Entender la envoltura proteínica del VIH


Regina McEnery (IAVI)

A lo largo de los últimos dos años, los investigadores han conseguido aislar casi dos docenas de nuevos anticuerpos contra el VIH a partir de las muestras de sangre de personas infectadas (véase el artículo de ‘Lo más destacado’ del VAX de octubre de 2009, ‘La investigación en vacunas coge impulso’). Cuando se probaron en el laboratorio, estos anticuerpos fueron capaces de desactivar o neutralizar muchas de las cepas del VIH hoy en circulación y, en consecuencia, se los denominó anticuerpos ampliamente neutralizantes. Muchos de ellos también son capaces de neutralizar el virus incluso cuando tienen una concentración relativamente baja, lo que sugiere que son bastante potentes.
En la actualidad, se están utilizando estos anticuerpos para diseñar candidatas a vacuna que, de manera ideal, serían capaces de inducir unos anticuerpos similares en las personas antes de que se expongan al VIH, protegiéndolas así frente a la infección (véase ‘Cuestiones básicas’ del VAX de mayo de 2010 sobre ‘Entender si los anticuerpos ampliamente neutralizantes son la respuesta’). Sin embargo, existen varios retos significativos en el diseño de una vacuna capaz de inducir este tipo de anticuerpos.

Diseño de inmunógenos

Los investigadores empiezan por estudiar cómo estos anticuerpos se unen y neutralizan con éxito al VIH. Todos los anticuerpos ampliamente neutralizantes se unen a la envoltura proteínica del VIH (o Env), que es la que destaca de la superficie viral en forma de proyecciones parecidas a pinchos (véase la imagen adjunta). Al estudiar el modo en que se unen al VIH, se espera identificar los fragmentos no infecciosos del virus que podrían incorporarse a una candidata a vacuna para provocar que el sistema inmunitario del organismo elabore anticuerpos semejantes. Los fragmentos del virus empleados en una vacuna para inducir una respuesta inmunitaria se conocen como inmunógenos. Como los anticuerpos se fijan a estas protuberancias que salpican la superficie del virus, es probable que los inmunógenos sean partes de dicha proteína.

No obstante, el proceso de selección de los fragmentos de la envoltura del VIH para poner en una candidata a vacuna se ve dificultado por su elevada inestabilidad. Dicha cubierta proteica, también conocida como gp160, en realidad está compuesta por dos proteínas distintas que están débilmente
ligadas entre sí. Una de estas proteínas, conocida como gp120, es la que forma las protuberancias, mientras que la otra (gp41) es la que constituye la base de las mismas. Para complicar aún más las cosas, cada una de las protuberancias está compuesta realmente por tres proteínas idénticas gp120/gp41 que están unidas entre sí. Esta estructura de tres ‘pinchos’ se conoce como trímero.

El trímero de la envoltura del VIH es lo que se une a las células humanas, permitiendo al virus infectarlas. Para ello, las protuberancias del trímero deben ser capaces de realizar unos cambios complejos de su conformación, por lo que son muy flexibles. Como resultado, esta proteína trimérica es inestable, lo cual dificulta la comprensión completa de la estructura de la cubierta del VIH y del modo en que los anticuerpos ampliamente neutralizantes se unen a ella. Durante muchos años, los investigadores se vieron limitados por la inestabilidad y flexibilidad de este trímero y, a su vez, esta incapacidad para estabilizarlo ha obstaculizado el desarrollo de candidatas a vacuna contra el sida.

Cristalografía de rayos X

Para estudiar la estructura de las proteínas, por lo general se emplea un método denominado cristalografía de rayos X. Este método implica aplicar un haz de rayos X a través de una estructura sólida cristalina de la proteína. Esto permite determinar la distribución precisa de los distintos átomos que la configuran, así como el modo en que interactúan con otras proteínas, como los anticuerpos. La cristalografía de rayos X se ha utilizado para revelar la estructura de las enzimas clave que el VIH usa para infectar las células y reproducirse.

Para poder utilizar esta técnica para estudiar el trímero de la cubierta del VIH, primero se tiene que desarrollar una estructura cristalina estable del trímero unido a uno de los anticuerpos ampliamente neutralizantes. Esta tarea ha resultado muy compleja porque el trímero es demasiado inestable y se mueve en el espacio. Se han probado diferentes métodos para estabilizarlo, incluyendo la adición de fragmentos de una proteína sintética en la estructura para apuntalarla y evitar que se mueva, pero, hasta la fecha, ninguno de estos intentos han conseguido estabilizar el trímero lo suficiente como para poder obtener de él un cristal puro unido a un anticuerpo.

Sin embargo, sí se ha logrado cristalizar una única proteína gp120/gp41 del VIH (lo que se conoce como monómero). Alguno de los anticuerpos ampliamente neutralizantes identificados se unirán al monómero del VIH, mientras que otros solo lo harán a la estructura trimérica de la cubierta del VIH. Esto, junto al hecho de que el trímero es el presente en la naturaleza, hace que la búsqueda de una estructura cristalina del mismo constituya un objetivo importante.

Protuberancias de la envoltura del VIH

Esta imagen tridimensional del VIH muestra las protuberancias de la envoltura en la superficie del virus, las cuales contactan con las células humanas a las que infectan. La imagen de estos ‘pinchos’ (que en realidad son estructuras con tres terminaciones conocidas como trímeros) fueron creadas utilizando una técnica denominada tomografía electrónica, que ya ha ofrecido información sobre el modo en que su forma cambia una vez el VIH entra en contacto con una célula humana diana.

Imagen: Esta imagen tridimensional del VIH muestra las protuberancias de la envoltura en la superficie del virus

Imagen obtenida por cortesía de Sriram Subramaniam y Donald Bliss, de los Institutos Nacionales de Salud de EE UU (NIH).