Resumen de la clase teórica sobre Infección persistente crónica II: HIV Dictada el día 30 de junio de Prof. Dra. Liliana Martínez Peralta

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1 Resumen de la clase teórica sobre Infección persistente crónica II: HIV Dictada el día 30 de junio de Prof. Dra. Liliana Martínez Peralta El HIV es un retrovirus que pertenece al género de los Lentivirus. Estos se caracterizan por producir infecciones crónicas en diversas especies que tienen como consecuencia la inmunodeficiencia y alteraciones neurológicas. Estos son los genes estructurales del HIV y sus productos: Genes estructurales: gag: codifica para la proteína de la cápside viral: p24, p17 (proteína de matriz), p7 y p6. pol: codifica para p10: proteasa, p66/51 : transcriptasa reversa y p32: integrasa. env: codifica para las glicoproteínas de la envoltura gp120 y gp41. Genes accesorios: tat: aumenta la transcripción del ARN viral rev: Regula la expresión del ARN viral nef: aumenta la infectividad, disminuye la expresión de CD4 vpr: favorece infección de células en reposo vpu: favorece la liberación viral vif: aumenta la infectividad REPLICACIÓN VIRAL: La replicación del HIV se compone de varias etapas: Entrada Transcripción reversa Integración Expresión genómica viral Ensamblaje y salida Entrada: El HIV utiliza el receptor CD4 para mediar el acoplamiento inicial a las células, a través de interacciones de alta afinidad entre glicoproteínas virales (gp120) y una región específica de la molécula CD4. El receptor CD4 está presente en abundancia sobre la superficie de linfocitos T inmaduros y linfocitos T-helper CD4+. Está presente en menores concentraciones sobre monocitos, macrófagos y células dendríticas presentadoras de antígeno. Luego de la unión virus-célula, comienza el proceso de fusión de membranas el cual es facilitado por la glicoproteína de envoltura gp41 y por las proteínas celulares recientemente identificadas fusina (CXCR4) y CCR5 que participan como correceptores para el virus. Se han identificado distintos correceptores sobre linfocitos y monocitos que actúan juntos para promover la entrada del VIH en la célula blanco después del paso inicial entre el CD4 y la gp120. Los correceptores principales se llaman CCR5 y CXCR4, existiendo por lo menos seis más. Las células de estirpe macrofágica generalmente expresan sólo el primero, muchas poblaciones de linfocitos pueden expresar ambos tipos de correceptores. Se están desarrollando compuestos que antagonicen la entrada del HIV en células susceptibles interfiriendo ya sea con el receptor CD4 o los diversos correceptores en células de diferentes orígenes. La entrada del virus a la célula sucede por la fusión de membranas

2 virales y celulares, mediada por la glicoproteína de transmembrana (gp41). Como resultado de la fusión, el genoma viral ingresa al citoplasma celular como parte de un complejo nucleoproteico. Posteriormente, se disgrega la nucleocápside por un evento proteolítico. Transcripción viral: Después de la entrada viral el ARN viral es transcripto a ADN, que se integra en el ADN del huésped. El proceso de transcripción inversa ocurre habitualmente entre las 4-6 horas de la infección, se produce mayormente en el citoplasma, y es catalizado por la enzima transcriptasa reversa, codificada por el virus. La enzima transcriptasa reversa tiene por lo menos tres funciones : Polimerasa de ADN ARN-dependiente; Polimerasa de ADN ADN-dependiente y Ribonucleasa (RNAsa H) La polimerasa de ADN ARN-dependiente genera una hebra negativa de ADN y luego una positiva que a su vez hibridan para formar un ADN de doble cadena. Los productos finales de la transcripción inversa son moléculas de ADN de doble cadena que son más largas en cada extremo que el ARN viral debido a la duplicación del LTR (zonas reguladoras). Integración: Los productos de la transcriptasa inversa se generan en el citoplasma celular como ya se ha mencionado. Estos ADN de doble cadena se transportan al núcleo de la célula, donde el ADN viral se integra al ADN cromosómico del huésped. La proteína vpr tiene un rol importante para dirigir el complejo de integración hacia dentro del núcleo de la célula huésped. Los microtúbulos celulares colaboran en el transporte de este complejo de preintegración hacia el poro nuclear. Una vez en el núcleo, la reacción de integración es catalizada por la integrasa viral que se encuentra en la partícula viral. Expresión genómica viral: La transcripción eficiente del genoma viral requiere una serie de mecanismos complejos que involucran tanto factores celulares como virales. Las señales de activación y proliferación celular resultan en la unión de factores de transcripción (por ejemplo, NFκB), al LTR y llevan a la iniciación de la transcripción viral. Como se ha mencionado, Tat y Rev son dos proteínas virales claves que regulan positivamente la expresión de genes virales y la replicación, mientras que Nef, Vif, Vpu y Vpr son determinantes de virulencia viral. Los transcriptos primarios de ARN del provirus se realizan con la enzima celular ARN polimerasa II. Estos transcriptos sirven como ARNm para la síntesis de poliproteínas virales y como genomas virales que serán incorporados en los viriones nuevos. Los ribosomas de la célula huésped traducen el ARNm viral en proteínas virales. Todas las proteínas virales estructurales se sintetizan como poliproteínas. Ensamble y salida: La modificación de poliproteínas virales por enzimas celulares es esencial para el ensamble viral. Este incluye el procesamiento y la glicosilación de las proteínas del Env, y la miristilación del extremo N terminal del elemento p17 en las poliproteínas Gag y Gag-Pol. Lo último se necesita para la incorporación de estas proteínas a la membrana celular y para el alineamiento de moléculas adyacentes. Las proteínas del Gag tienen un papel fundamental para reclutar proteínas tanto virales como de la célula huésped dentro de las partículas virales. La liberación de los viriones puede producirse rápidamente provocando la lisis celular o bien en forma más lenta manteniendo la integridad de la célula. Debemos mencionar las proteínas celulares que colaboran y las que inhiben la replicación del HIV:

3 Ya mencionamos los receptores y correceptores, pero también hay factores transportadores en el citoplasma que colaboran con el transporte hacia el núcleo celular, así como también las proteínas HMGIY y BAF para la integración del provirus, las ciclinas para la transcripción, las furinas para el transporte y procesamiento de proteínas virales. Factores celulares inhibidores de la replicación: Proteínas APOBEC, enzimas que actúan en la diferenciación de las inmunoglobulinas. Esta proteínas incorporadas al virión causan una hipermutación G>A durante el proceso de la transcripción reversa que puede llevar a la degradación del ADN viral. La proteína viral Vif sin embargo se encarga de la degradación del APOBEC por el proteasoma. TRIM 5: Responsable de la restricción de la replicación en distintas especies. Inhibe la decapsidación. Factores de interferencia de ARN: Se conocen factores de interferencia de ARN celulares que degradan las estructuras stem loop y los ARN de doble cadena. Se ha demostrado que se producen este tipo de estructuras durante la replicación del HIV. Sin embargo estos procesos son contrarrestados por la proteína Tat del HIV. PATOGENIA Y RESPUESTA INMUNE El virus HIV se transmite fundamentalmente por tres vías: a) Sexual a través de semen y secreciones cérvicovaginales con presencia del virus. b) Por sangre o productos sanguíneos infectantes, (por transfusiones, por compartir agujas entre usuarios de drogas inyectables, o también por contacto con algún elemento punzocortante contaminado). c) Por transmisión vertical, de la madre infectada al hijo. Los principales blancos virales son los linfocitos CD4, tanto activados como en reposo (G 1 ) o quiescentes (G 0 ) así como los macrófagos y células dendríticas. El daño producido en las células inmunes, ya sea a través de producción de sincitios o de apoptosis va a determinar que la consecuencia más importante de la infección por HIV no tratada sea una inmunodepresión severa, fundamentalmente del compartimento celular, que lleva a infecciones oportunistas y neoplasias. Por otro lado, la infección de las células de la microglía en el sistema nervioso central puede ocasionar demencia asociada al HIV. Durante toda la vida del individuo infectado, la mayor presencia viral se va a encontrar principalmente en los órganos linfoides, donde el virus ejerce sus principales efectos. La multiplicación viral se puede monitorear por la carga viral en sangre, a través de la cuantificación del ARN viral. En la infección por HIV se pueden diferenciar tres estadios: primoinfección, fase asintomática (latencia clínica) y fase clínica de SIDA. En la primoinfección hay una activa replicación viral en los linfocitos activados localizados en los nódulos linfáticos y se detecta una alta viremia. Generalmente esta viremia decae en unas pocas semanas, esto es debido posiblemente a la respuesta inmune de los linfocitos citotóxicos específicos, dado que la respuesta humoral aparece más tardíamente. Los linfocitos CD4 disminuyen durante esta fase pero luego recuperan niveles cercanos a los normales. Luego de pocos meses, generalmente la viremia se reduce a niveles bajos, con pequeños picos oscilantes de virus. Durante las dos primeras semanas de la infección se produce una destrucción masiva de linfocitos TCD4 de memoria en las mucosas. Esto tiene como consecuencia el paso de microorganismos patógenos, como bacterias, a los nódulos y ganglios linfáticos locales. El

4 pasaje de patógenos estimula exageradamente a los linfocitos, lo que lleva a una mayor depleción linfocitaria y a ofrecerle un mayor blanco al HIV para replicar activamente: los linfocitos TCD4 activados. En la fase asintomática esta hiperactivación va a llevar además a la destrucción y fibrosis del tejido linfático. El período asintomático en promedio en una persona sin tratamiento antirretroviral dura 10 años. En esta fase el número de linfocitos CD4 disminuye en un número promedio de 60 células/ul/año. Algunos autores han adjudicado este descenso al efecto directo del virus y/o la apoptosis debida a la inapropiada producción de citoquinas. Los niveles de linfocitos CD8 permanecen ligeramente elevados, pero la replicación viral continúa, principalmente en los nódulos linfáticos. Como en la primoinfección, en esta fase probablemente la propagación viral es suprimida por la acción antiviral de los linfocitos CD8 citotóxicos. Durante la fase asintomática, la población viral se vuelve más heterogénea, probablemente por la continúa selección de mutaciones específicas debida a la presión de la respuesta inmune. En la fase clínica del SIDA, que está caracterizada por un bajo recuento de linfocitos CD4, debajo de 200/ul, y/o enfermedades oportunistas o neoplásicas marcadoras, se vuelve a observar un aumento en la viremia. La depleción de los linfocitos CD4 con la consiguiente disminución de sus funciones estimuladoras del sistema inmune, provoca alteraciones en las células natural killer, disminución funcional de los linfocitos B y de los macrófagos. También se observa una disminución en el número total de linfocitos CD8. En los nódulos linfáticos, la replicación viral aumenta con la consecuente destrucción de las células linfoides y de la arquitectura normal del tejido linfoide. En este estado la población viral se vuelve relativamente homogénea, más virulenta y menos sensible a la neutralización por anticuerpos. Manifestaciones de la infección La infección inicial o primoinfección, puede ser asintomática o estar acompañada en un 40% de los casos por una enfermedad leve similar a la mononucleosis, con una duración promedio de 10 días. En la fase asintomática, la persona infectada puede experimentar síntomas inespecíficos o enfermedades no marcadoras de SIDA tales como pérdida de peso, fiebre, adenopatías persistentes, candidiasis oral y diarrea. La etapa de SIDA se caracteriza por infecciones oportunistas tales como candidiasis esofágica o pulmonar, herpes simplex o zóster persistente, tuberculosis, citomegalovirus, neumocistis, toxoplasmosis, molusco contagioso y condilomas acuminados, entre otras. Se observan también frecuentemente neoplasias tales como el sarcoma de Kaposi, linfomas y carcinoma de cuello uterino. La infección producida en el sistema nervioso central se manifiesta frecuentemente en una encefalopatía asociada al HIV que puede llevar a la demencia o a la muerte. EPIDEMIOLOGÍA MOLECULAR DEL VIH: Tipos virales: En una escala global la pandemia del HIV está caracterizada como varias epidemias, cada una con una geografía, poblaciones afectadas y cepa viral predominante características. Con una estimación mundial de 39 millones de infectados, la distribución geográfica de los subtipos virales se está volviendo más diversa. Se han caracterizado dos tipos virales: HIV-1 y HIV-2. Un estudio en 1993 demostró la infección por HIV-2 como endémica de Africa Occidental, donde el virus puede haber estado en circulación desde los años sesenta.

5 Subtipos virales: A través de los estudios de PCR se ha podido distinguir dos grupos dentro del HIV-1: M ( majority = mayoría), N y O ( outlier = que está afuera, en este caso del grupo M). Se han identificado por lo menos 10 subtipos genéticamente distintos dentro del grupo M, desde la A a la G. Subtipos de HIV-2: Por el momento se han descripto 5 subtipos de HIV-2 ( A a E). Subtipos de HIV por Región: La acumulación de datos de Africa, Asia y Sudamérica muestran que un porcentaje significativo de cepas virales representaban mosaicos de dos o más subtipos genéticos, reflejando la mezcla de subtipos circulantes en diferentes poblaciones y regiones. A través de estos conocimientos se llegó entonces a un nuevo concepto de la pandemia: se reconoció que los subtipos y los recombinantes de HIV-1 son igualmente importantes en ésta. Los subtipos de HIV-1 están distribuídos en forma irregular por el mundo. Así el subtipo B se encuentra principalmente en América del Norte, Latinoamérica, el Caribe, Europa, Japón y Australia. Prácticamente cada uno de los subtipos se encuentra en la Africa subsahariana, con los subtipos A y D predominando en Africa central y oriental, y el subtipo C en Sudáfrica mayoritaria, con menos de 1% de infecciones causadas por todos los otros subtipos y FRC combinados. El subtipo B predomina en Sudamérica, pero en este momento hasta 25% de las infecciones pueden ser por subtipo F o recombinantes B/F. En la Argentina los trabajos basados en las secuencias nucleotídicas de los genes env y gag, muchos realizados en nuestro laboratorio, indicaban inicialmente la circulación del subtipo B. Posteriormente, se han identificado a recombinantes B/F fundamentalmente en la población heterosexual y drogadictos intravenosos, mientras que el subtipo B se encuentra fundamentalmente en hombres que tienen sexo con hombres.

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