículo endoplasmático rugoso y que llevan a cabo las enzimas de la célula huésped. La glicosilación cotraduccional tiene lugar en la asparagina en los motivos Asn-X-Ser o Asn-X-Thr. Los diferentes retrovirus varían ampliamente en los sitios de glicosilación ligados a N: el VIH-1 puede tener hasta 30 sitios glicosilados, 25 de los cuales residen en gp120 . En el otro extremo del espectro, el MMTV ( virus del tumor mamario del ratón) tiene solo 4 sitios para la adición de oligosacáridos (dos en gp52 y dos en gp37). Se cree que la adición de oligosacáridos desempeña un papel en el plegamiento adecuado de Env, presumiblemente al estabilizar la estructura de la proteína. Sin un plegamiento adecuado, el transporte y la función de la proteína pueden verse gravemente comprometidos. [2] La importancia de la glicosilación de Env en el VIH-1 se determinó sintetizando la glicoproteína en presencia de un inhibidor de la glicosilación, la tunicamicina . La proteína sintetizada se plegó incorrectamente y fue incapaz de unirse a CD4 . Sin embargo, la unión al receptor solo se vio mínimamente afectada cuando el producto env secretado se desglicosiló enzimáticamente. [9]
El gen env codifica la proteína gp160, que forma un homotrímero y se escinde en gp120 y gp41 por la proteasa de la célula huésped , furina . Para formar una proteína de fusión activa, los polipéptidos SU gp120 y TM gp41 permanecen unidos de forma no covalente, pero esta interacción a menudo no es estable, lo que da lugar a la liberación de gp120 soluble y de gp41 unida a la membrana. Por separado, la escisión por furina es ineficiente y los viriones a menudo se liberan con gp160 inactiva y sin escindir. Debido a la alta prevalencia de estas formas inactivas, el sistema inmunitario a menudo produce anticuerpos que se dirigen a gp160 inactiva, en lugar de a formas activas de la proteína de la envoltura. Véase Ciclo de replicación del VIH .
La expresión de Env está regulada por el producto génico de rev . La eliminación experimental de rev resultó en la incapacidad de detectar la proteína Env y los niveles de ARNm de env en el citoplasma celular disminuyeron significativamente. Sin embargo, cuando se analizó el ARN celular total, los totales de ARN de env no fueron significativamente diferentes en presencia y ausencia de coexpresión de rev . Se encontró que sin la expresión de rev , hubo un marcado aumento en el ARN env nuclear , lo que sugiere que rev juega un papel importante en la exportación nuclear de ARNm de env . [10] El papel de rev se dilucidó aún más cuando se encontró que rev actúa en trans para dirigirse a una secuencia específica presente en el gen env del VIH-1 para iniciar la exportación de ARN del VIH-1 empalmado de forma incompleta desde el núcleo. [11]
Expuesta en la superficie de la envoltura viral, la glicoproteína gp120 se une al receptor CD4 en cualquier célula diana que tenga dicho receptor, particularmente la célula T colaboradora . Se han aislado cepas del VIH-1 que pueden entrar en células huésped que son CD4 negativas. Esta independencia de CD4 está asociada con una mutación espontánea en el gen env . La presencia de un correceptor , CXCR 4 , es suficiente para que esta cepa mutante infecte células humanas. Se encontró que la cepa con este fenotipo tenía siete mutaciones en la secuencia que codifica para gp120 y se propone que estas mutaciones inducen cambios conformacionales en gp120 que permiten que el virus interactúe directamente con el correceptor. [12]
Dado que la unión al receptor CD4 es el paso más obvio en la infección por VIH, la gp120 fue uno de los primeros objetivos de la investigación de la vacuna contra el VIH . Estos esfuerzos se han visto obstaculizados por el mecanismo de fusión utilizado por el VIH, que hace que la neutralización por anticuerpos sea extremadamente difícil. Antes de unirse a la célula huésped, la gp120 permanece oculta de manera efectiva a los anticuerpos porque está enterrada en la proteína y protegida por azúcares. La gp120 solo queda expuesta cuando está muy cerca de una célula huésped y el espacio entre las membranas del virus y la célula huésped es lo suficientemente pequeño como para dificultar estéricamente la unión de los anticuerpos. [13]
La glicoproteína gp41 está unida de forma no covalente a la gp120 y constituye el segundo paso por el que el VIH entra en la célula. En un principio, está enterrada dentro de la envoltura viral, pero cuando la gp120 se une a un receptor CD4, cambia su conformación y la gp41 queda expuesta, donde puede ayudar a la fusión con la célula huésped.
Los fármacos inhibidores de la fusión, como la enfuvirtida, bloquean el proceso de fusión al unirse a gp41. [14]
El gen env del virus del tumor mamario del ratón ( MMTV ) codifica una poliproteína gp70 ( P10259 ) que se escinde para producir los productos Env de superficie (SU) y transmembrana (TM). Gp52 es la subunidad SU en MMTV y gp36 es la subunidad TM. Gp52 es una glicoproteína de 52.000 daltons y gp36 es una glicoproteína de 36.000 daltons. [15] [16]
El MMTV Env es de particular interés para los investigadores debido al descubrimiento de que codifica un motivo de activación basado en tirosina del inmunorreceptor (ITAM ) que, según se ha demostrado, transforma las células mamarias humanas y murinas en cultivo. Este ITAM despolariza las estructuras acinares epiteliales , modificando así el fenotipo de las células y haciendo que se vuelvan cancerosas. [16]
Los virus del sarcoma y la leucosis aviar ( ASLV ) tienen diez subgrupos (del A al J). La glicoproteína de la envoltura del subgrupo A se llama EnvA y su gen env codifica la proteína precursora conocida como Pr95. Este precursor es escindido por las enzimas de la célula huésped para producir la subunidad de la proteína de superficie, gp85, y la subunidad de la proteína transmembrana, gp37, que se heterodimerizan y luego forman un trímero. El virus no puede infectar células antes de que se complete el procesamiento de la proteína precursora de la envoltura. [17] Para que el virus penetre en el citosol de una célula huésped, es necesario un pH bajo . [18]
El gen env del virus de la leucemia murina (MLV) codifica la glicoproteína de 71.000 daltons, gp71. Este receptor de membrana fue aislado del virus de la leucemia murina de Rauscher (R-MuLV). [19]
La proteína retroviral env ha sido capturada varias veces durante la evolución de los mamíferos y se expresa en el tejido placentario, donde facilita la fusión de células fetales y maternas. La proteína se denomina sincitina en los mamíferos. [20] [21]