Transformación viral - Viral transformation
La transformación viral es el cambio en el crecimiento, fenotipo o reproducción indefinida de células causado por la introducción de material hereditario. A través de este proceso, un virus provoca transformaciones dañinas de una célula o cultivo celular in vivo . El término también puede entenderse como transfección de ADN utilizando un vector viral .
La transformación viral puede ocurrir tanto de forma natural como médica. Transformaciones naturales pueden incluir virales cánceres , tales como el virus del papiloma humano (VPH) y de células T de tipo virus de la leucemia I . La hepatitis B y C también son el resultado de la transformación viral natural de las células huésped. También se puede inducir la transformación viral para su uso en tratamientos médicos.
Las células que se han transformado viralmente se pueden diferenciar de las células no transformadas a través de una variedad de observaciones de crecimiento, de superficie e intracelulares. El crecimiento de las células transformadas puede verse afectado por una pérdida de la limitación del crecimiento provocada por el contacto celular, un crecimiento menos orientado y una alta densidad de saturación . Las células transformadas pueden perder sus uniones estrechas , aumentar su tasa de transferencia de nutrientes y aumentar su secreción de proteasa . La transformación también puede afectar al citoesqueleto y cambiar la cantidad de moléculas señal .
Tipo
Hay tres tipos de infecciones virales que se pueden considerar bajo el tema de la transformación viral. Se trata de infecciones citocidas, persistentes y transformadoras. Las infecciones citocidas pueden causar la fusión de células adyacentes, la interrupción de las vías de transporte, incluidos los iones y otras señales celulares, la interrupción de la síntesis de ADN , ARN y proteínas , y casi siempre conduce a la muerte celular. Las infecciones persistentes involucran material viral que permanece inactivo dentro de una célula hasta que es activado por algún estímulo. Este tipo de infección generalmente causa pocos cambios obvios dentro de la célula, pero puede provocar enfermedades crónicas prolongadas. Las infecciones transformadoras también se conocen como transformación maligna . Esta infección hace que una célula huésped se vuelva maligna y puede ser citocida (generalmente en el caso de los virus de ARN) o persistente (generalmente en el caso de los virus de ADN). Las células con infecciones transformadoras se inmortalizan y heredan el material genético para producir tumores. Dado que el término citocida o citolítico se refiere a la muerte celular, estas tres infecciones no son mutuamente excluyentes. Muchas infecciones transformadoras por virus tumorales de ADN también son citocidas.
Tabla 1: Efectos celulares de las infecciones virales
| Genético | Destino celular | Morfológico | Bioquímico | Fisiológico | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Citocida |
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Redondeo de la célula |
Inhibe la síntesis de ADN, ARN y proteínas |
Movimiento insuficiente de iones |
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| Persistente |
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Fusión con células adyacentes |
Las respuestas inmunitarias limitan la propagación viral |
Raro hasta que se estimula |
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| Transformando |
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Replicación celular ilimitada |
Inactiva las proteínas supresoras de tumores |
Replicación celular ilimitada |
Infecciones citocidas
Las infecciones citocidas a menudo se asocian con cambios en la morfología y fisiología celular y, por lo tanto, son importantes para la replicación y transformación viral completas. Los efectos citopáticos , a menudo incluyen un cambio en la morfología celular, como la fusión con células adyacentes para formar policariocitos, así como la síntesis de cuerpos de inclusión nucleares y citoplasmáticos . Los cambios fisiológicos incluyen el movimiento insuficiente de iones, la formación de mensajeros secundarios y la activación de cascadas celulares para continuar la actividad celular. Bioquímicamente , muchos virus inhiben la síntesis de ADN, ARN, proteínas del hospedador directamente o incluso interfieren con las interacciones proteína-proteína, ADN-proteína, ARN-proteína a nivel subcelular. La genotoxicidad implica romper, fragmentar o reorganizar los cromosomas del huésped. Por último, los efectos biológicos incluyen la capacidad de los virus para afectar la actividad de los antígenos y las inmunologlobulinas en la célula huésped.
Hay dos tipos de infecciones citocidas, productivas y abortivas. En infecciones productivas, se producen virus infecciosos adicionales. Las infecciones abortivas no producen virus infecciosos. Un ejemplo de infección citocida productiva es el virus del herpes .
Infecciones persistentes
Hay tres tipos de infecciones persistentes, latentes, crónicas y lentas, en las que el virus permanece dentro de la célula huésped durante períodos prolongados. Durante las infecciones latentes, la expresión del genoma viral infectado es mínima o nula. El genoma permanece dentro de la célula huésped hasta que el virus está listo para la replicación. Las infecciones crónicas tienen efectos celulares similares a los de las infecciones citocidas agudas, pero hay un número limitado de progenie y virus implicados en la transformación. Por último, las infecciones lentas tienen un período de incubación más largo en el que no pueden estar implicados cambios fisiológicos, morfológicos o subcelulares.
Transformando infecciones
Las infecciones por transformación se limitan a infecciones abortivas o restrictivas. Esta constituye la categoría más amplia de infecciones, ya que puede incluir infecciones tanto citocidas como persistentes. La transformación viral se entiende más comúnmente como infecciones transformadoras, por lo que el resto del artículo se centra en detallar las infecciones transformadoras.
Proceso
Para que una célula sea transformada por un virus , el ADN viral debe introducirse en la célula huésped . La consideración más simple es la transformación viral de una célula bacteriana. Este proceso se llama lisogenia . Como se muestra en la Figura 2, un bacteriófago aterriza en una célula y se fija a la célula. Luego, el fago puede penetrar la membrana celular e inyectar el ADN viral en la célula huésped. El ADN viral puede permanecer latente hasta que sea estimulado por una fuente como la luz ultravioleta o puede ser absorbido inmediatamente por el genoma del huésped . En cualquier caso, el ADN viral se replicará junto con el ADN original del huésped durante la replicación celular, lo que provocará que dos células se infecten con el virus. El proceso continuará propagando más y más células infectadas. Este proceso contrasta con el ciclo lítico en el que un virus solo utiliza la maquinaria de replicación de la célula huésped para replicarse antes de destruir la célula huésped.
El proceso es similar en las células animales. En la mayoría de los casos, en lugar de inyectar ADN viral en una célula animal, una sección de la membrana recubre el virus y la célula absorbe tanto el virus como la sección que recubre la membrana en la célula. Este proceso, llamado endocitosis , se muestra en la Figura 3.
Transformación de la célula huésped
La transformación viral altera la expresión normal de los genes de la célula huésped a favor de la expresión de un número limitado de genes virales. El virus también puede interrumpir la comunicación entre las células y hacer que las células se dividan a un ritmo mayor.
Fisiológico
La transformación viral puede imponer características característicamente determinables a una célula. Los cambios fenotípicos típicos incluyen alta densidad de saturación, crecimiento independiente del anclaje, pérdida de inhibición por contacto, pérdida del crecimiento orientado, inmortalización , alteración del citoesqueleto celular .
Bioquímico
Los genes virales se expresan mediante el uso de la maquinaria de replicación de la célula huésped; por lo tanto, muchos genes virales tienen promotores que apoyan la unión de muchos factores de transcripción que se encuentran naturalmente en las células huésped. Estos factores de transcripción, junto con las propias proteínas del virus, pueden reprimir o activar genes tanto del virus como del genoma de la célula huésped. Muchos virus también pueden aumentar la producción de proteínas reguladoras de la célula.
Genético
Dependiendo del virus, pueden ocurrir una variedad de cambios genéticos en la célula huésped. En el caso de un virus del ciclo lítico , la célula solo sobrevivirá el tiempo suficiente para que la maquinaria de replicación se utilice para crear unidades virales adicionales. En otros casos, el ADN viral persistirá dentro de la célula huésped y se replicará a medida que la célula se replica. Este ADN viral puede incorporarse al material genético de la célula huésped o persistir como un vector genético separado. Cualquiera de los dos casos puede provocar daños en los cromosomas de la célula huésped . Es posible que el daño pueda repararse; sin embargo, el resultado más común es una inestabilidad en el material genético original o la supresión o alteración de la expresión del gen.
Ensayos
Un ensayo es una herramienta analítica que se utiliza a menudo en un laboratorio para evaluar o medir alguna calidad de una entidad objetivo. En virología , se pueden usar ensayos para diferenciar entre células transformadas y no transformadas. Al variar el ensayo utilizado, cambia la presión selectiva sobre las células y, por lo tanto, puede cambiar qué propiedades se seleccionan en las células transformadas.
Tres ensayos habituales que se utilizan son el ensayo de formación de focos , el ensayo de crecimiento independiente de Anchorage y el ensayo de suero reducido .
El ensayo de formación de focos (FFA) se usa para cultivar células que contienen un oncogén transformante en una monocapa de células no transformadas. Las células transformadas formarán puntos elevados y densos en la muestra a medida que crecen sin inhibición por contacto. Este ensayo es muy sensible en comparación con otros ensayos utilizados para el análisis viral, como el ensayo de reducción de rendimiento .
Un ejemplo del ensayo de crecimiento independiente de Anchorage es el ensayo de agar blando. El ensayo evalúa la capacidad de las células para crecer en un gel o líquido viscoso . Las células transformadas pueden crecer en este entorno y se consideran independientes del anclaje. Las células que solo pueden crecer cuando están unidas a una superficie sólida son células no transformadas dependientes del anclaje. Este ensayo se considera uno de los más estrictos para la detección de transformación maligna.
En un ensayo de suero reducido, las células se analizan aprovechando los cambios en los requisitos de suero celular. Las células no transformadas requieren al menos un medio de suero al 5% para crecer; sin embargo, las células transformadas pueden crecer en un ambiente con significativamente menos suero.
Ejemplos de transformación natural
La transformación natural es la transformación viral de las células sin la interferencia de la ciencia médica. Esta es la forma más comúnmente considerado de la transformación viral e incluye muchos tipos de cáncer y enfermedades, tales como el VIH , la hepatitis B , y de células T de tipo virus de la leucemia I .
Oncogénesis viral
Hasta el 20% de los tumores humanos son causados por virus. Algunos de estos virus que son comúnmente reconocidos incluyen HPV , leucemia de células T tipo virus I , y hepatitis B .
La oncogénesis viral es más común con los virus tumorales de ADN y ARN, con mayor frecuencia los retrovirus. Hay dos tipos de retrovirus oncogénicos : virus transformadores agudos y virus transformantes no agudos. Los virus transformadores agudos inducen un crecimiento tumoral rápido ya que portan oncogenes virales en su ADN / ARN para inducir dicho crecimiento. Un ejemplo de un virus transformante agudo es el virus del sarcoma de Rous (RSV) que porta el oncogén v-src. v-Src es parte de c-src, que es un protooncogén celular que estimula el rápido crecimiento y expansión celular. Por otro lado, un virus transformante no agudo induce un crecimiento tumoral lento, ya que no porta oncogenes virales. Induce el crecimiento tumoral mediante la activación transcripcional de los protooncogenes, en particular la repetición terminal larga (LTR) en los protooncogenes.
La oncogénesis viral a través de la transformación puede ocurrir a través de 2 mecanismos:
- El virus del tumor puede introducir y expresar un gen "transformador" mediante la integración de ADN o ARN en el genoma del huésped.
- El virus del tumor puede alterar la expresión en genes preexistentes del huésped.
Uno o ambos de estos mecanismos pueden ocurrir en la misma célula huésped.
Hepatitis B
Se cree que la proteína X viral de la hepatitis B causa carcinoma hepatocelular a través de la transformación, típicamente de células hepáticas. El ADN viral se incorpora al genoma de la célula huésped provocando una rápida replicación celular y crecimiento tumoral.
Papilomavirus
Los papilomavirus normalmente se dirigen a las células epiteliales y causan de todo, desde verrugas hasta cáncer de cuello uterino. Cuando el virus del papiloma humano (VPH) transforma una célula, interfiere con la función de las proteínas celulares mientras degrada otras proteínas celulares.
Herpesvirus
Se cree que los virus del herpes , el virus del herpes asociado al sarcoma de Kaposi y el virus de Epstein-Barr , causan cáncer en humanos, como el sarcoma de Kaposi, el linfoma de Burkitt y el carcinoma nasofaríngeo . Aunque se han identificado genes en estos virus que causan transformación, no se comprende la forma en que el virus transforma y replica la célula huésped.
Retrovirus
Los retrovirus incluyen el virus de la leucemia de células T tipo I , el VIH y el virus del sarcoma de Rous (RSV). La tasa de genes virales se expresa cuando el virus de la leucemia de células T transforma una célula alterando la expresión de los genes de control del crecimiento celular y provocando que las células transformadas se vuelvan cancerosas. El VIH funciona de manera diferente al no causar directamente que las células se vuelvan cancerosas, sino al hacer que las infectadas sean más susceptibles al linfoma y al sarcoma de Kaposi . Muchos otros retrovirus contienen los tres genes, gag , pol y env , que no provocan directamente la transformación o la formación de tumores.
VIH
El virus de la inmunodeficiencia humana es una infección viral que se dirige a los ganglios linfáticos . El VIH se une a la célula inmunitaria CD4 y la transcriptasa inversa altera el genoma de la célula huésped para permitir la integración del ADN viral a través de la integrasa . El virus se replica utilizando la maquinaria de la célula huésped y luego abandona la célula para infectar células adicionales a través de la gemación .
Aplicaciones médicas
Hay muchas aplicaciones en las que se puede inducir artificialmente la transformación viral en un cultivo celular para tratar una enfermedad u otra afección. Un cultivo celular se infecta con un virus que causa la transformación; Las células transformadas se pueden utilizar para producir tratamientos o introducirse directamente en el cuerpo.
Interferones tipo I personalizados
Los interferones de tipo I (IFN) se utilizan para tratar una amplia variedad de afecciones médicas que incluyen hepatitis C , cánceres, enfermedades virales e inflamatorias. Los IFN pueden extraerse de una fuente natural, como células humanas cultivadas o leucocitos sanguíneos , o pueden fabricarse con tecnologías de ADN recombinante . La mayoría de estos tratamientos con IFN tienen una tasa de respuesta baja.
Se ha recomendado el uso de la transformación viral del virus de Epstein-Barr (VEB) para crear IFN personalizados. En este proceso, los linfocitos B primarios se transforman con EBV. Estas células pueden usarse luego para producir IFN específicos para el paciente del que se extrajeron los linfocitos B. Esta personalización disminuye la probabilidad de una respuesta de anticuerpos y, por lo tanto, aumenta la eficacia del tratamiento.
Tratamientos de cáncer
Cuando un virus transforma una célula, a menudo causa cáncer al alterar el genoma existente de las células o al introducir material genético adicional que hace que las células se repliquen sin control. Rara vez se considera que lo que causa tanto daño también tiene la capacidad de revertir el proceso y ralentizar el crecimiento del cáncer o incluso conducir a la remisión. Los virus transforman las células huésped para sobrevivir y replicarse; sin embargo, las respuestas inmunitarias de la célula huésped se ven comprometidas típicamente durante la transformación, lo que hace que las células transformadas sean más susceptibles a otros virus.
La idea de usar virus para tratar cánceres se introdujo por primera vez en 1951 cuando un niño de 4 años repentinamente entró en una remisión temporal de la leucemia mientras tenía varicela . Esto condujo a una investigación en la década de 1990 en la que los científicos trabajaron para crear una cepa del virus del herpes simple lo suficientemente fuerte como para infectar y transformar las células tumorales, pero lo suficientemente débil como para dejar ilesas a las células sanas. El tratamiento de pacientes con transformación viral tiene la posibilidad de tratar a los pacientes de forma más segura y eficaz que con los métodos tradicionales, como la quimioterapia . Los virus que se utilizan en el tratamiento del cáncer ganan fuerza y aumentan su eficacia a medida que se multiplican en el cuerpo, mientras que sólo provocan efectos secundarios menores, como náuseas , fatiga y dolores.