Nuevas perspectivas sobre la dinámica de la proteína Env del VIH-1

HIV-1, el virus que causa el SIDA, tiene una proteína especial en su superficie llamada Glicoproteína de envoltura, o Env para los amigos. Esta proteína es clave para que el virus entre a las células humanas. Env está compuesta por dos partes: gp120 y gp41, que se juntan para formar una estructura que puede cambiar de forma. Esta habilidad para cambiar permite que el virus se fusione con las membranas de las células que quiere infectar.

Pero este proceso no es fácil. El virus enfrenta un montón de desafíos para entrar en una célula humana. Usa un sistema de "doble cerradura" para asegurarse de que puede entrar. Primero, la parte de Env del virus reconoce un receptor principal en la célula llamado CD4. Esta conexión inicia una serie de cambios en la forma de Env que le permiten conectarse con otro receptor (CXCR4 o CCR5) en la célula. Una vez que se hacen ambas conexiones, Env crea un puente que acerca al virus y a la célula, lo que lleva a la fusión de sus membranas.

Se ha estudiado bastante la estructura y el comportamiento de la proteína Env. Los investigadores han logrado tomar imágenes detalladas de las diferentes formas que puede adoptar Env. Analizaron cómo se comporta la proteína al conectarse con CD4 y otros receptores, y cómo cambia según diversas condiciones, como cuando los Anticuerpos se adhieren a ella.

A pesar de toda la información recopilada, todavía hay muchas preguntas sobre cómo Env hace la transición de un estado a otro durante el proceso de entrar en una célula. Se ha hecho algo de trabajo tratando de simular estas transiciones, pero la mayoría se ha centrado solo en una parte de la proteína y no han mirado de cerca toda la estructura que incluye los azúcares que se adhieren a ella.

#El Desafío de Estudiar las Transiciones de Env

Los cambios en la estructura de proteínas como Env suelen ocurrir en un rango de tiempo que puede ir de milisegundos a segundos. Como estudiar estas transiciones puede ser complicado, los investigadores a menudo usan simulaciones por computadora para ayudar. Sin embargo, realizar estas simulaciones para proteínas grandes como Env es difícil por la gran cantidad de información necesaria.

Para abordar este desafío, se utilizó un método llamado simulación de dinámica molecular colectiva (coMD). Este enfoque ayuda a los investigadores a explorar los cambios en la forma de la proteína durante un período más largo, mientras siguen teniendo en cuenta todos los átomos y detalles. Este estudio se centró en cómo la proteína Env se mueve de una forma cerrada a una forma abierta que se une a CD4. Durante la investigación, los investigadores encontraron una etapa intermedia importante que no se había reconocido antes: la llamaron la fase "intermedia ocluida".

#La Estructura de la Proteína Env

El punto de partida para estudiar Env implica conocer dos formas clave de la proteína: la forma cerrada de prefusión y la forma abierta unida a CD4. Los investigadores usaron estructuras conocidas de Env para crear estos puntos de partida para sus simulaciones. Modelaron la proteína Env usando plantillas de versiones estudiadas anteriormente y luego añadieron los azúcares que cubren la superficie de la proteína.

Se ejecutaron dos simulaciones al mismo tiempo, comenzando con la forma cerrada y tratando de llegar a la forma abierta. Estas simulaciones ayudaron a definir la trayectoria de transición de Env, revelando cómo cambia de forma mientras se prepara para entrar en una célula.

#Cambios Clave en Env Durante la Transición

A medida que las simulaciones avanzaban, se hacía evidente que partes específicas de la proteína sufrían cambios significativos. Por ejemplo, partes de Env que antes estaban bien juntas comenzaron a separarse. Los bucles en la parte superior de la proteína, conocidos como V1V2 y V3, cambiaron de posición. El bucle V1V2 comienza en un estado más ordenado y se vuelve desordenado a medida que la proteína se abre.

Además, algunas regiones de la proteína Env que inicialmente estaban sueltas empezaron a formar estructuras estables a medida que la transición evolucionaba. Por ejemplo, una parte de gp41 llamada HR1C, que inicialmente era un bucle desordenado, comienza a formar una hélice estructurada durante la transición. Los cambios en los bucles V1V2 y V3 y en la estructura de HR1C resaltan la complejidad de cómo Env pasa del estado cerrado al estado abierto.

#Observando la Cobertura de Glicanos

Un aspecto interesante de Env es cómo está cubierta de azúcares, conocidos como glicanos, que juegan un papel en su función y en la protección contra el sistema inmunológico. Durante la transición, los investigadores encontraron un cambio significativo en la cobertura de glicanos. Al principio, los bucles de Env estaban cubiertos de glicanos, pero a medida que la proteína se abría, apareció un "agujero de glicano" en el medio, exponiendo la proteína por debajo. Este cambio se notó que ocurría temprano en la transición y crecía a medida que la proteína se abría completamente.

Los investigadores midieron el tamaño de este agujero de glicano y notaron que, mientras se mantenía relativamente sin cambios en ciertas áreas, se volvía mucho más grande en la parte superior de la proteína cuando estaba completamente abierta.

#Investigando el Estado Intermedio Ocluido

Mientras analizaban las transiciones, los investigadores encontraron que muchos de los cambios ocurrían durante la fase intermedia ocluida. Esta conformación única no ha sido estudiada ampliamente antes. Notaron que los bucles V1V2 y V3 tenían un movimiento significativo, mientras que otros elementos de la proteína se mantenían estables.

Se notó que cuatro anticuerpos específicos se unían a este estado intermedio ocluido. Se encontró que estos anticuerpos desencadenaban el proceso de apertura, indicando su posible papel en el desarrollo de terapias o vacunas contra el VIH.

#Usando Técnicas Avanzadas para Estudiar Env

Para explorar más estos hallazgos, los investigadores utilizaron técnicas de transferencia de energía de resonancia de fluorescencia de molécula única (smFRET) en partículas virales enteras. Esto les permitió ver cómo se comporta la proteína Env en un entorno más natural. Descubrieron que los anticuerpos que se unían a Env influían en la conformación de la proteína y estabilizaban el estado intermedio ocluido.

Cuando examinaron cómo estos anticuerpos afectaban a Env en el virus, encontraron que desplazaban la población de Env hacia el estado intermedio ocluido. Este estado era distinto del estado abierto unido a CD4 previamente identificado y muestra cómo la dinámica de Env puede cambiar en diferentes entornos.

#Implicaciones para el Desarrollo de Vacunas

La presencia del estado intermedio ocluido abre nuevas avenidas para la investigación y potenciales terapias. Los anticuerpos que reconocen este estado podrían ser importantes para diseñar vacunas efectivas contra el VIH. La pregunta sigue siendo si las futuras vacunas se centrarán principalmente en atacar las etapas tempranas o intermedias de Env o si también incluirán los estados más abiertos reconocidos por CD4.

Los hallazgos sugieren que este estado intermedio ocluido podría ser un objetivo valioso para nuevos tratamientos. Al estudiar cómo interactúan los anticuerpos con Env en este estado específico, los investigadores pueden obtener ideas para diseñar estrategias para neutralizar el VIH y mejorar las formulaciones de vacunas contra el virus.

#Conclusión

A través de una combinación de simulaciones avanzadas y técnicas experimentales, los investigadores están comenzando a desentrañar el comportamiento complejo de la proteína Env del VIH-1 durante su transición de un estado cerrado a uno abierto. El descubrimiento del estado intermedio ocluido presenta una nueva perspectiva sobre cómo el virus interactúa con las células humanas y cómo podría ser atacado por futuras terapias y vacunas. A medida que se aprende más sobre estas transiciones, el potencial para combatir el VIH aumenta, brindando esperanzas para mejorar las estrategias de prevención y tratamiento.

La investigación sigue evolucionando, con el objetivo de mejorar nuestra comprensión de la dinámica de Env y sus diversas conformaciones en relación con la infección por VIH y la respuesta inmunitaria, guiando en última instancia la lucha contra este desafío de salud global.