Env es un gen viral que codifica la proteína que forma la envoltura viral . [1] La expresión del gen env permite a los retrovirus apuntar y unirse 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 tipo 1 inicialmente se unen a un receptor en la superficie de la célula objetivo, 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 mucho la membrana de la célula huésped a 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 encuentra aguas abajo de gag , pro y pol . El ARNm de env debe cortarse y empalmarse para su expresión.
El producto maduro del gen env es la proteína de pico 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 de la proteína SU porque es responsable de la función de unión al receptor del virus. Por tanto, el dominio SU determina la especificidad del virus por una única molécula receptora. [2]
Las glicoproteínas retrovirales son complejos oligoméricos que están compuestos por heterodímeros SU-TM , que se elaboran en el retículo endoplásmico después de la traducción del precursor Env glicosilado. [5] La disposición de estos heterodímeros determina la estructura tridimensional de la punta protuberante en la superficie viral. Las proteínas Env del virus del sarcoma y la leucosis aviar ( ASLV ) y del 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 el inicio de la fusión con la membrana de la célula diana. [8]
Env puede modificarse mediante la adición de oligosacáridos ricos en manosa, un proceso que tiene lugar en el retículo endoplásmico rugoso y lo 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, MMTV ( virus del tumor mamario de ratón) tiene sólo 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 por 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 mediante la síntesis de la glicoproteína en presencia de un inhibidor de la glicosilación, la tunicamicina . estaba incorrectamente plegado y era incapaz de unirse a CD4 . Sin embargo, la unión del 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 mediante 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 lleva a la gp120 soluble y desprendida y a los 'muñones' de gp41 unidos a la membrana. Por otra parte, la escisión por furina es ineficaz y los viriones a menudo se liberan con gp160 inactiva y sin escindir. Debido a la alta prevalencia de estas formas inactivas, el sistema inmunológico a menudo produce anticuerpos que se dirigen a la gp160 inactiva, en lugar de a las formas activas de la proteína de la envoltura. Véase Ciclo de replicación del VIH .
La expresión de Env está regulada por el producto genético 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 env no fueron significativamente diferentes en presencia y ausencia de coexpresión de rev . Se descubrió que sin expresión de rev , hubo un marcado aumento en el ARN de env nuclear , lo que sugiere que rev desempeña un papel importante en la exportación nuclear de ARNm de env . [10] El papel de rev se aclaró aún más cuando se descubrió que actúa en trans para apuntar a una secuencia específica presente en el gen env del VIH-1 para iniciar la exportación del ARN del VIH-1 empalmado de manera 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 de VIH-1 que pueden ingresar a las 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 gp120 y se propone que estas mutaciones induzcan 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 estuvo entre 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 extremadamente difícil la neutralización mediante anticuerpos. Antes de unirse a la célula huésped, gp120 permanece efectivamente oculta a los anticuerpos porque está enterrada en la proteína y protegida por azúcares. Gp120 solo está expuesta cuando está muy cerca de una célula huésped y el espacio entre las membranas viral y de 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 proporciona el segundo paso mediante el cual el VIH ingresa a la célula. Originalmente está enterrado dentro de la envoltura viral, pero cuando gp120 se une a un receptor CD4, gp120 cambia su conformación causando que gp41 quede expuesto, donde puede ayudar en la fusión con la célula huésped.
Los fármacos inhibidores de la fusión , como la enfuvirtida, bloquean el proceso de fusión uniéndose a la gp41. [14]
El gen env del virus del tumor mamario de 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]
MMTV Env es de particular interés para los investigadores debido al descubrimiento de que codifica un motivo de activación basado en tirosina de inmunorreceptor (I TAM ) que se ha demostrado que transforma células mamarias humanas y murinas en cultivo. Este ITAM despolariza las estructuras acinares epiteliales , cambiando así el fenotipo de las células y provocando que se vuelvan cancerosas. [dieciséis]
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 enzimas de la célula huésped para producir la subunidad proteica de superficie, gp85, y la subunidad proteica 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 dalton, gp71. Este receptor de membrana se aisló 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 llama sincitina en los mamíferos. [20] [21]