En su batalla evolutiva por la supervivencia, los virus han desarrollado estrategias para desencadenar y perpetuar la infección. Una vez dentro de una célula huésped, el virus del Ébola, por ejemplo, secuestra las vías moleculares para replicarse y, finalmente, regresa de la célula al torrente sanguíneo, donde puede propagarse aún más.

Pero nuestras propias células, en el caso del Ébola y muchos otros virus, no carecen de defensas. En un estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, un equipo dirigido por científicos de la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad de Pensilvania descubrió una forma en que las células humanas obstaculizan la capacidad de salida del virus del Ébola.

Una interacción entre las proteínas virales y del huésped hace que las células del huésped aumenten la actividad de una vía responsable de digerir y reciclar las proteínas, descubrió el equipo. Esta actividad, conocida como autofagia, permite que menos partículas virales lleguen a la superficie de una célula huésped, lo que reduce el número que puede salir al torrente sanguíneo y propagar aún más la infección.

« Esta interacción parece ser parte de un mecanismo de defensa innato », dice Ronald N. Harty, profesor de Penn Vet y autor principal del estudio. « Las células humanas parecen dirigirse específicamente a una proteína clave del virus del Ébola y dirigirla a la vía de la autofagia, que es cómo las células procesan y reciclan los desechos ».

La investigación surgió de un área de enfoque desde hace mucho tiempo para el laboratorio de Harty : la interacción entre la proteína viral VP40, que se encuentra en los virus Ébola y Marburg, y varias proteínas humanas. En el trabajo anterior del grupo, encontraron que un área de VP40, conocida como motivo PPXY, se une a motivos correspondientes conocidos como dominios WW en proteínas huésped específicas.

En muchos casos, esta interacción PPXY-WW hace que más partículas virales salgan de la célula en un proceso llamado « brotación ». Pero al examinar varias proteínas del huésped que se pensaba que desempeñaban un papel en el proceso, Harty y el postdoctorado Jingjing Liang, autor principal del estudio, descubrieron algunas que hacían lo contrario al unirse a VP40, lo que provocaba una disminución de la brotación. Uno de estos fue una proteína llamada Bag3, sobre la cual informaron en un artículo de PLOS Pathogens en 2017.

Aunque el ébola es un virus potencialmente mortal, Harty y sus colegas pueden estudiar su funcionamiento de forma segura en un laboratorio de nivel de bioseguridad 2, sustituyendo el virus por partículas similares a virus (VLP) que expresan VP40. Estas VLP de VP40 no son infecciosas, pero pueden brotar de las células huésped como si fueran reales.

En el nuevo trabajo, los investigadores de Penn Vet y sus colegas del Instituto de Investigación Biomédica de Texas profundizaron más para aprender sobre el mecanismo por el cual Bag3 redujo la brotación. Bag3 se conoce como una proteína « co-acompañante », involucrada en la formación de un complejo con otras proteínas y acompañándolas en su viaje para ser digeridas, en última instancia, en orgánulos llamados autolisosomas, parte del proceso de autofagia. Utilizando VLP de VP40, el grupo de Harty confirmó que VP40 se unía a Bag3 y formaba el complejo proteico. Cuando los investigadores agregaron un compuesto que se sabe que bloquea la formación de este complejo, vieron que se liberaba VP40; La actividad de gemación de VLP aumentó posteriormente.

Para seguir la actividad de VP40 en tiempo real, el equipo usó microscopía confocal poderosa, etiquetando a cada actor de interés con una etiqueta fluorescente diferente. Observaron que Bag3 estaba involucrado en el secuestro de VP40 en vesículas en la célula que pasaría a someterse a autofagia. Atrapado en estas vesículas y destinado al « centro de reciclaje » celular, el VP40 no pudo moverse a la membrana celular ni a la yema.

« Creo que una de las cosas más interesantes que mostramos es la selectividad de la carga », dice Liang. « Demostramos que la autofagia no solo ocurre de forma pasiva. Bag3 actúa a través de la interacción PPXY-WW para apuntar específicamente a VP40 para someterse a la autofagia ».

Cuando los investigadores agregaron el fármaco rapamicina, que mejora la autofagia, el secuestro de VP40 aumentó y la gemación de VLP disminuyó. La rapamicina actúa inhibiendo la actividad de una vía gobernada por un complejo de proteínas llamado mTORC1, un sensor celular que activa la síntesis de proteínas cuando una célula necesita materia prima para crecer. Los investigadores encontraron que esta vía parecía ser importante en la regulación de la infección por ébola; en experimentos con virus vivos realizados en un laboratorio con nivel de bioseguridad 4, observaron que el virus podía activar la señalización de mTORC1, haciendo que la « fábrica » ​​celular produjera los materiales que el virus necesitaría para expandirse y propagarse. Por el contrario, la inhibición de mTORC1 con rapamicina dirigió el virus hacia la vía de la autofagia, donde sería digerido por los autolisosomas de la célula.

« El virus quiere que la célula crezca, por lo que activa mTORC1 », dice Harty. « La autofagia hace lo contrario, manteniendo los materiales celulares en equilibrio ».

La autofagia es importante para los procesos celulares normales, asegurando que la célula no se sature con proteínas innecesarias o mal plegadas y otros materiales que flotan alrededor. Pero este trabajo también sugiere que el cuerpo puede aprovechar la autofagia para defenderse de infecciones dañinas.

“Nuestra concepción es que esto es parte de la carrera armamentista entre nuestros cuerpos y el virus”, dice Liang. « El virus quiere dar forma a su entorno para beneficiarse a sí mismo y a su propia supervivencia, por lo que evolucionó para manipular mTORC1. Pero la célula también puede usar esta vía para defenderse de la infección viral ».

Con estos conocimientos sobre las defensas innatas del cuerpo humano contra el Ébola, los investigadores esperan ver si la autofagia puede ser un factor en otras infecciones virales hemorrágicas, como las que causan la fiebre de Marburg y Lassa. Y aunque los experimentos actuales se realizaron principalmente con líneas celulares de hígado humano, al equipo también le gustaría probar si la autofagia y la vía mTORC1 están involucradas en la defensa viral en otros tipos de células, como los macrófagos del sistema inmunitario, las células primarias involucradas en la propagación infección.

En última instancia, Harty, Liang y sus colegas esperan encontrar tantas vulnerabilidades virales como sea posible, ayudando a informar a los medicamentos que podrían ser un componente de un cóctel terapéutico, cada uno dirigido a diferentes etapas de la infección, desde la entrada hasta la salida del virus.

« Todo esto se relaciona con nuestro objetivo general de comprender las interacciones virales-huésped y, al comprenderlas, trabajar para intervenir para retrasar o detener la infección », dice Harty.

Ronald N. Harty es profesor de patobiología y microbiología en la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad de Pensilvania.

Jingjing Liang es becaria postdoctoral en la Escuela de Medicina Veterinaria de Penn.

Los coautores de Harty y Liang fueron Marija A. Djurkovic y Olena Shtanko del Instituto de Investigación Biomédica de Texas. Liang fue el autor principal del estudio y Harty fue el autor correspondiente.

El trabajo fue apoyado en parte por los Institutos Nacionales de Salud (concesiones AI138052, AI139392, AI153815 y EY031465 a Harty y AI154336 y AI151717 a Shtanko).