Entendiendo la replicación de arbovirus en células huésped

Los arbovirus son virus que se transmiten a través de insectos como mosquitos y moscas. Pueden infectar tanto a animales como a humanos. Un ejemplo conocido es el virus de estomatitis vesicular (VSV), que afecta al ganado en Estados Unidos y puede causar problemas importantes en la agricultura debido a cuarentenas y restricciones comerciales. De unos 500 arbovirus conocidos, alrededor de 150 pueden causar enfermedades en humanos. Esta situación ha llevado a la Organización Mundial de la Salud a iniciar la "Iniciativa Global de Arbovirus" para rastrear y gestionar estas enfermedades.

Un grupo específico de arbovirus que se sabe que afectan a humanos pertenece a la familia Togaviridae. Este grupo incluye el virus chikungunya, que es el segundo arbovirus más común en humanos en todo el mundo. Sin embargo, estudiar el virus chikungunya es complicado porque los científicos necesitan laboratorios especiales (nivel de bioseguridad 3) para trabajar con él de forma segura. Por otro lado, otros virus menos dañinos, como el virus del río Ross y el virus Sindbis, se pueden estudiar en entornos menos estrictos, lo que permite a los investigadores estudiar cómo estos virus interactúan con sus huéspedes.

A pesar de estos esfuerzos, todavía no tenemos vacunas ni tratamientos efectivos para la mayoría de las infecciones por arbovirus, particularmente las causadas por virus de la familia Togaviridae. Identificar cómo el sistema inmunológico puede limitar estos virus podría abrir nuevas formas de desarrollar tratamientos.

#Estudiando las respuestas del huésped

Los científicos han estado utilizando técnicas como CRISPR-Cas9 y la interferencia de ARN para averiguar cómo las respuestas inmunitarias del huésped afectan la replicación de arbovirus. Sin embargo, estos métodos pueden ser complicados y requieren mucho tiempo y dinero para establecerse, lo que los hace desafiantes, especialmente para estudiar sistemas de huéspedes no tradicionales. Además, estas técnicas no revelan cómo los virus se adaptan para evadir las defensas inmunitarias del huésped.

Entender cómo algunos virus producen proteínas que les ayudan a evadir las defensas del huésped es crucial. Estas proteínas, conocidas como proteínas de evasión inmunológica (IEPS), pueden unirse a factores del huésped para detener su función o modificarlos para cambiar su función. Este conocimiento es fundamental por dos razones principales. Primero, indica que estas interacciones son significativas durante la continua lucha entre patógenos y huéspedes. Segundo, algunas IEP pueden influir en qué tan bien un virus puede causar enfermedad, y estudiarlas puede ayudarnos a aprender más sobre los mecanismos de la enfermedad.

Es esencial crear pruebas simples que puedan identificar factores antivirales importantes que limitan la Replicación viral y proporcionar información sobre cómo funcionan esos factores.

#Infecciones abortivas en células de polilla

La investigación ha demostrado que algunos arbovirus, como VSV y el virus Sindbis, no se replican bien en células de polilla. Por ejemplo, las células LD652 de la polilla esponjosa muestran infecciones abortivas con estos virus, lo que significa que después de que el virus entra en la célula y comienza a replicarse, el proceso no se completa con éxito. Curiosamente, si los investigadores inhiben la transcripción del huésped o introducen ciertas proteínas de otros virus, la replicación de VSV y Sindbis se puede rescatar en estas células de polilla. Esto sugiere que las respuestas antivirales innatas en estas células obstaculizan la replicación de VSV y Sindbis.

Aunque sabemos que algo detiene estos arbovirus en células de polilla, los detalles sobre cuáles son estas respuestas inmunológicas siguen siendo poco claros. Estudios recientes proporcionaron la secuencia genómica completa de la polilla esponjosa y la actividad génica en las células LD652. Esta información puede ayudar a entender las interacciones entre los virus y las células de polilla a nivel molecular.

Nuestros hallazgos muestran que las proteínas de los poxvirus de mamíferos pueden suprimir las respuestas inmunológicas en las células de polilla. Esto nos lleva a investigar si hay proteínas de patógenos mamíferos que podrían ayudar a la replicación de arbovirus en células de polilla.

#Interacción con patógenos bacterianos

Las bacterias también producen varias proteínas que pueden manipular las respuestas inmunológicas en huéspedes eucariotas. Muchas de estas proteínas, llamadas efectores, pueden entrar en las células del huésped y alterar varios procesos celulares, incluidas las respuestas inmunológicas. Algunos efectores bacterianos también pueden inhibir vías que los virus utilizan para evadir las defensas del huésped.

Aunque se ha aprendido mucho sobre los efectores bacterianos, muchos aún no se han estudiado en detalle. Comprender estas proteínas es necesario porque pueden tener un impacto significativo en los procesos de infección bacteriana. Sin embargo, identificar el papel exacto de cada efector puede ser desafiante debido a sus funciones superpuestas.

Para investigar más sobre cómo los virus interactúan con los huéspedes y los factores que afectan la replicación viral, estudiamos cómo ciertos arbovirus se replican en células de polilla, enfocándonos particularmente en VSV y los Togavirus.

#Identificando efectores bacterianos

En nuestra investigación, tomamos un enfoque diferente. Expresamos una biblioteca de 210 proteínas efectoras de varios patógenos bacterianos en células de polilla para ver si podían rescatar la replicación de arbovirus. Encontramos seis efectores que ayudaron a los cuatro arbovirus probados: SopB, IpgD, HopT1-2, HopAM1, Ceg10 e IpaH4.

Usando técnicas como la mutagénesis, vimos que ciertas funciones de SopB, IpgD, HopAM1 e IpaH4 fueron cruciales para rescatar la replicación viral. Para la proteína Ceg10, estudios estructurales sugirieron que podría actuar como una cisteína proteasa, un tipo de enzima que podría ser esencial para la replicación.

Enfocándonos en el efector IpaH4, que se sabe que etiqueta proteínas para degradación en las células del huésped, descubrimos que apuntaba a proteínas específicas en células de polilla y humanas para su degradación. Esta identificación involucró dos proteínas: SHOC2 y PSMC1. Estas proteínas no se habían vinculado previamente a la restricción viral en ningún sistema conocido.

#Efecto de la inhibición de la transcripción del huésped

En estudios anteriores, se demostró que inhibir la transcripción del huésped en células LD652 podría ayudar a que VSV y Sindbis se replicaran, sugiriendo que estos virus desencadenan respuestas inmunitarias que requieren transcripción activa. Confirmamos este hallazgo usando varios tipos de virus reporteros.

Cuando tratamos las células de polilla con inhibidores de transcripción y luego las infectamos con los virus, vimos un aumento significativo en la replicación viral. Este efecto no se debía a ninguna disminución en la viabilidad celular. Por lo tanto, indica que la replicación viral restringida está relacionada con respuestas inmunitarias que involucran transcripción activa en estas células de polilla.

#Selección de efectores bacterianos

Habiendo establecido previamente el papel de las proteínas poxvirales en ayudar a los arbovirus a replicarse en células LD652, probamos si las proteínas efectoras bacterianas podían hacer lo mismo. Al expresar la biblioteca de efectores bacterianos en células de polilla, encontramos múltiples proteínas capaces de mejorar la replicación viral.

Los resultados mostraron que algunos efectores eran específicos para un virus, lo que significa que solo ayudaron a un virus, mientras que otros podían asistir a múltiples arbovirus. Esto indica que diferentes virus podrían depender de varios mecanismos para contrarrestar las defensas del huésped.

#Importancia de las funciones enzimáticas

Para validar nuestros hallazgos, expresamos cinco efectores bacterianos clave (SopB, IpgD, HopAM1, Ceg10 e IpaH4) en células LD652. Confirmamos su capacidad para mejorar la replicación viral y evaluamos si las actividades catalíticas eran necesarias para esta función. Encontramos que las versiones tipo salvaje de estas proteínas apoyaron significativamente la replicación viral, mientras que las versiones mutantes, que carecían de actividad enzimática, no dieron los mismos resultados.

Por ejemplo, SopB, conocido por su actividad fosfatasa, ayudó con la replicación de los cuatro arbovirus probados, mientras que una versión mutante de SopB que no podía realizar su función enzimática no tuvo efecto.

#Características del efector Ceg10

La proteína Ceg10 se entendía menos, así que utilizamos técnicas de biología estructural para determinar su función. Encontramos que el dominio central de Ceg10 se asemejaba a una cisteína proteasa. Además, descubrimos que su cisteína reactiva podría sufrir una modificación conocida como nitrosilación, que puede alterar su función.

Este conocimiento estructural nos ayudó a entender que Ceg10 puede jugar un papel en manipular la respuesta inmunológica del huésped, lo que lleva a una mayor capacidad para que los arbovirus se repliquen en células de polilla.

#Rol de IpaH4

Encontramos que la proteína efectora IpaH4 tiene implicaciones importantes para entender cómo las proteínas bacterianas pueden eludir las defensas del huésped. No solo IpaH4 rescata la replicación viral en células de polilla, sino que también tiene roles conservados en células humanas.

Usando varios ensayos, confirmamos que IpaH4 puede ubiquitinizar dos proteínas del huésped, SHOC2 y PSMC1. Esto significa que estas proteínas son probablemente esenciales para la capacidad del huésped de defenderse contra infecciones virales.

Cuando redujimos los niveles de SHOC2 y PSMC1 en las células, observamos una replicación viral mejorada, lo que implica que estas proteínas limitan la capacidad de los virus para replicarse.

#Investigando líneas celulares humanas

Para profundizar en el papel de SHOC2 y PSMC1 en células humanas, estudiamos virus oncolíticos que tienen problemas para replicarse en ciertas células cancerosas. Al agotar SHOC2 y PSMC1, probamos si estas proteínas afectan la replicación viral en células cancerosas humanas 786-0.

Observamos que reducir estas proteínas aumentó la replicación de la cepa VSV, que normalmente se ve restringida en estas células cancerosas. Este hallazgo sugiere que estas proteínas del huésped también restringen la replicación viral en humanos, similar a lo que se vio en células de polilla.

#Conclusión

Nuestras investigaciones sobre las interacciones entre arbovirus y sus huéspedes destacan la complejidad de las infecciones virales y las respuestas del huésped. Identificamos múltiples efectores bacterianos que pueden rescatar la replicación arboviral en células de polilla y además descubrimos que estas proteínas apuntan a factores del huésped conservados. Al enfocarnos en los roles de SHOC2 y PSMC1, nuestro estudio abre una nueva vía para entender cómo la inmunidad del huésped puede ser manipulada por patógenos y potencialmente proporciona nuevas estrategias para mejorar las terapias antivirales.

A pesar de los hallazgos prometedores, el estudio tiene limitaciones, especialmente en lo que respecta al uso de células de polilla y la necesidad de reactivos específicos que no están ampliamente disponibles. La investigación futura se centrará en aclarar las funciones de los objetivos identificados del huésped y el potencial de usar efectores bacterianos en enfoques terapéuticos contra enfermedades arbovirales.