Un retrovirus es un tipo de virus que inserta una copia de ADN de su genoma de ARN en el ADN de una célula huésped que invade, cambiando así el genoma de esa célula. [2] Después de invadir el citoplasma de una célula huésped , el virus utiliza su propia enzima transcriptasa inversa para producir ADN a partir de su genoma de ARN, lo contrario del patrón habitual, es decir, retro (al revés). Luego, una enzima integrasa incorpora el nuevo ADN al genoma de la célula huésped , momento en el que el ADN retroviral se denomina provirus . Luego, la célula huésped trata el ADN viral como parte de su propio genoma, transcribiendo y traduciendo los genes virales junto con los genes propios de la célula, produciendo las proteínas necesarias para ensamblar nuevas copias del virus. Muchos retrovirus causan enfermedades graves en humanos, otros mamíferos y aves. [3]
Los retrovirus tienen muchas subfamilias en tres grupos básicos.
Las enzimas especializadas de infiltración de ADN en los retrovirus los convierten en valiosas herramientas de investigación en biología molecular y se han utilizado con éxito en sistemas de administración de genes. [6]
La evidencia de retrovirus endógenos (ADN de provirus heredado en genomas animales) sugiere que los retrovirus han estado infectando a los vertebrados durante al menos 450 millones de años. [7]
Los viriones , virus en forma de partículas independientes de retrovirus, están formados por partículas envueltas de unos 100 nm de diámetro. La envoltura lipídica exterior está formada por glicoproteína. [8] Los viriones también contienen dos moléculas idénticas de ARN monocatenario de 7 a 10 kilobases de longitud. Las dos moléculas están presentes como un dímero, formado por emparejamiento de bases entre secuencias complementarias. Los sitios de interacción entre las dos moléculas de ARN se han identificado como un " bucle de tallo que se besa ". [3] Aunque los viriones de diferentes retrovirus no tienen la misma morfología o biología, todos los componentes del virión son muy similares. [9]
Los principales componentes del virión son:
El genoma retroviral está empaquetado en forma de partículas virales. Estas partículas virales son dímeros de moléculas de ARN lineales, monocatenarias y de sentido positivo. [10]
Los retrovirus (y los ortervirus en general) siguen un diseño de 5'- gag - pro - pol - env -3' en el genoma de ARN. gag y pol codifican poliproteínas, cada una de las cuales gestiona la cápside y la replicación. La región pol codifica enzimas necesarias para la replicación viral, como la transcriptasa inversa, la proteasa y la integrasa. [19] Dependiendo del virus, los genes pueden superponerse o fusionarse en cadenas de poliproteínas más grandes. Algunos virus contienen genes adicionales. El género lentivirus, el género spumavirus, el género HTLV/virus de la leucemia bovina (BLV) y un género de virus de peces recientemente introducido son retrovirus clasificados como complejos. Estos virus tienen genes llamados genes accesorios, además de los genes gag, pro, pol y env. Los genes accesorios se encuentran entre pol y env, aguas abajo de env, incluida la región U3 de LTR, o en env y porciones superpuestas. Si bien los genes accesorios tienen funciones auxiliares, también coordinan y regulan la expresión de genes virales. Además, algunos retrovirus pueden portar genes llamados oncogenes o genes onc de otra clase. Los retrovirus con estos genes (también llamados virus transformadores) son conocidos por su capacidad para causar rápidamente tumores en animales y transformar células en cultivo a un estado oncogénico. [20]
Las poliproteínas se escinden en proteínas más pequeñas, cada una con su propia función. Los nucleótidos que los codifican se conocen como subgenes . [18]
Cuando los retrovirus han integrado su propio genoma en la línea germinal , su genoma pasa a la siguiente generación. Estos retrovirus endógenos (ERV), a diferencia de los exógenos , ahora representan entre el 5 y el 8% del genoma humano. [21] La mayoría de las inserciones no tienen ninguna función conocida y a menudo se las denomina " ADN basura ". Sin embargo, muchos retrovirus endógenos desempeñan funciones importantes en la biología del huésped, como el control de la transcripción genética, la fusión celular durante el desarrollo placentario en el curso de la germinación de un embrión y la resistencia a la infección retroviral exógena. Los retrovirus endógenos también han recibido especial atención en la investigación de patologías relacionadas con la inmunología , como enfermedades autoinmunes como la esclerosis múltiple , aunque aún no se ha demostrado que los retrovirus endógenos desempeñen ningún papel causal en esta clase de enfermedades. [22]
Si bien clásicamente se pensaba que la transcripción ocurría sólo de ADN a ARN, la transcriptasa inversa transcribe el ARN en ADN. El término "retro" en retrovirus se refiere a esta inversión (crear ADN a partir de ARN) de la dirección habitual de transcripción. Todavía obedece al dogma central de la biología molecular , que establece que la información se puede transferir de un ácido nucleico a otro, pero no de una proteína a una proteína o a un ácido nucleico. Se ha encontrado actividad de transcriptasa inversa fuera de los retrovirus en casi todos los eucariotas , lo que permite la generación e inserción de nuevas copias de retrotransposones en el genoma del huésped. Estas inserciones son transcritas por enzimas del huésped en nuevas moléculas de ARN que ingresan al citosol. A continuación, algunas de estas moléculas de ARN se traducen en proteínas virales. Las proteínas codificadas por los genes gag y pol se traducen a partir de ARNm de longitud del genoma a poliproteínas Gag y Gag-Pol. Por ejemplo, para el gen gag ; se traduce en moléculas de la proteína de la cápsida y del gen pol ; se traduce en moléculas de transcriptasa inversa. Los retrovirus necesitan muchas más proteínas Gag que proteínas Pol y han desarrollado sistemas avanzados para sintetizar la cantidad requerida de cada una. Por ejemplo, después de la síntesis de Gag, casi el 95 por ciento de los ribosomas terminan la traducción, mientras que otros ribosomas continúan la traducción para sintetizar Gag-Pol. En el retículo endoplásmico rugoso comienza la glicosilación y el gen env se traduce a partir de ARNm empalmados en el retículo endoplásmico rugoso a moléculas de la proteína de la envoltura. Cuando las moléculas de proteína de la envoltura son transportadas al complejo de Golgi, una proteasa del huésped las divide en glicoproteína de superficie y glicoproteína transmembrana. Estos dos productos de glicoproteínas permanecen estrechamente relacionados y se transportan a la membrana plasmática después de una glicosilación adicional. [3]
Es importante señalar que un retrovirus debe "traer" su propia transcriptasa inversa en su cápside ; de lo contrario, no podrá utilizar las enzimas de la célula infectada para llevar a cabo la tarea, debido a la naturaleza inusual de producir ADN a partir de ARN. [ cita necesaria ]
Los medicamentos industriales que están diseñados como inhibidores de proteasas y transcriptasa inversa se fabrican de manera que se dirigen a sitios y secuencias específicos dentro de sus respectivas enzimas. Sin embargo, estos fármacos pueden volverse ineficaces rápidamente debido al hecho de que las secuencias genéticas que codifican la proteasa y la transcriptasa inversa mutan rápidamente. Estos cambios en las bases hacen que cambien codones y sitios específicos con las enzimas y, por lo tanto, evitan la focalización del fármaco al perder los sitios a los que realmente se dirige el fármaco. [ cita necesaria ]
Debido a que la transcripción inversa carece de la revisión habitual de la replicación del ADN, un retrovirus muta muy a menudo. Esto permite que el virus se vuelva resistente rápidamente a los productos farmacéuticos antivirales e impide el desarrollo de vacunas e inhibidores eficaces para el retrovirus. [23]
Una dificultad que enfrentan algunos retrovirus, como el retrovirus de Moloney, implica el requisito de que las células se dividan activamente para la transducción. Como resultado, células como las neuronas son muy resistentes a la infección y la transducción por retrovirus. Esto genera la preocupación de que la mutagénesis por inserción debida a la integración en el genoma del huésped pueda provocar cáncer o leucemia. Esto es diferente a los Lentivirus , un género de Retroviridae , que son capaces de integrar su ARN en el genoma de células huésped que no se dividen. [ cita necesaria ]
En cada partícula de retrovirus se empaquetan dos genomas de ARN , pero, después de una infección, cada virus genera solo un provirus . [24] Después de la infección, se produce la transcripción inversa y este proceso va acompañado de recombinación . La recombinación implica el cambio de cadena plantilla entre las dos copias del genoma (recombinación de elección de copia) durante la transcripción inversa. En cada ciclo de replicación ocurren de 5 a 14 eventos de recombinación por genoma. [25] La recombinación genética parece ser necesaria para mantener la integridad del genoma y como mecanismo de reparación para recuperar genomas dañados. [24]
El ADN formado tras la transcripción inversa (el provirus) es más largo que el genoma del ARN porque cada uno de los terminales tiene las secuencias U3 - R - U5 llamadas repetición terminal larga (LTR). Por lo tanto, el terminal 5' tiene la secuencia U3 adicional, mientras que el otro terminal tiene la secuencia U5. [15] Los LTR pueden enviar señales para que se lleven a cabo tareas vitales, como el inicio de la producción de ARN o la gestión de la tasa de transcripción. De esta manera, las LTR pueden controlar la replicación y, por tanto, todo el progreso del ciclo viral. [27] Aunque se encuentra en el núcleo, el ADNc retroviral no integrado es un sustrato muy débil para la transcripción. Por esta razón, es necesario un provirus integrado para una expresión permanente y eficaz de genes retrovirales. [10]
Este ADN puede incorporarse al genoma del huésped como un provirus que puede transmitirse a las células de su progenie. El ADN del retrovirus se inserta al azar en el genoma del huésped. Debido a esto, puede insertarse en oncogenes . De esta forma, algunos retrovirus pueden convertir células normales en células cancerosas. Algunos provirus permanecen latentes en la célula durante un largo período de tiempo antes de ser activados por el cambio en el entorno celular. [ cita necesaria ]
Los estudios de retrovirus condujeron a la primera síntesis demostrada de ADN a partir de plantillas de ARN, un modo fundamental para transferir material genético que ocurre tanto en eucariotas como en procariotas . Se ha especulado que los procesos de transcripción de ARN a ADN utilizados por los retrovirus pueden haber provocado que el ADN se utilizara como material genético. En este modelo, la hipótesis del mundo del ARN , los organismos celulares adoptaron el ADN químicamente más estable cuando los retrovirus evolucionaron para crear ADN a partir de plantillas de ARN . [ cita necesaria ]
Una estimación de la fecha de evolución de los retrovirus endógenos de tipo espumoso sitúa el tiempo del ancestro común más reciente hace > 450 millones de años . [28]
Se han desarrollado vectores gammaretrovirales y lentivirales para terapia génica que median en la modificación genética estable de las células tratadas mediante la integración cromosómica de los genomas del vector transferido. Esta tecnología es útil no sólo con fines de investigación, sino también para la terapia génica clínica destinada a la corrección a largo plazo de defectos genéticos, por ejemplo, en células madre y progenitoras. Se han diseñado partículas de vectores retrovirales con tropismo por diversas células diana. Hasta ahora se han utilizado vectores gammaretrovirales y lentivirales en más de 300 ensayos clínicos, abordando opciones de tratamiento para diversas enfermedades. [6] [29] Se pueden desarrollar mutaciones retrovirales para crear modelos de ratones transgénicos para estudiar varios cánceres y sus modelos metastásicos . [ cita necesaria ]
Los retrovirus que causan el crecimiento tumoral incluyen el virus del sarcoma de Rous y el virus del tumor mamario de ratón . El cáncer puede ser desencadenado por protooncogenes que se incorporaron por error al ADN proviral o por la alteración de protooncogenes celulares. El virus del sarcoma de Rous contiene el gen src que desencadena la formación de tumores. Posteriormente se descubrió que un gen similar en las células participa en la señalización celular, que probablemente fue extirpado junto con el ADN proviral. Los virus no transformadores pueden insertar aleatoriamente su ADN en protooncogenes, alterando la expresión de proteínas que regulan el ciclo celular. El promotor del ADN del provirus también puede provocar una sobreexpresión de genes reguladores. Los retrovirus pueden causar enfermedades como cáncer e inmunodeficiencia. Si el ADN viral se integra en los cromosomas del huésped, puede provocar infecciones permanentes. Por tanto, es importante descubrir la respuesta del organismo a los retrovirus. Los retrovirus exógenos están especialmente asociados con enfermedades patógenas. Por ejemplo, los ratones tienen el virus del tumor mamario de ratón (MMTV), que es un retrovirus. Este virus pasa a ratones recién nacidos a través de la leche materna. Cuando tienen 6 meses de edad, los ratones portadores del virus contraen cáncer de mama debido al retrovirus. Además, el virus de la leucemia I (HTLV-1), que se encuentra en las células T humanas, se ha encontrado en humanos desde hace muchos años. Se estima que este retrovirus causa leucemia entre los 40 y 50 años. [30] Tiene una estructura replicable que puede inducir cáncer. Además de la secuencia genética habitual de los retrovirus, el HTLV-1 contiene una cuarta región, PX. Esta región codifica las proteínas reguladoras Tax, Rex, p12, p13 y p30. La proteína Tax inicia el proceso leucémico y organiza la transcripción de todos los genes virales en el ADN proviral HTLV integrado.[31]
Los retrovirus exógenos son virus infecciosos que contienen ARN o ADN y se transmiten de un organismo a otro. En el sistema de clasificación de Baltimore , que agrupa los virus según su forma de síntesis de ARN mensajero , se clasifican en dos grupos: Grupo VI: virus de ARN monocatenario con un ADN intermedio en su ciclo de vida, y Grupo VII: virus de doble cadena. Virus de ADN con un intermediario de ARN en su ciclo de vida. [ cita necesaria ]
Todos los miembros del Grupo VI utilizan la transcriptasa inversa codificada viralmente , una ADN polimerasa dependiente de ARN, para producir ADN a partir del genoma de ARN del virión inicial. Este ADN suele integrarse en el genoma del huésped, como en el caso de los retrovirus y pseudovirus , donde el huésped lo replica y lo transcribe .
El grupo VI incluye:
La familia Retroviridae se dividía anteriormente en tres subfamilias ( Oncovirinae , Lentivirinae y Spumavirinae ), pero ahora se dividen en dos: Orthoretrovirinae y Spumaretrovirinae . El término oncovirus ahora se usa comúnmente para describir un virus que causa cáncer. Esta familia ahora incluye los siguientes géneros:
Tenga en cuenta que, según ICTV 2017, el género Spumavirus se ha dividido en cinco géneros, y su antigua especie tipo Virus espumoso de simio ahora se ha actualizado al género Simiispumavirus con no menos de 14 especies, incluida la nueva especie tipo Virus espumoso de simio del chimpancé oriental . [32]
Ambas familias del Grupo VII tienen genomas de ADN contenidos dentro de las partículas del virus invasor. El genoma del ADN se transcribe en ARNm, para su uso como transcrito en la síntesis de proteínas, y en ARN pregenómico, para su uso como plantilla durante la replicación del genoma. La transcriptasa inversa codificada viralmente utiliza el ARN pregenómico como plantilla para la creación de ADN genómico.
El grupo VII incluye:
Esta última familia está estrechamente relacionada con la recién propuesta.
mientras que las familias Belpaoviridae , Metaviridae , Pseudoviridae , Retroviridae y Caulimoviridae constituyen el orden Ortervirales . [34]
Los retrovirus endógenos no están incluidos formalmente en este sistema de clasificación y, en términos generales, se clasifican en tres clases, según su relación con los géneros exógenos:
Los retrovirus han sido el foco de varias afirmaciones y afirmaciones recientes que han sido en gran medida desacreditadas por la comunidad científica. Un estudio inicial realizado en 2009 pareció arrojar nuevos hallazgos que podrían cambiar algunos de los conocimientos establecidos sobre este tema. Sin embargo, aunque investigaciones posteriores refutaron algunas de las afirmaciones hechas sobre los retrovirus, hay varias figuras controvertidas que continúan haciendo afirmaciones que, en general, se considera que no tienen ninguna base válida o consenso que las respalde. [35] [36] [37]
Los fármacos antirretrovirales son medicamentos para el tratamiento de la infección por retrovirus, principalmente VIH . Diferentes clases de medicamentos antirretrovirales actúan en diferentes etapas del ciclo de vida del VIH . La combinación de varios (normalmente tres o cuatro) fármacos antirretrovirales se conoce como terapia antirretroviral de gran actividad (TARGA). [38]
Las infecciones por el virus de la leucemia felina y el virus de la inmunodeficiencia felina se tratan con productos biológicos , incluido el único inmunomodulador actualmente autorizado para su venta en los Estados Unidos, el modulador inmunológico de células T de linfocitos (LTCI). [39]
