Las viroporinas son proteínas virales multifuncionales pequeñas y generalmente hidrófobas que modifican las membranas celulares, facilitando así la liberación del virus de las células infectadas. [2] [3] Las viroporinas son capaces de ensamblarse en canales iónicos oligoméricos o poros en la membrana de la célula huésped , volviéndola más permeable y facilitando así la salida de viriones de la célula. Muchas viroporinas también tienen efectos adicionales sobre el metabolismo celular y la homeostasis mediada por interacciones proteína-proteína con proteínas de la célula huésped. [3] Las viroporinas no son necesariamente esenciales para la replicación viral , pero sí mejoran las tasas de crecimiento. Se encuentran en una variedad de genomas virales , pero son particularmente comunes en los virus de ARN . Muchos virus que causan enfermedades humanas expresan viroporinas. Estos virus incluyen el virus de la hepatitis C , el VIH-1 , el virus de la influenza A , el poliovirus , el virus respiratorio sincitial y el SARS-CoV . [3] [4] [5]
Las viroporinas suelen ser pequeñas (menos de 100 o 120 residuos de aminoácidos ) y contienen al menos una región capaz de plegarse en una hélice transmembrana anfipática . Algunos ejemplos también contienen tramos de aminoácidos básicos o tramos de aminoácidos aromáticos que se cree que residen en la región interfacial de la membrana. [3] Los oligómeros de estas proteínas, con mayor frecuencia tetrámeros , [6] forman canales iónicos o poros de selectividad iónica generalmente débil que permiten la difusión de iones a través de la membrana celular . La arquitectura molecular del poro, su grado de selectividad, el grado en que incorpora lípidos de la membrana circundante y la presencia de porciones de la proteína que se extienden más allá de la membrana varían entre las viroporinas e indican que estas proteínas tienen una variedad diversa de roles funcionales. [4] [5]
Un esquema de clasificación propuesto clasifica las viroporinas en cuatro clases según su topología y orientación en la membrana. Las viroporinas de clase I poseen una sola hélice transmembrana; en la clase IA, el extremo C está orientado hacia el citosol y en la clase IB, el extremo N está orientado de esa manera. Las viroporinas de clase II poseen un motivo hélice-giro-hélice con ambas hélices cruzando la membrana; en la clase IIA, ambos extremos están orientados externamente (extracelularmente o hacia el lumen del retículo endoplasmático ) y en la clase IIB, los extremos están orientados hacia el citosol. [5] Existen posibles excepciones a este esquema, como la proteína no estructural 4 del rotavirus . [7] [8]
La mayoría de las viroporinas no son esenciales , pero su ausencia reduce significativamente la eficiencia de la propagación viral. Existe una variación significativa en las consecuencias de la depleción de viroporina: mientras que el virus de la hepatitis C es incapaz de propagarse sin su proteína p7 viroporina, el virus de la influenza A y el VIH-1 ven disminuciones en el título viral in vitro de 10 a 100 veces en ausencia de sus respectivas viroporinas, pero siguen siendo capaces de propagarse. [4] [9] En la mayoría de los casos, la ausencia de viroporina en el genoma viral puede ser rescatada por la presencia de viroporina en trans , y algunas veces la replicación viral puede ser rescatada parcialmente en presencia de la viroporina de otro virus. [5]
La función más estudiada y mejor establecida de las viroporinas es la permeabilización de la membrana celular a iones y pequeños solutos. [10] Antes de que las viroporinas en sí mismas fueran entendidas como una clase, era bien sabido que muchos virus inducen la permeabilización de la membrana en las células infectadas; las viroporinas son al menos parcialmente responsables de este efecto, particularmente cuando ocurre tarde en el ciclo de replicación viral. [2] [3] [11] Las viroporinas expresadas transgénicamente , en ausencia de su virus de origen, inducen el mismo efecto, una característica que ha facilitado el descubrimiento de la viroporina. [5] [12]
En la mayoría de los casos, los poros formados por las viroporinas no son selectivos o solo son débilmente selectivos para iones particulares o moléculas pequeñas. [9] Sin embargo, algunos ejemplos muestran una fuerte selectividad; los ejemplos incluyen la proteína del canal de protones M2 del virus de la influenza A , que es altamente selectiva para protones y es activa a pH bajo , y la proteína Kcv del virus Chlorella, que es selectiva para iones de potasio . Un mecanismo alternativo es ilustrado por la proteína E del SARS-CoV , que forma un poro que integra lípidos de membrana cuyos grupos de cabeza polar influyen en la selectividad iónica. [4] La proteína E homóloga del SARS-CoV-2 se ha caracterizado estructuralmente por RMN de estado sólido y se ha descubierto que forma un pentámero permeable a cationes . [13] [14]
La pérdida de polarización de la membrana puede promover la producción viral a través de una variedad de mecanismos que operan a lo largo del ciclo de vida viral. En los virus envueltos , las viroporinas no están altamente concentradas en la envoltura viral, pero sin embargo su presencia puede promover la entrada viral en la célula; el virus de la influenza A proporciona un ejemplo bien estudiado. Las viroporinas en las membranas de orgánulos como el aparato de Golgi pueden influir en los entornos internos de esos orgánulos, lo que puede modular el tráfico de proteínas virales o proteger a las proteínas del bajo pH que de otro modo encontrarían en estos compartimentos celulares. En los virus no envueltos, los cambios de permeabilidad de la membrana pueden ser suficientes para inducir la lisis celular , permitiendo así que los nuevos viriones salgan de la célula. En los virus envueltos, se cree que el efecto de despolarización de las viroporinas promueve la gemación viral. [4] [5] La anulación de la función del canal iónico o del poro de las viroporinas, ya sea a través de mutaciones que bloquean la conductancia sin alterar otras funciones o mediante fármacos bloqueadores del canal, generalmente reduce o elimina la propagación viral. [4]
La mayoría de los virus que codifican viroporinas pueden replicar sus genomas en ausencia de la viroporina, incluso si su propagación está alterada. Sin embargo, los rotavirus y los picornavirus dependen de sus viroporinas para facilitar la formación de viroplasma , o compartimentos intracelulares especializados remodelados a partir de la membrana del retículo endoplasmático en el que se produce la replicación del genoma. [5]
Algunas viroporinas tienen efectos funcionales establecidos que se ejercen a través de interacciones proteína-proteína . Por ejemplo, la viroporina Vpu del VIH-1 promueve la gemación viral a través de interacciones con CD4 y tetherin , aunque no se conoce el mecanismo molecular preciso de esta interacción. [6] [7] [9] La agnoproteína del poliomavirus JC funciona como una viroporina además de otras funciones mediadas a través de interacciones con proteínas virales como la proteína principal de la cápside VP1 . [15]
Las viroporinas también pueden considerarse factores de virulencia ; en los virus en los que las viroporinas no son esenciales, su patogenicidad se atenúa en ausencia de viroporina más allá del nivel esperado por los efectos sobre la propagación viral. En algunos casos, los efectos de permeabilización de la membrana de las viroporinas activan el inflamasoma , un complejo proteico asociado con la activación de la inmunidad innata que, cuando es hiperactivo, puede causar síntomas de enfermedad. [4]
En 2012 se informó que la proteína E5 del virus del papiloma humano 16 , la menos estudiada de las tres proteínas oncogénicas del VPH conocidas, era una viroporina. [16] Este fue el primer ejemplo conocido de una viroporina oncogénica. [7]
Debido a que algunas viroporinas son esenciales para la propagación viral, a menudo se las considera objetivos farmacológicos atractivos para el desarrollo de fármacos antivirales. [3] [9] Aunque se ha informado que muchos compuestos químicos interfieren con las funciones del canal iónico de varias viroporinas, el uso clínico es relativamente raro. La amantadina , que se descubrió en la década de 1960 y se ha utilizado clínicamente contra la influenza A durante algún tiempo, es un ejemplo de un fármaco dirigido a la viroporina; [4] [17] [18] sin embargo, una revisión Cochrane de 2014 no encontró beneficios para su uso en niños o personas mayores [19] y los CDC de EE. UU. no recomiendan medicamentos de esta clase debido a mutaciones de resistencia generalizadas . [20]
Las viroporinas se pueden encontrar en una gran cantidad de virus con organizaciones genómicas y mecanismos de replicación distintos.
Esta tabla representa una combinación de la Tabla 1 de Gonzalez et al. 2003, [3] la Tabla 1 de Wang et al. 2011, [6] y la Tabla 1, Cuadro 1 y Cuadro 2 de Nieva et al. 2012. [5]
Medios relacionados con Viroporin en Wikimedia Commons