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Una investigación desarrollada por físicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y biólogos del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC han descubierto que el proceso por el que el adenovirus humanos llega al núcleo de la célula y la infecta sufre un envejecimiento, un fenómeno que hasta ahora se había descrito en ciencia de materiales, pero nunca se había encontrado en ensamblados moleculares de tamaño nanométrico. El estudio se ha publicado en la revista editada por la Sociedad Americana de Física, Physical Review X.
El envejecimiento en la cápside hallado en el adenovirus humano nunca se había encontrado en ensamblados moleculares de tamaño nanométrico
La infección del adenovirus humano, como otros virus en el proceso de infección, implica la liberación en tiempo y forma de su genoma mediante el desensamblaje de su cápside vírica, esto es, la envoltura proteica que cubre el material genético del virus. Los investigadores han descubierto que este proceso de desensamblaje y liberación del genoma está acelerado en el adenovirus humano por un envejecimiento estructural. Este envejecimiento consigue desestabilizar las partículas víricas durante su viaje por la célula. Así, favorece la llegada del genoma al núcleo celular y facilitar la infección.
Las cápsides de muchos virus tienen forma de icosaedro. En él, las proteínas que forman los vértices se denominan pentones y la liberación de estos pentones es clave en los pasos iniciales del proceso infectivo. En particular, el adenovirus humano pierde sus pentones durante su transporte por el citosol celular gracias a los tirones de diversos motores moleculares, hasta que la partícula vírica semidestruida libera su genoma en el poro nuclear.
Este envejecimiento desestabiliza las partículas víricas para favorecer la llegada del genoma al núcleo celular y facilitar la infección por adenovirus humano
Los pentones controlan la estabilidad de los virus y su pérdida debilita la estructura de la cápsida. Los virus que retienen muchos pentones durante su transporte intracelular, aunque se garantizan un viaje seguro, pueden ver bloqueada la liberación de genoma. Por lo tanto, es crucial que el ritmo de pérdida de pentones sea lo suficientemente rápido para que el genoma pueda escapar del virus cuando este llega al poro nuclear.
En concreto, el trabajo explora la dinámica de la pérdida de pentones mediante experimentos. Para ello, utilizan microscopia de fuerzas atómicas (AFM) y la correspondiente interpretación teórica con análisis estadístico de supervivencia (Weibull). “Hemos encontrado un efecto cooperativo en la pérdida de pentones. El escape de un pentón incrementa la probabilidad de pérdida del siguiente, aunque se encuentren alejados entre sí”, explican los autores. “En consecuencia, el ritmo de pérdida de pentones se acelera durante el desensamblaje porque la probabilidad de que se vaya un pentón crece a medida que quedan menos vértices en la estructura del virus”.
Gracias al envejecimiento de la estructura, el ritmo de escape de los pentones es un 50% más rápido que en un proceso no cooperativo. Esto permite que los virus que llegan al núcleo celular sean suficientemente inestables como para poder liberar su genoma. En caso contrario, las partículas no se abrirían a tiempo y el genoma no podría salir, disminuyendo la capacidad infectiva del virus.
Gracias al envejecimiento de la estructura, el ritmo de escape de los pentones es un 50% más rápido que en un proceso no cooperativo
Como los pentones tienen un tamaño de 10 nm y están situados a 45 nm unos de otros, este efecto cooperativo es uno de los que ocurren a más larga distancia en ensamblajes de biomoléculas. Esto implica que este envejecimiento es independiente del entorno inmediato de las proteínas, y revela factores globales desconocidos que afectan a la estabilidad de la estructura vírica.
En el experimento se utilizó la punta de un AFM para golpear suavemente a partículas víricas individuales con baja energía (10 kBT). Este golpeteo imita los tirones de fuerza a los que un virus se ve sometido por diversos motores moleculares durante su viaje a través del citosol. Gracias a este golpeteo los pentones comienzan a escapar del virus, al igual que ocurre en la naturaleza.
“El ritmo de escape se ajusta al análisis de supervivencia, que permite encontrar el efecto cooperativo entre los pentones, es decir, que no se escapan de forma independiente unos de los otros, sino que ‘se ven’”, concluyen los autores. Los resultados son fruto de la colaboración entre los grupos experimentales liderados por Pedro J. de Pablo y Carmen San Martín. También ha participado el grupo teórico dirigido por Rafael Delgado-Buscalioni.
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