Cómo secuestran los virus la maquinaria endocítica?(I) Nature

Las células absorben partículas sólidas mediante un proceso llamado endocitosis. ¿Cómo utilizan los científicos los virus para aprender acerca de las funciones de endocitosis en las células?

Los virus son los microorganismos más pequeños en la naturaleza. Como tales, son parásitos obligados lo que significa que no pueden vivir o reproducirse sin un anfitrión. En consecuencia, los virus se encuentran allí donde hay organismos vivos, incluidos los humanos. El resfriado común, la varicela, el herpes labial, el SIDA y el SARS son sólo algunos ejemplos de las enfermedades que causan los virus. Después de que un virus se adhiere a su célula huésped, debe encontrar la manera de entrar en la célula. ¿Cómo han pirateado los virus las vías de la célula para causar infecciones, y cómo han aprendido los científicos acerca de la endocitosis mediante el estudio de las vías de entrada virales?

Guerra de la célula contra los virus

Como parte de nuestra guerra contra los virus, los científicos han tratado de entender todo lo que pueda acerca de estos pequeños pero complejos enemigos. Hemos aprendido mucho en las últimas décadas. Por ejemplo, con la ayuda de potentes microscopios, herramientas y métodos genéticos, bioquímicos, los científicos han descubierto que los virus sólo llevan los elementos esenciales necesarios para el reconocimiento de sus células huésped y replican su genoma dentro del huésped. Sin embargo, esta economía tiene un coste. Dada su simplicidad, los virus son completamente dependientes de la maquinaria biosintética de la célula huésped. Por lo tanto, han desarrollado trucos exquisitos para aprovechar las funciones de la célula huésped en su propio beneficio. Por así decirlo, los virus son análogos a un ejército enemigo que no se detendrá hasta que vence el territorio de su célula huésped y utiliza todos los recursos de ésta.

Por ejemplo, las células han evolucionado la maquinaria endocítica, un complejo conjunto de vesículas y proteínas para ingresar moléculas. En respuesta, algunos virus han desarrollado estrategias para secuestrar la maquinaria endocítica de la célula para entrar en el citoplasma o el núcleo de la célula, dependiendo de la estrategia de replicación del virus en particular. La ubicación en la que el ciclo de replicación viral se lleva a cabo es dictado por el tipo de ácido nucleico que constituye el genoma viral (ya sea ADN o ARN). La ironía es que mediante el estudio de los mecanismos de entrada del virus, los científicos han obtenido una mayor comprensión de la maquinaria endocítica de la célula.
A mediados de los años 1950, varios investigadores observaron que las pequeñas moléculas tales como iones, aminoácidos, azúcares y pueden atravesar la membrana plasmática a través de canales o bombas hechas de proteínas integrales de membrana. En contraste, se enteraron de que las grandes moléculas y partículas se internalizan en vesículas derivadas de la invaginación y separación de segmentos de la membrana plasmática en un proceso que llamaron endocitosis. La endocitosis también sirve como un mecanismo para controlar la composición de proteína y lípidos (un tipo de grasa) de la membrana plasmática. Por lo tanto, la endocitosis está implicada en la regulación de diferentes procesos celulares, incluyendo la mitosis , presentación de antígenos, la migración de la célula y muchas cascadas de señalización intracelulares.

Entendiendo la endocitosis

Nuestra comprensión moderna de la endocitosis proviene de dos importantes observaciones realizadas en la década de 1970. La primera fue por Ralph Steinman y sus colegas que utilizan los enfoques cuantitativos bioquímicos y microscopía electrónica para demostrar que las células en cultivo de mamífero fueron capaces de internalizar enormes cantidades de la membrana plasmática. Estos científicos hicieron la importante observación de que la mayor parte de la membrana que se internaliza más tarde fue reciclada de nuevo a la membrana plasmática (Steinman, Brodie y Cohn, 1976).

El segundo descubrimiento clave es debido a por Michael Brown, Joseph Goldstein y sus colegas, que estaban estudiando la regulación del colesterol en el metabolismo. Tenían la intención de encontrar tratamientos para las enfermedades causadas por los altos niveles de colesterol en la sangre. A través del estudio de la absorción de las lipoproteínas de baja densidad (LDL) por fibroblastos de la piel, se observó que la internalización de LDL fue mediada por un receptor específico presente en la superficie de las células. Se acuñó el término “endocitosis mediada por el receptor” para describir la entrada de las LDL en las células (Goldstein y Brown 2009). En otra serie de experimentos, Brown y Goldstein utilizaron la microscopía electrónica para examinar la endocitosis de LDL (y varios otros ligandos). Ellos observaron que las vesículas responsables de la endocitosis de estas moléculas eran vesículas “recubiertas” rodeadas por una capa de Retículo. Brown y Goldstein fueron galardonados con el Premio Nobel por sus destacadas contribuciones al estudio del metabolismo del colesterol, incluyendo el descubrimiento de la endocitosis mediada por receptor.

En 1975, Barbara Pearse identificó la proteína que recubre las vesículas endocíticas. Llamó a la proteína clatrina por su capacidad para formar estructuras entrerejadas com las de Pearse (1976). Mediante la secuenciación de fragmentos de la proteína clatrina (péptidos), Pearse descubrió que la proteína estaba altamente conservada en diferentes tipos de células e incluso en animales de diferentes especies.

Los virus entran en escena

Durante la década de 1970, Ari Helenius comenzó a trabajar con el Semliki Forest virus (SFV), un virus aislado por primera vez de los mosquitos en Uganda que pueden causar enfermedades en los seres humanos y los animales. Helenius y sus colegas descubrieron que SFV se une inicialmente a la superficie de la célula. Después de haberse fijado, la mayoría del virus están envueltos rápidamente por vesículas recubiertas y secuestrados en vacuolas intracelulares y lisosomas. Usando microscopía y estudios bioquímicos, concluyeron que el SFV entraba en las células mediante el uso de la vía de endocitosis mediada por clatrina. El trabajo de Helenius ligaba la historia de los virus de la historia de la endocitosis. ¿Cómo utilizaron estos virus la vía endocítica de las células?

El primer paso para un virus para invadir una célula es cruzar la membrana plasmática de la célula, que es una barrera lipídica. En general, un virus consta de una o más capas de proteína que encierran su genoma viral. En algunos casos, el virus también contiene enzimas, tales como polimerasas y proteasas, que son necesarias para la replicación viral dentro de la célula. Algunos virus también tienen una envoltura lipídica incrustada con las proteínas. Ambos virus, con envoltura y sin envoltura, utilizan las proteínas presentes en sus superficies para unirse y entrar en la célula huésped. La investigación de Helenius mostró que los virus han desarrollado la capacidad de secuestrar y utilizar mecanismos de endocitosis de la célula para invadir sus células huésped de manera eficiente. Las vesículas endocíticas transportan las partículas virales entrantes de la membrana plasmática a la zona perinuclear de la célula huésped, donde las condiciones para la replicación viral son óptimas.

En ese momento, los científicos sabían que las vesículas endosomales maduran durante su viaje en la célula y que el pH del lumen de la vesícula se reduce gradualmente. En sus estudios de SFV, Helenius y sus colegas hicieron un segundo descubrimiento. Se observó que la disminución en el pH de la vesícula indujo cambios conformacionales en las partículas virales de SFV (viriones), lo que les permite escapar de la vesícula y entran en el citoplasma de la célula, donde podrían iniciar su ciclo de replicación. Los investigadores estaban muy emocionados. Si las observaciones son correctas, entonces puede ser que sean capaces de inhibir la entrada de SFV en las células mediante la prevención de la acidificación de los endosomas. En un experimento seminal, usaron compuestos que previenen la acidificación endosomal para ver si podían bloquear la invasión de células de SFV (Helenius et al . 1980). Para su deleite, su hipótesis fue correcta!

No una, varias vías para entrar en las células

Algunos años después del descubrimiento de la endocitosis mediada por receptor, se hizo evidente que no todo fue internalizados por endocitosis dependiente de clatrina. Por ejemplo, cuando los científicos inhibieron la endocitosis mediada por clatrina con un tratamiento que elimina el entrerejado de clatrina de la membrana plasmática, las células podrían todavía internalizar de manera eficiente la toxina ricina (una proteína de semillas de ricino) (Larkin et al. 1983). ¿Cómo podría ser internalizada la ricina sin clatrina? La explicación más obvia es que existía una forma de endocitosis independiente de la clatrina. Los científicos tenían que encontrarla.

Gracias a su trabajo, ahora sabemos que hay dos grandes clases de vías endocíticas en las células de mamíferos, dependiendo de si la absorción implica partículas grandes (fagocitosis) o principalmente solutos y agua (pinocitosis). Estas vías difieren en la carga que internalizan, las señales necesarias para la activación, la maquinaria de la proteína implicada en el proceso endocítico y el destino del material interiorizado (Figura).

Figura : Vías de entrada en las células
Las partículas grandes pueden ser absorbidos por fagocitosis, mientras que la captación de fluido se produce por macropinocitosis. Numerosos cargos pueden endocitosis por mecanismos que son independientes de la proteína de la cubierta de clatrina y la GTPasa fisión, dinamina. Cargas más internalizados se entregan al endosoma temprano a través de vesiculares (clatrina o caveolina-revestido vesículas) o intermedios tubulares conocidos como portadores de clatrina y dynamin-independientes (CLIC) que se derivan de la membrana plasmática. Algunos caminos pueden primero tráfico a compartimentos intermedios, como los fosfatidilinositol-anclado proteínas enriquecidas con principios de endosomal compartimentos caveosome o glicosil (GEEC), en ruta hacia el endosoma temprano.

Referencias y lecturas recomendadas


Amstutz, B. et al. subversión de macropinocytosis CtBP1 controlado por adenovirus humano serotipo 3 . EMBO Journal 27 , 956-969 (2008).

Anderson HA et al. Bound virus de simio 40 transloca a dominios de la membrana caveolina-enriquecidos, y su entrada es inhibida por fármacos que interrumpen selectivamente caveolae . Biología molecular de la célula 7 , 1825-1834 (1996).

Clement, C. et al. Un nuevo papel para la absorción de fagocitosis-como en la entrada del virus del herpes simple . Revista de Biología Celular 174 , 1009-1021 (2006).

Ehrlich, M. et al. endocitosis por iniciación aleatoria y la estabilización de depresiones revestidas de clatrina . célula 118 , 591-605 (2004).

Ghigo, E . et al. Mimivirus Ameobal patógeno infecta a los macrófagos a través de la fagocitosis . PLoS Patógenos 4 , e1000087 (2008).

Goldstein, JL y Brown, MS Historia de descubrimiento: El receptor de LDL . Arteriosclerosis, Trombosis, and Vascular Biología 29 , 431-438 (2009).

Helenius, A. et al. En la entrada del virus del Bosque de Semliki en células BHK-21 . Revista de Biología Celular 84 , 404-420 (1980).

Huang, CY et al. Una nueva proteína celular, VPEF, facilita la penetración del virus vaccinia en células HeLa mediante endocitosis fase fluida . Journal of Virology 82 , 7988-7999 (2008).

Larkin, JM et al. El agotamiento de potasio intracelular detenciones formación de pozo revestido y endocitosis mediada por receptor en los fibroblastos. célula 33 , 273-285 (1983).

Liberali, P. et al. El cierre de macropinosomes Pak1-dependientes requiere la fosforilación de CtBP1/BARS . EMBO Journal 27 , 970-981 (2008).

Marechal, V. et al. entrada del virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 en macrófagos mediada por macropinocitosis . Journal of Virology 75 , desde 11.166 hasta 11.177 (2001).

Meertens, L., Bertaux, C. & Dragic, T. entrada del virus de la hepatitis C requiere un paso postinternalization crítica y la entrega a los endosomas tempranos a través de vesículas revestidas de clatrina . Journal of Virology 80 , 11.571 a 11.578 (2006).

Mercer, J. & Helenius, A. Virus entrada por macropinocytosis. Nature Cell Biology 11 , 510-520 (2009) doi: 10.1038/ncb0509-510.

Pearse, BMF Clathrin: Una única proteína asociada a la transferencia intracelular de la membrana de las vesículas revestidas . Actas de la Academia Nacional de Ciencias 73 , 1255-1259 (1976).

Rojek, JM, Pérez, M. & Kunz, S. entrada celular del virus de la coriomeningitis linfocítica . Journal of Virology 82 , 1505-1517 (2008).

Sánchez-San Martín, C. et al. Caracterización de entrada a la célula por rotavirus . Journal of Virology 78 , 2310-2318 (2004).

Smith, JL, Campos, SK & Ozbun, MA virus del papiloma humano tipo 31 utiliza un caveolina 1 – y dynamin vía de entrada 2 mediada por la infección de los queratinocitos humanos . Journal of Virology 81 , 9922 a 9931 (2007).

Steinman, RM, Brodie, SE & Cohn, ZA flujo de la membrana durante la pinocitosis: Un análisis estereológica . Journal of Cell Science 68 , 665-687 (1976).

Tauber, AI Metchnikoff y la teoría de la fagocitosis Nature Reviews Molecular Biología Celular 4 , 897-901 (2003) doi: 10.1038/nrm1244.

van der Bliek, AM et al. Las mutaciones en humanos dynamin bloquear una etapa intermedia en la formación de vesículas recubierto .Revista de Biología Celular 122 , 553-563 (1993).

van der Schaar, HM et al. Disección de la vía de entrada a la célula del virus del dengue por el seguimiento de una partícula en las células vivas . PLoS Patógenos 4 , e1000244 (2008).

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