Retrovirus endógeno humano-W

El retrovirus endógeno humano-W ( HERV-W ) es una familia de retrovirus endógenos humanos (HERV).

Los HERV forman parte de una superfamilia de elementos repetitivos y transponibles . Los elementos transponibles son secuencias de ADN que pueden moverse o "saltar" por el genoma, a veces replicándose e insertándose en diferentes ubicaciones.

Existen 31 familias conocidas de HERV, que constituyen aproximadamente el 8% del genoma humano, de las cuales las secuencias codificantes de ADN de HERV-W representan específicamente alrededor del 1% del genoma humano. En comparación, esto representa aproximadamente la misma cantidad de ADN asignada a genes codificantes de proteínas . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

La mayoría de los HERV en el genoma actual no pueden replicarse debido a cambios genéticos como cambios de marco , codones de parada prematuros y recombinación en sus repeticiones terminales largas (LTR). ^{[ 3 ]} Cada familia de HERV se deriva de una única infección de la línea germinal humana por un retrovirus externo . Después de integrarse en el ADN humano, estos retrovirus se expandieron y evolucionaron con el tiempo. ^{[ 4 ]} Un HERV completo incluye un grupo de genes específicos ( gag , pro, pol y env ) flanqueados a ambos lados por las repeticiones terminales largas.

Es común que los virus incorporen fragmentos del genoma de su huésped al suyo propio, lo que puede contribuir a su éxito. Por otro lado, los huéspedes también pueden conservar ADN viral en su genoma, el cual puede persistir si resulta ventajoso o no perjudicial. En el caso de los HERV, el ADN viral se endogeniza en el genoma de la línea germinal de un ancestro humano. ^{[ 3 ]} De esta manera, toda la descendencia del ancestro humano infectado tenía este genoma viral integrado en cada célula de su cuerpo. ^{[ 3 ]}

Este nuevo ADN retroviral ahora puede transmitirse de padres a hijos. ^{[ 3 ]} Además, el genoma viral integrado posee características de elementos transponibles , lo que significa que puede replicarse o saltar en el genoma del ancestro humano. El estudio de los genomas de muchas especies relacionadas con los humanos ayudó a determinar cuánto tiempo hace que este genoma retroviral se integró en el ancestro humano. ^{[ 5 ]}

La realización de Southern blots con muestras de sangre de primates y sondas gag, pol y pro sugirió que HERV-W entró en el genoma de los monos catarrinos hace más de 23 millones de años. ^{[ 6 ]} Posteriormente, se analizaron muestras de sangre de hominoideos , monos del Viejo Mundo , monos del Nuevo Mundo y prosimios utilizando un elemento HERV-W marcado con fluorescencia derivado de la biblioteca de fosmidos del gorila . ^{[ 7 ]} La hibridación fluorescente in situ (FISH) reveló elementos HERV-W en todas las muestras de sangre de primates excepto en la de la tupaia . ^{[ 7 ]}

Con esta información y los valores de datación de los LTR 5' y 3' , fue posible construir un árbol filogenético . Estos datos implican que el genoma HERV-W se integró en la línea germinal de su huésped hace aproximadamente 63 millones de años, se expandió en la era de los monos del Viejo y Nuevo Mundo, y luego evolucionó de forma independiente. ^{[ 7 ]} Desde su integración, los LTR 5' y 3' han seguido una evolución independiente en cada especie. ^{[ 5 ]}

HERV-W recibe su nombre del hecho de que muchos en el grupo utilizan un ARNt de triptófano en el sitio de unión del cebador (PBS). La clasificación se ha ampliado a un grupo HERVW9 (HERV9, HERVW, HERV30, MER41 , HERV35, LTR19) dentro de la clase I similar a gammaretrovirus después de un estudio filogenético más sólido. ^{[ 8 ]} Una nomenclatura propuesta sugiere colocar todos estos elementos de "clase I" en un taxón a nivel de género separado de Gammaretrovirus . ^{[ 9 ]}

El HERV-W se descubrió debido a su conexión con la esclerosis múltiple (EM). En cultivos de macrófagos de pacientes con EM, se detectaron varias partículas similares a retrovirus con actividad de transcriptasa inversa (RT) y se les dio el nombre de retrovirus de esclerosis múltiple (MSRV). ^{[ 10 ]} Debido a la naturaleza retroviral del MSRV, inicialmente se pensó que tenía un origen viral exógeno. ^{[ 10 ]}

Sin embargo, las similitudes filogenéticas y experimentales del MSRV con los retrovirus endógenos humanos (HERV) se hicieron evidentes rápidamente. Por lo tanto, muchos laboratorios comenzaron a buscar la familia específica de HERV a la que pertenecía el MSRV. ^{[ 11 ]} Utilizando la secuencia consenso para el gen retroviral pol y las extensiones de RT-PCR "panretro" de la región pol del MSRV (ARN retroviral), fue posible el descubrimiento de un HERV con los genes gag, pol y env. ^{[ 12 ]}

Se descubrió que el sitio de unión del cebador (PBS) de este HERV era similar a los PBS retrovirales aviares, que utilizan tRNATRP . Por lo tanto, este HERV se denominó HERV-W. ^{[ 11 ]} Con la esperanza de encontrar los marcos de lectura abiertos (ORF) de este HERV, se sondearon tejidos sanos con secuencias Ppol-, gag- y env-MSRV ( ADNc ). ^{[ 11 ]} Los ADNc superpuestos abarcaron un HERV completo de 7,6 kb con secuencias RU5- gag- pol- env- U3R , un tracto de polipurinas y un sitio de unión del cebador (PBS). ^{[ 11 ]}

Los ORF de pol y gag no son replicativos debido a cambios de marco de lectura y codones de parada, pero el ORF de env está completo. La realización de Northern Blots en múltiples tejidos humanos condujo al descubrimiento de transcritos de 8, 3,1 y 1,3 kb en tejido placentario que no se expresan en células de corazón, cerebro, pulmón, hígado, músculo esquelético, riñón o páncreas. ^{[ 11 ]} Esto fue confirmado por sondas Ppol-MSRV, gag y env. ^{[ 11 ]}

Al realizar una búsqueda de consulta BLASTn con la base de datos de etiquetas de secuencia expresada (EST) para los clones de ADNc derivados de las sondas, se reveló que el 53 % de los transcritos relacionados se encontraron en células placentarias. ^{[ 11 ]} Un Southern Blot utilizando hibridación de sondas derivadas de gag, pro, env reveló una distribución compleja de HERV-W en el genoma haploide humano con 70 regiones gag, 100 pro y 30 env. ^{[ 13 ]}

Con técnicas de transcripción in vitro se detectaron y analizaron tres ORF sugeridos en los cromosomas 3 (gag), 6 (pro) y 7 (env), revelando que el ORF en el cromosoma 7q 21.2 codificaba de forma única una proteína Env glicosilada. ^{[ 13 ]} La realización de RT-PCR en tiempo real en células de glándula suprarrenal , médula ósea , cerebelo , cerebro completo, cerebro fetal, hígado fetal, corazón, riñón , hígado , pulmón, placenta , próstata , glándula salival , músculo esquelético , médula espinal , testículo , timo , glándula tiroides , tráquea y útero reveló 22 ​​familias completas de HERV-W en los cromosomas 1-3, 5-8, 10-12, 15, 19 y X. ^{[ 7 ]}

Los datos de expresión in silico revelaron que estos elementos HERV-W se expresan aleatoriamente en varios tejidos (cerebro, glándula mamaria, cerebro, piel, testículo, ojo, tejido embrionario, islote pancreático, glándula pineal, sistema endocrino, retina, tejido adiposo, placenta y músculo). ^{[ 7 ]}

Además, no se pudieron encontrar tejidos humanos que carecieran de algún tipo de expresión de HERV, lo que sugiere que los HERV son miembros permanentes del transcriptoma humano . ^{[ 14 ]} Aunque la expresión de HERV-W es prevalente en todo el cuerpo, hay dos tejidos cuyos niveles de expresión son más altos que el resto. El elemento derivado de HERV-W del cromosoma 12p11.21 y 7q21.2 tuvo 42 coincidencias del gen env en los tejidos de los islotes pancreáticos y 224 coincidencias (11 gag, 41 pol, 164 env) en la placenta, el testículo y los tejidos embrionarios, respectivamente. El elemento HERV-W en 7q21.2 codifica para ERVWE-1, que fue denominado sincitina-1 . ^{[ 15 ]}

Al darse cuenta de que HERV-W era frecuente en el genoma humano y podía formar transcritos viables, los científicos comenzaron a investigar su significado biológico. El gen Env de HERV-W, expresado en un vector, se transfectó en células TELCeB6 y TELac2 para probar la fusión virus-célula y célula-célula, respectivamente. ^{[ 16 ]} Uno o dos días después de la transfección, se formaron numerosas células gigantes multinucleadas, o sincitios , lo que indica que el gen env de HERV-W puede causar fusión célula-célula homotípica y heterotípica. ^{[ 16 ]}

Como control, se transfectó en la línea celular un gen conocido por ser hiperfusogénico , A-Rless . Tras la transfección de las células con este vector, solo se observó una fusión del 6%, en comparación con una fusión del 48% con el vector HERV-W, lo que revela que el gen codificado por HERV-W env es una glicoproteína de membrana altamente fusogénica. ^{[ 16 ]}

Los retrovirus que infectan células humanas interactúan con diferentes receptores, ^{[ 17 ]} por lo que se inició una investigación para determinar con qué receptor interactúa HERV-W. La glicoproteína de envoltura de HERV-W pudo fusionar células TE671 parentales (células embrionarias humanas, idénticas a las células RD del rabdomiosarcoma humano) y células bloqueadas con PiT-1 y PiT-2 (PiT1/2 son receptores retrovirales (RV)), pero no células bloqueadas con el receptor retroviral tipo D. Se concluyó que HERV-W puede reconocer e interactuar con los receptores retrovirales mamíferos tipo D expresados ​​en humanos. ^{[ 16 ]}

Conociendo las propiedades altamente fusogénicas de HERV-W y su elevada expresión en las células placentarias, se sugirió un posible papel de HERV-W en la formación de la placenta. ^{[ 18 ]} Las células del citotrofoblasto proliferan e invaden el endometrio materno , lo cual es clave para la implantación y el desarrollo placentario. ^{[ 19 ]} Además, los citotrofoblastos se fusionan y se diferencian en células sincitiotrofoblásticas multinucleadas que están rodeadas por sangre materna y cubren el embrión. El sincitiotrofoblasto ayuda con la circulación de nutrientes, el intercambio de iones y la síntesis de hormonas, que son clave para el desarrollo. ^{[ 20 ]} Estas células multinucleadas se parecen mucho a los sincitios inducidos por virus.

La principal expresión génica de HERV-W es ERVWE-1, una glicoproteína env altamente fusogénica , también llamada sincitina-1 porque induce la formación de sincitios (células multinucleadas). ^{[ 16 ]} Los científicos comenzaron a buscar formas en que la sincitina participaba en la fusión y diferenciación del citotrofoblasto placentario. ^{[ 21 ]} Utilizando anticuerpos monoclonales marcados con fluorescencia, el Laboratorio Frendo pudo visualizar la expresión de Env-W en la membrana apical del sincitiotrofoblasto en placentas del primer trimestre. ^{[ 18 ]}

Posteriormente, pudieron demostrar que la sincitina afectaba tanto la fusión del trofoblasto con el útero como la diferenciación del trofoblasto. Para ello, tiñeron las células con anticuerpos anti- desmoplaquina para revelar los límites celulares. A medida que las células se diferencian en sincitiotrofoblastos, la capacidad de observar la desmoplaquina disminuye, lo que indica que las células se están fusionando. ^{[ 18 ]}

Además, a medida que el citotrofoblasto se diferencia, la expresión del ARNm y la glicoproteína HERV-W env aumentan de forma colineal, lo que sugiere que la expresión de HERV-W env está correlacionada con la fusión y diferenciación celular. Estos datos sugieren que el factor que regula la diferenciación del trofoblasto también regula la expresión del ARNm y la proteína HERV-W env, y que una infección retroviral ocurrida hace mucho tiempo pudo haber sido un evento crucial en la evolución de los mamíferos. ^{[ 18 ]}

Además, se ha demostrado que la glicoproteína env de HERV-W contiene una región inmunosupresora . ^{[ 22 ]} Esta naturaleza inmunosupresora de la sincitina-1 y la sincitina-2 (HERV-FRD) podría ser clave para crear una barrera inmunológica entre la madre y el feto. ^{[ 23 ]} Dado que el feto solo comparte la mitad del ADN de la madre, es fundamental que el sistema inmunitario materno no ataque al feto. ^{[ 24 ]}

El análisis de 40 tejidos placentarios a término mediante tinción inmunohistoquímica y RT-PCR in situ muestra una fuerte expresión de sincitina-1 en los sincitiotrofoblastos en comparación con los citotrofoblastos. ^{[ 24 ]} Esto sugiere una relación simbiótica entre la expresión de HERV y el huésped.

En contraste con estos datos, se ha demostrado mediante ensayos con células mononucleares de sangre periférica que las microvesículas placentarias, que también presentan una alta expresión de sincitina-1, activan el sistema inmunitario a través de la producción de citocinas y quimiocinas . ^{[ 25 ]} Esto sugiere que las microvesículas placentarias pueden modular el sistema inmunitario materno. ^{[ 25 ]} Una vía propuesta para esto reside en los exosomas , pequeñas vesículas unidas a la membrana que las células placentarias liberan al torrente sanguíneo . La sincitina-1 se encuentra en la superficie de estos exosomas, y en pruebas de laboratorio, un fragmento de la proteína correspondiente a su región inmunosupresora redujo la producción de las señales inflamatorias TNF -alfa, interferón-gamma y la quimiocina CXCL10 de las células sanguíneas estimuladas por el sistema inmunitario, lo que ofrece una forma para que la proteína atenúe la respuesta inmunitaria materna más allá de la propia placenta. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

El mecanismo de expresión de los genes HERV-W aún no se comprende completamente. Los LTR de 780 pb que flanquean los genes env, pro, pol y gag proporcionan una variedad de secuencias reguladoras como promotores, potenciadores y sitios de unión de factores de transcripción. ^{[ 28 ]} La región 5' U3 actúa como promotor y la región 3' R actúa como señal de poliadenilación. ^{[ 28 ]} Sería razonable suponer que los genes HERV-W no podrían transcribirse a partir de elementos HERV-W que tengan LTR incompletos.

Sin embargo, utilizando un ensayo de gen reportero de luciferasa , se encontró que los HERV-W que tienen LTR incompletos aún tenían actividad promotora. Esto sugiere que la transcripción de los HERV puede activarse no solo por transcripción dirigida por LTR sino también por fuga transcripcional, ^{[ 28 ]} lo que significa que si un gen cercano se está transcribiendo, los factores de transcripción y la polimerasa pueden seguir moviéndose a lo largo del ADN y llegar al HERV cercano, donde pueden luego transcribirlo. De hecho, al hacer un análisis de Chip-seq de los LTR de HERV-W, se encontró que 1/4 de los LTR de HERV-W pueden unirse al factor de transcripción p56 (Proyecto ENCODE). Esto indica una razón detrás de la expresión celular específica de HERV-W.

Los distintos tipos celulares transcriben diversos genes. Si, por ejemplo, un gen altamente transcrito en las células placentarias se encuentra adyacente a un elemento HERV-W, la fuga transcripcional podría explicar la mayor expresión de HERV-W en este caso. Este mecanismo de transcripción aún se está estudiando.

Dado que existe una correlación entre la alta producción de citocinas y la EM, se realizó un estudio para probar la regulación de un promotor de sincitina-1 por citocinas relacionadas con la EM, como TNFα , IFN-γ e IL-6 . ^{[ 29 ]} Este experimento se realizó con células astrocíticas humanas y mostró que TNFα tiene la capacidad de activar el promotor ERVWE-1 a través de un elemento NF-κB . ^{[ 29 ]} Se cree que los mecanismos finales putativos de control de ERVWE-1 son la metilación del promotor CpG y la modificación de histonas . ^{[ 30 ]} La sobreexpresión de ERVWE-1, que produce sincitina-1, sería peligrosa en muchas células adultas. Por lo tanto, el promotor se metila y la modificación de histonas ocurre en células no placentarias para mantener baja la expresión de HERV-W. ^{[ 30 ]} En las células placentarias, ERVWE-1 debe desmetilarse para volverse activo. ^{[ 30 ]}

También se cree que los factores ambientales pueden influir en la expresión de HERV-W. Mediante métodos de qPCR e infección de células con influenza y herpes simple humano 1 , se encontró que HERV-W tiene una expresión aumentada de manera específica en las células infectadas; pero no se reveló ningún mecanismo. ^{[ 31 ]} Además, cuando estas células se colocan en ambientes estresantes, como la privación de suero, también se registra una expresión similar y aumentada de HERV-W. ^{[ 31 ]}

Esto sugiere que HERV-W está modulado por efectos ambientales. Otro estudio de células infectadas con influenza mostró que este virus puede transactivar elementos HERV-W. La influenza produce células gliales ausentes 1 ( GCM1 ) que pueden actuar como potenciadores para reducir la represión de la modificación de histonas de HERV-W. Esto puede conducir a un aumento en la transcripción de elementos HERV-W. ^{[ 32 ]}

Desde la detección de la proteína Env del MSRV en el plasma de pacientes con esclerosis múltiple y la constatación de que dicha proteína pertenece a la familia HERV-W, se investigaron las cuestiones relativas a la relación entre HERV-W y la esclerosis múltiple, así como las causas de su transcripción. Tanto la expresión de MSRV in vitro en cultivos de células mononucleares de sangre periférica (PBMC; células cruciales para el sistema inmunitario) como in vivo en modelos de ratón con inmunodeficiencia combinada grave (SCID) mostraron una respuesta proinflamatoria. ^{[ 33 ]}

La inflamación puede ocurrir cuando el sistema inmunitario reconoce un antígeno y activa la cascada de respuesta inmunitaria . ^{[ 34 ]} Los productos transcritos y traducidos del gen HERV-W Env provienen del ADN retroviral. Por lo tanto, el cuerpo humano detecta estas proteínas como antígenos y desencadena la respuesta inmunitaria. ^{[ 35 ]} Específicamente, la producción de citocinas está elevada en los cultivos de PBMC de EM en comparación con los controles sanos y está mediada por la unidad de superficie de la proteína MSRV-Env. ^{[ 33 ]}

Esto sugiere que la proteína MSRV-Env podría inducir una secreción anormal de citocinas, lo que provocaría inflamación. Una explicación adicional de cómo la expresión de MSRV causa inflamación se encuentra al observar la sobreexpresión de sincitina-1 en las células gliales (células que rodean las neuronas). El resultado es estrés del retículo endoplasmático que conduce a neuroinflamación y a la producción de radicales libres , lo que provoca un mayor daño a las células cercanas. ^{[ 36 ]}

Finalmente, se descubrió —mediante ensayos de señalización de TLR-4 , ELISA de citocinas, cultivos de células OPC y análisis estadístico— que MSRV-Env es un activador de TLR-4 altamente potente . ^{[ 37 ]} MSRV-Env, tanto in vitro como in vivo, induce un estímulo proinflamatorio dependiente de TLR4 y debilita las células precursoras de los oligodendrocitos , que producen mielina en todo el sistema nervioso central (SNC). ^{[ 37 ]}

Esto sugiere un ciclo de retroalimentación positiva donde las citoquinas promueven la transcripción de HERV-W y luego la transcripción de HERV-W conduce a una mayor producción de citoquinas. Al comparar la expresión de Gag y Env en pacientes control con pacientes con EM, se encontró que gag y env se expresan a niveles fisiológicos en las células del SNC en condiciones normales. Sin embargo, en pacientes con lesiones de EM hay una gran acumulación de proteínas Gag en la sustancia blanca desmielinizada . ^{[ 35 ]}

Estos datos sugieren que los genes env y gag de HERV-W en pacientes con EM tienen una regulación distinta de sus copias heredadas de HERV-W o que HERV-W es infeccioso en pacientes con EM. Al examinar la regulación de un promotor de sincitina-1, los investigadores pudieron comprender mejor el mecanismo de regulación de ERVWE-1 en el tejido nervioso. Descubrieron, mediante un ensayo CHIP , que la citocina TNFα provoca que el factor de transcripción p65 se una al promotor. Esto se confirmó al eliminar el potenciador celular, donde se une p65, lo que resultó en una menor transcripción. ^{[ 38 ]}

Un estudio contrastante realizó un análisis de microarrays para analizar la transcripción de HERV en cerebros humanos. Utilizando 215 muestras cerebrales derivadas de pacientes con esquizofrenia (SZ), trastorno bipolar (BD) y controles, se encontró que la expresión de HERV-E/F/K estaba débilmente correlacionada con SZ y BD, y que la expresión de ERVWE-1 no se vio afectada en SZ y BD en comparación con los controles. ^{[ 39 ]}

Aún se desconoce si el MSRV desempeña un papel causal o reactivo en la EM. Otro avance en la comprensión del origen genómico del miembro HERV-W transcrito en pacientes con EM se logró al analizar el elemento HERV-W del cromosoma Xq22.3. Dado que las mujeres tienen el doble de probabilidades de padecer EM que los hombres, y que el cromosoma Xq22.3 posee un ORF casi completo , se propuso una posible conexión entre este cromosoma y la EM. ^{[ 40 ]}

Hasta la fecha, no se han encontrado muchas pruebas contundentes que respalden una fuerte correlación entre los transcritos de HERV-W y la esquizofrenia (SZ). Un estudio halló que 10 de 35 individuos con esquizofrenia de inicio reciente presentaban transcritos del gen retroviral pol HERV-W y transcritos del gen del virus de la leucemia murina en el líquido cefalorraquídeo (LCR) libre de células , en comparación con 1 de cada 20 pacientes con esquizofrenia crónica. ^{[ 39 ]}

Esto fue significativo en comparación con los 22 pacientes no inflamatorios y los 30 pacientes sanos que no tenían transcripciones retrovirales. En contraste con estos datos, se realizó un microarreglo para analizar la actividad de transcripción de HERV en cerebros humanos. ^{[ 39 ]} Encontraron una correlación débil entre los HERV -K , -E , -F ; y que la expresión de env-W fue constante en pacientes con esquizofrenia y trastorno bipolar (TB) en comparación con los controles. ^{[ 39 ]} Hoy en día, todavía es difícil decir si los HERV juegan un papel causal, están correlacionados con, o son simplemente una respuesta a, enfermedades neuropsiquiátricas.

A medida que aumenta el conocimiento sobre el mecanismo de producción de los transcritos de HERV-W, los científicos comienzan a sintetizar fármacos que pueden interrumpir la vía del MSRV. Un anticuerpo monoclonal humanizado llamado GNbAc1, de la clase IgG4 , se une con alta especificidad y afinidad al dominio extracelular de la proteína MSRV-Env. ^{[ 41 ]}

Al realizar los experimentos, se utilizó otro anticuerpo humanizado de la clase IgG4 como control. Se descubrió mediante numerosos experimentos que GNbAc1 es capaz de antagonizar todos los efectos de MSRV-Env. ^{[ 37 ]} Este fármaco aún se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo.

En enero de 2019, la Organización Mundial de la Salud (OMS) otorgó al fármaco GNbAC1 el nombre de Temelimab ^{[ 42 ].}

• El virus de la locura