El primer paso de la transcripción para algunos virus de ARN monocatenario negativos es el arrebato de capuchón , en el que se eliminan (arrebatan) los primeros 10 a 20 residuos de un ARN de la célula huésped y se utilizan como capuchón 5' y cebador para iniciar la síntesis del ARNm viral naciente. [1] La ARN polimerasa dependiente del ARN viral (RdRp) puede luego proceder a transcribir el ARNm viral de sentido positivo utilizando el ARN viral de sentido negativo como plantilla. El arrebato de capuchón también explica por qué algunos ARNm virales tienen extensiones terminales 5' de 10-20 nucleótidos que no están codificados en el genoma. Los ejemplos de virus que participan en el arrebato de capuchón incluyen los virus de la influenza ( Orthomyxoviridae ), el virus de Lassa ( Arenaviridae ), el virus hantaan ( Hantaviridae ) y el virus de la fiebre del valle del Rift ( Phenuiviridae ). La mayoría de los virus toman entre 15 y 20 nucleótidos, excepto las familias Arenaviridae y Nairoviridae y el género Thogotovirus ( Orthomyxoviridae ), que utilizan una cadena más corta. [2]
En el virus de la gripe , la captura de la cápsula se produce en el núcleo de la célula. La función de la endonucleasa de captura de la cápsula está contenida en la subunidad PA de la ARN polimerasa . [3]
En Arenaviridae y Bunyavirales , el robo de capuchón se produce en el citoplasma. [4]
El robo de gorras se produce en tres pasos generales:
1) La proteína viral RdRp o N se une a la estructura cap-1 o cap-2 metilada en 5' del ARNm del huésped.
2) La endonucleasa viral escinde el ARNm varios nucleótidos aguas abajo del casquete.
3) ARN con capuchón utilizado como cebador para iniciar la síntesis de ARNm viral llevada a cabo por RdRp. [2]
El robo de capuchón se describe mejor en los virus de la influenza, especialmente la influenza A. En Orthomyxoviridae , la familia viral de la influenza, la RdRp se divide en tres subunidades: PA, PB1 y PB2.
El PB1 primero se une al extremo 5' del ARN viral (ARNv), activando el PB2 y haciendo que el extremo 3' del ARNv forme una zona de doble cadena con el extremo 5'. El PB2 procede a unirse al ARNm celular en el extremo 5' cubierto con N7-metil guanosina (m 7 G). La subunidad PA posteriormente escinde la secuencia de 10 a 13 nucleótidos de la estructura de la cubierta mediante la actividad de la endonucleasa en el extremo N. [5] La ubicación exacta de la escisión depende tanto de la distancia entre el PB2 y el PA del RdRp (alrededor de 50 angstroms o 10 a 13 nucleótidos) como también de la secuencia del ARNm. Luego, la subunidad PB1, que contiene la actividad de la polimerasa, inicialmente agrega dos nuevos nucleótidos. El cebador arrebatado de la cubierta se mueve a través del túnel de salida del producto en el dominio PB1 para servir como cebador para la transcripción. Los nucleótidos 3'-UCGUUUU del ARNv no están unidos a la polimerasa, sino que están libres para la unión complementaria con el cebador de ARN protegido para conferir estabilidad. Luego, la transcripción comienza con el residuo G o C en el extremo 3' del cebador protegido. [6] Finalmente, la subunidad PB1 completa la elongación de la cadena en la dirección canónica de 5' a 3', liberando el protector, pero manteniendo unido el extremo 5'. La cola poli-A 3' viral se agrega al final de la transcripción por el tartamudeo de la polimerasa a partir del impedimento estérico del bucle del ARNv. [7] El ARNm viral resultante tiene un aspecto idéntico al ARNm del huésped, lo que permite que la maquinaria celular endógena lleve a cabo el procesamiento y la exportación nuclear.
Los ARNm del huésped desprotegidos son objeto de una degradación dirigida, lo que conduce a la regulación negativa del ARNm celular. El RdRp de la gripe también interactúa con el dominio terminal C de la polimerasa II (Pol II) celular, que potencialmente promueve la transcripción viral al cambiar la conformación del RdRp. Además, al reducir la abundancia de Pol II, la gripe puede comenzar a interrumpir la transcripción crítica del huésped. [8]
Durante la replicación no se utiliza el método de apropiación de la tapa. En su lugar, el RdRp realiza un paso de “preparación y realineación” para garantizar que el genoma se copie por completo. En este mecanismo, el RdRp establece un cebador internamente y luego el ARNm se realinea para continuar la replicación. [9]
El dominio de unión a la caperuza PB2 de la influenza tiene un pliegue único, pero utiliza apilamiento aromático para ejecutar la unión a la caperuza m 7 G de manera similar a otras proteínas de unión a la caperuza. PA es un miembro de la familia de nucleasas PD(D/E)XK, que utiliza iones metálicos divalentes para escindir el ácido nucleico. Sin embargo, tiene un residuo de histidina peculiar en el sitio activo que liga el ion Mn2+ utilizado para la escisión. [5]
En octubre de 2018, la FDA de los Estados Unidos aprobó el baloxavir marboxil para el tratamiento de la gripe aguda sin complicaciones , lo que marca el primer fármaco antiviral nuevo contra la gripe en más de dos décadas. [10] El fármaco utiliza el conocimiento sobre el arrebato de capuchón al dirigirse e inhibir la función de endonucleasa de la subunidad PA, lo que evitará que el virus inicie la transcripción. El baloxavir marboxil (Xofluza) es eficaz contra la gripe A y B. [11]
La familia Arenaviridae y el orden Bunyavirales también son virus de ARN monocatenario, negativos y segmentados. Una endonucleasa dependiente de Mn2 + verificada se encuentra en el extremo N de la proteína L. El dominio TN-terminal se conserva entre varias familias, lo que sugiere una similitud evolutiva. Sin embargo, el dominio de unión a la caperuza no está confirmado para todas las familias de virus, pero se cree que se encuentra en la proteína L o nucleocápside (N o NP).[1] En los bunyavirales, la escisión de la endonucleasa y las preferencias de motivos nucleotídicos varían entre familias, géneros y especies. Esta variación se produce debido a la necesidad de algún apareamiento de bases con el extremo 3' del genoma viral. [7]
La estructura de la nucleoproteína del virus Lassa ( Arenaviridae ) contiene una segunda nucleasa. Los investigadores proponen que está involucrada en la atenuación de la respuesta al interferón, pero también contiene un sitio de unión a dTTP que puede usarse para el arrebato de la caperuza. En este modelo, las proteínas L y N cooperan en el proceso de arrebato de la caperuza. El modelo de dos dominios también se ha probado para los hantavirus, pero la proteína N en el virus de la fiebre del valle del Rift ( Phenuiviridae ) no posee las mismas características. [12]
El robo de capuchón también se ha investigado en profundidad en la familia Hantaviridae ( Bunyavirales ). Hay evidencia de que la proteína N se une al capuchón 5' y los protege de la degradación por la maquinaria celular. La proteína N se acumula en los cuerpos de procesamiento celular citoplasmáticos (cuerpos P), secuestrando los capuchones 5' protegidos como un grupo de cebadores disponibles para que el RdRp comience la síntesis de ARNm viral. Hay cuatro nucleótidos en el ARNv que están adyacentes al capuchón 5' para la unión. El virus escinde preferentemente el capuchón del ARNm en un residuo G 14 nucleótidos aguas abajo del capuchón. Además, generalmente escinde los capuchones del ARNm sin sentido en lugar del ARNm traducido activamente. La proteína N puede proteger los capuchones del ARNm del huésped sin cuerpos P, pero el RdRp no los utiliza de manera tan eficiente. [13]
El RdRp de Hantaviridae también puede participar en un mecanismo de “preparación y realineación”: el oligonucleótido del huésped prepara la transcripción del ARNm e inicia la transcripción con un residuo G terminal. Después de que se agregan varios nucleótidos, el ARN naciente se realinea moviendo dos nucleótidos hacia atrás en la secuencia terminal repetida (AUCAUCAUC) de modo que la G del huésped sea nuevamente el primer nucleótido, creando una extensión del extremo 5'. [14]