Visitas guiadas al rotavirus por el citoesqueleto de la célula

M. en C. Oscar Trejo Cerro

Cuando era niño solía quejarme de mi baja estatura y mi madre siempre me decía que “las mejores cosas vienen en frascos pequeños”. Afortunadamente para mí, entré a la adolescencia y di el famoso “estirón” por lo que la frase de mi madre quedó en desuso. Tiempo después, en la universidad, conocí el mundo de la microbiología y comprendí que mi madre tenía razón, ya que descubrí que en el mundo existían una gran variedad de seres microscópicos fascinantes que conviven día a día con el ser humano. Dentro del área de la microbiología se encuentra una rama que estudia entidades bioló- gicas extremadamente pequeñas, la virología, la cual se encarga de estudiar a los virus. Estos agentes infecciosos que sólo son capaces de producirse dentro de una cé- lula huésped, fueron los protagonistas en mi proyecto de investigación a lo largo de mi estadía en el Instituto de Biotecnología (IBt).

Realicé la maestría en el laboratorio de los doctores Carlos Arias y Susana López, utilizando como modelo de estudio al rotavirus. A nivel mundial, el rotavirus es el agente viral responsable de 140 millones de casos de gastroenteritis cada año, afectando principalmente a niños menores de 5 años de edad; la población que es mayormente susceptible son infantes menores de dos años (hasta el 70% de los casos). El ciclo de replicación viral o “producción viral” comprende diferentes etapas que le permiten al virus infectar a su célula huésped para poder multiplicarse y generar una gran cantidad de partículas virales infecciosas. Dentro de este ciclo viral existen diferentes pasos (Figura 1): en primer lugar, el virus requiere adherirse a la célula que va a infectar, lo cual logra reconociendo a una proteína o receptor celular que le permite “pegarse” a la célula de manera específica. Posteriormente el virus ingresa al interior de la célula, se desensambla para liberar su material genético y mediante el proceso de transcripción y traducción, forma a las proteínas virales. De manera paralela se debe replicar el genoma (todo el conjunto de genes), lo cual genera múltiples copias del material genético del virus. Una vez que existe suficiente cantidad del genoma y proteínas virales, éstas se ensamblan para formar al virus completo. Finalmente la partícula viral infecciosa requiere liberarse de su célula huésped e infectar a otras células; ésto se lleva a cabo por distintos procesos, ya sean líticos (matando a la célula) o no líticos (“gemando” de la célula infectada o saliendo envueltos en vesículas).

Mi contribución ante dicha problemática fue dilucidar y entender los procesos de infección del rotavirus hacia la célula huésped.

Bajo la tutoría del Dr. Arias, me enfoqué en estudiar cómo es que el virus se libera de la célula. Entonces, nos preguntamos si el rotavirus altera una estructura de gran relevancia para la célula, que los científicos llamamos “el citoesqueleto de actina” para favorecer su producción (replicación) dentro de una célula. El citoesqueleto es una estructura celular muy activa que se encarga de dar forma a la célula, además de favorecer el movimiento y la división celular. Está constituído por varios componentes, entre ellos los filamentos de actina que forman una red cerca de la membrana celular; su arreglo parecería a un hilo compuesto por varias hebras que forman un entramado (Figura 2), dándole soporte a la membrana. Dichas estructuras tienen orientación y pueden ser modificadas por señales externas a la célula.

Para responder a la pregunta, usé una molécula química llamada jasplakinólido, el cual es producido por la esponja marina Jaspis johnstoni. Este compuesto induce la formación y estabiliza los filamentos de actina, es decir, los mantiene inmóviles de tal manera que impide su organización adecuada. Nuestros resultados indican que el virus se sintetiza en las células pero no logra salir en presencia del jasplakinólido. Mediante la técnica de detección por anticuerpos marcados con moléculas fluorescentes –que por su reconocimiento específico son usados para rastrear a las moléculas deseadas- pudimos observar en el microscopio electrónico que la proteína viral VP4 (presente en la superficie del virus) se distribuye homogéneamente en todo el citoplasma de las células infectadas, sin embargo, cuando las células se tratan con el jasplakinólido, esta proteína se acumula cerca del núcleo. Ésto nos sugirió que esta proteína se transporta intracelularmente por medio de un proceso dependiente del movimiento del citoesqueleto de actina, y para que el virus pueda salir de la célula infectada, requiere de un citoesqueleto bien organizado y dinámico de su célula huésped. Nuestro siguiente paso fue determinar el proceso por el cual el virus sale de las células. En otros estudios utilizando como modelo a otros virus (poliovirus y hepatitis A) se ha demostrado que estos virus brotan de su célula huésped envueltos en vesículas extracelulares, por lo que quisimos saber si existía un proceso de liberación similar para el caso del rotavirus. Para ello, tomamos virus recién liberados de células infectadas y observamos que el virus estaba asociado a las membranas celulares. La técnica que nos permitió llegar a este resultado fue por un gradiente de densidad, es decir, las partículas a analizar son separadas por diferentes velocidades de centrifugación y se forma una escalera (gradiente) en la muestra, de acuerdo a su peso específico y de esta manera sabemos en qué parte del gradiente se encuentran las partículas virales asociadas a membranas.

Por otro lado, para saber si las proteínas de la célula huésped que están a cargo de la organización del citoesqueleto de actina, son importantes para que el rotavirus lleve a cabo su ciclo infeccioso, impedí su producción en la célula, mediante el sistema de RNA de interferencia (RNAi), el cual consiste en bloquear especí- ficamente a la hebra de mRNA, impidiendo de esta manera la síntesis del producto final, es decir, las proteínas que dirigen al citoesqueleteo en cuanto a forma y organización (ver Biotecnología en Movimiento No. 8, Pág. 20).

En este caso silenciamos a dos genes involucrados en la organización del filamento de actina: actn4 y diaph; observé que al bloquear la síntesis de esas proteínas, provocaba la disminución en la producción de nuevas partículas infecciosas. Para saber en qué parte del ciclo infeccioso del rotavirus era importante la participación de las proteínas, evalué el silenciamiento de los genes durante la infección del rotavirus en la célula. El ciclo consiste en: a) la entrada del virus, b) la síntesis de proteínas virales, c) su ensamblaje y liberación. Después de analizar el silenciamiento de estos genes en cada paso del ciclo viral, encontramos que estas proteínas son importantes para que el rotavirus pueda entrar a la célula.

Es posible que en el proceso de entrada del virus se requiera una reorganización de esta red de actina, favorecida por las proteínas actn4 y diaph y ésto facilite la entrada de rotavirus, sin embargo, debemos seguir investigando para corroborar esta hipótesis.

Nuestros resultados demuestran que el citoesqueleto de actina participa activamente en el ciclo de replicación de rotavirus, ya sea en su entrada o salida de las células infectadas. Gracias al entendimiento de estos procesos celulares, que están implicados en el ciclo viral, se podrían desarrollar eventualmente, tratamientos que impidan que el virus entre o se disemine a otras células, en personas infectadas con el virus. La experiencia obtenida en mis estudios de posgrado en el IBt me ha apoyado inmensamente en mi formación como profesional, ya que el Instituto es una gran plataforma de investigación nacional, además de que tuve la oportunidad de interactuar con científicos que me hicieron madurar para poder proyectarme como un futuro investigador.

Fuente: Revista Biotecnología en Movimiento

¿Ya conoces nuestro canal de YouTube? ¡Suscríbete!