Buscando el punto débil del VIH

Buscando el punto débil del VIH

El virus de inmunodeficiencia humana, es un lentivirus que ataca el sistema inmune, debilitándolo y haciéndolo vulnerable a una serie de infecciones, que pueden traer como consecuencia el síndrome de inmunodeficiencia adquirido.

Durante muchos años los científicos han tratado de entender el funcionamiento del virus para encontrar su punto débil, y así mejorar el tratamiento.
Buscan formas de bloquear el virus antes de que pueda infectar una sola célula; sin embargo el VIH ha logrado evadir todos los intentos de derrotarlo.

Aproximadamente, en el mundo 35 millones de personas están infectadas con el VIH, según la OMS.

Empezando la inspección

En 1990, Wayne A. Hendrickson (biólogo estructural) y un grupo de colaboradores propusieron el estudio de la envoltura de la glucoproteína gp120, que es un componente vital de los “picos” del VIH, ya que estos ayudan al virus a atacar a la célula sana; cada pico tiene tres gp120.

El primer paso de la infección ocurre cuando el gp120 interactúa con la proteína CD4, esta proteína normalmente alerta al propio sistema de la presencia de patógenos o de una replicación errónea de células humanas, para que pueda hacerles frente y corregir la situación pero el gp120 modifica su comportamiento habitual. La capa externa del virus se fusiona con la membrana de la célula, el proceso crea un poro a través del cual entra la cápside del virus, que contiene toda la información genética del virus; se incorpora en el núcleo de la célula, transformándola de una célula sana a una célula huésped para el virus.

Este virus utiliza como correceptor al CCR5 ó CXCR4  para entrar a la célula.

Mapeando el terreno

En 1998, Hendrickson dijo que una gran cantidad de bioquímica ya se había aplicado en el gp120 y sabían mucho sobre él, pero no sabían nada de lo como lucía.
Obtener una estructura de la proteína unida a CD4 daría investigaciones para la imagen de ese primer paso en el proceso de infección. Con esta imagen, los científicos tal vez podrían  comprender el porqué de su alta afinidad, estos conocimientos podrían crear una estrategia para evitar que el virus ingrese a la célula; de esta forma decidieron aislar un fragmento de gp120 y quitarle sus moléculas de azúcar ya que estas le impedían a los investigadores conseguir buenos cristales, añadieron componentes de la proteína CD4 y fragmentos de anticuerpos que ayudaron a la cristalización; finalmente pudieron observar cómo era que el virus evadía el sistema inmune.
*En 1998, el equipo publicó “a crystal structure” (Nature, DOI: 10.1038/31405)*

Al remover las moléculas de azúcar observaron que en los lugares donde normalmente se unían ahora se estaban construyendo escudos contra el virus; el azúcar es similar como la de las proteínas en nuestro torrente sanguíneo, motivo por el cual el sistema inmune no ataca el virus.
La estructura cristalina también reveló una cavidad hidrófobica en el centro de la gp120. Un residuo clave de fenilalanina en el CD4 consolidado en este bolsillo.

Reunión de fuerzas

Irwin Chaiken (bioquímico)  dijo que el VIH es una máquina maravillosa de proteínas; que funciona mediante una secuencia de interacciones y las interacciones causan cambios conformacionales que afectan sus funciones.
Explicó que el problema es que se tienen dos grandes objetos interactuando en sus superficies y encontrar una pequeña molécula que rompa esta interacción en múltiples puntos, no resulta algo tan trivial pero que valía la pena intentarlo.

Se acercó a Hendrickson y Sodroski para saber cómo solicitar un Programa de Investigación de Proyectos Subsidiado de los Institutos Nacionales de Salud. A estos subsidios se les conoce como po1 y están diseñados para apoyar la investigación de base amplia, multidisciplinaria con un objetivo específico importante o un tema básico.
Combinaron los esfuerzos de varios grupos de investigación, cada uno estudiaba un aspecto diferente del problema.
17 años después, el proyecto Po1 todavía está en curso, 7 equipos diferentes ahora trabajan juntos. El objetivo sigue siendo averiguar los mejores enfoques para el bloqueo de VIH, y no es sólo hacer una droga, sino también desarrollar un profundo conocimiento acerca de cómo funciona la gp120.

En 2002 Chaiken invitó a Amos B. Smith (químico, conocido por su trabajo en síntesis orgánica) a unirse al proyecto. Smith dijo que ellos habían recurrido a él debido a que necesitaban la química de moléculas pequeñas para hacer frente a algunas de las cosas que salían del programa de detección computacional del proyecto. Smith detectó que en la estructura original de rayos-X de 1998 vieron que del proceso de cristalización resultó alcohol isopropílico en el bolsillo de la gp120, lo cual significaba que el bolsillo tenía algo de volumen, que no sólo era el residuo de fenilalanina de CD4 en la cavidad, sino que también había suficiente espacio para el alcohol isopropílico.
El grupo de Hendrickson mutaron el residuo de fenilalanina a cisteína, y el grupo de Smith hizo compuestos de alquilados tiol de la cisteína.
Consiguieron estructuras cristalinas de estos mutantes alquilados, dándoles la oportunidad de sondear la cavidad químicamente. Cuando los agentes alquilantes eran grandes, la cavidad fue capaz de adaptarse a ellos, lo que indica que hubo una considerable plasticidad en gp120.
La idea es diseñar una pequeña molécula que se ajuste a la cavidad en el centro del gp120 para bloquear  de alguna manera la unión con el CD4.

Un adelanto y vuelven a caer

En el 2005 un grupo dirigido por Asim K. Debnath (químico) usando una proyección de alto rendimiento identificó un par de pequeñas moléculas que impedían que el VIH ingresara a las células T *(Virology, DOI: 10.1016/j.virol.2005.06.008)* Estos son los compuestos NBD-556 y NBD-557, bloquean la interacción entre CD4 y gp120.
El grupo de Smith sintetizó NBD-556 y la envió al laboratorio de Sodroski para un estudio adicional.

Los investigadores encontraron que aunque NBD-556 se une con la cavidad crítica del gp120 que evita la unión con CD4, el compuesto le da al VIH el poder de infectar células que no tienen CD4, pero que sí tengan alguno de los dos correceptores CCR5 o CXCR4, es decir, el compuesto mejora la entrada viral.
El NBD-556 vincula al gp120 de la misma manera  que lo hace el CD4, y al hacerlo, se activa el cambio conformacional que permite que el gp120 se una al correceptor. En esencia, se ceba el virus.

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