Adaptació de la càpsida del virus de l'hepatitis A a colls d'ampolla del seu cicle biològic

Abstract

El virus de l’hepatitis A (HAV), el prototip del gènere Hepatovirus, té una sèrie de característiques que el diferencien de la resta de membres de la família Picornaviridae, entre aquestes l’existència d’un únic serotip del virus, a pesar de que replica seguint una dinàmica de quasiespècies. La falta de correlació entre la variabilitat a nivell de nucleòtids i a nivell d’aminoàcids fa pensar que l’HAV presenta unes fortes constriccions estructurals i biològiques a nivell de la càpsida. Cal tenir en compte que el virus ha de superar el pH àcid de l’estómac en la fase d’entrada, l’eliminació de sang en la fase virèmica i l’acció de proteases i detergents, especialment sals biliars, en la fase de sortida. Per fer front al pH àcid, les proteases i les sals biliars, l’HAV disposa d’una càpsida altament estable i cohesiva. Respecte l’eliminació de sang, l’HAV s’uneix a la glicoforina A dels eritròcits, la qual s’ha descrit que pot actuar com a receptor esquer interaccionant amb els patògens i impedint que arribin al seu teixit o òrgan diana, però la interacció és ineficient a pH fisiològic. Com que aquesta interacció és òptima a pH àcid, es creu que l’HAV ha adoptat una conformació de la càpsida que li permet evadir la interacció amb l’eritròcit i evitar així ser eliminat de sang. Per tant, aquest seria un factor que contribuiria a la baixa variabilitat antigènica de la càpsida, ja que els mutants amb canvis d’aminoàcids en la regió d’unió a la glicoforina A podrien ser més fàcilment eliminats de sang. De fet, en aquest treball s’ha observat com una única mutació en aquesta regió genera un mutant amb una capacitat de replicació in vitro idèntica a la del virus parental però amb una reducció del fitness in vivo pel fet de presentar una cinètica d’eliminació en sang més ràpida.

Una altra característica única de l’HAV és que presenta un ús de codons altament deoptimitzat i en certa manera antagònic al de la cèl•lula. Com a conseqüència, el virus utilitza molts codons rars, que s’aparellen amb tRNAs poc abundants, ja que utilitza com a codons rars els codons que són rars per la cèl•lula però també els que la cèl•lula utilitza freqüentment, i que, per tant, no estan disponibles per al virus. Aquesta estratègia li permet minimitzar la competència que ha d’establir amb la cèl•lula hoste pels tRNAs, ja que no posseeix d’un mecanisme específic per induir shut-off de la síntesi proteïca cel•lular. S’ha demostrat que els codons rars tenen un paper important en la regulació de la cinètica de traducció, ja que causen pauses del ribosoma degudes a la dificultat de trobar el tRNA correcte, que es troba en concentracions baixes. Aquestes pauses permeten el correcte plegament de les proteïnes, que té lloc de forma co-traduccional. En el cas de l’HAV, la importància de mantenir les pauses de la traducció per assegurar el correcte plegament de les proteïnes de la càpsida és tal que quan es feia replicar el virus en condicions de shut-off cel•lular artificial, el virus re-deoptimitzava l’ús de codons, al contrari del que s’esperaria en aquestes condicions de major disponibilitat de tRNAs. En aquest treball s’ha estudiat la relació entre les pèrdues i recuperacions del fitness del virus en les diferents condicions de shut-off cel•lular i els canvis en la conformació de la càpsida, els quals afectaven l’estabilitat i la eficiència amb que aquesta interaccionava amb el receptor i/o desencapsidava. Durant l’adaptació a aquestes condicions, els canvis en l’ús de codons que experimentava el virus li permetien recobrar un plegament de la càpsida per a recuperar la interacció amb el receptor o augmentar la eficiència de desencapsidació. A més, les poblacions adaptades a les condicions de shut-off cel•lular presentaven un increment de la infectivitat específica i una replicació més ràpida que el virus parental.

Tot plegat ens dona una idea de com la càpsida de l’HAV s’adapta a colls d’ampolla imposats pel seu cicle biològic.

Hepatitis A virus (HAV) is a hepatotropic member of the Picornaviridae family. A single serotype exists, in spite of similar nucleotide diversity to that of the other picornaviruses. This discrepancy between nucleotide and amino acid variability suggests capsid structural and biological constraints. For the development of an infection cycle, HAV has to overcome the challenges posed by the acid pH of the stomach and the action of intestinal proteases and detergents (particularly biliary salts) during the entry phase, the decoy factors during the viremic phase, and again the action of proteases and detergents during the exit phase. HAV binds erythrocytes through the interaction with glycophorin A, however hemagglutination at physiological pH is highly inefficient. As erythrocyte glycoproteins may function as decoy receptors, attracting pathogens and keeping them away from target tissues, the actual virion conformation could represent an escape mechanism from blood clearance due to inefficient erythrocyte binding at physiological pH. The G1217D mutant, with a single mutation in the glycophorin A binding site, binds more efficiently to erythrocytes than the parental strain. In a rat model, it is eliminated from serum more rapidly and consequently reaches the liver with a certain delay compared to the parental strain, suggesting a low fitness phenotype which could explain the lack of natural antigenic variants of the glycophorin A binding site. Another unique characteristic of HAV is the codon usage. HAV don’t induce cellular shut-off and has adopted a deoptimazed codon usage, in order to reduce the competence for the cellular tRNAs. A consequence of this deoptimazed codon usage is an increase of the number of rare codons used by HAV. Adaptation of HAV to replicate in changing conditions of artificially induced cellular shut-off, results in dynamic adjustments of codon usage and in alternate capsid conformations which in turn influence the effectiveness of the initiation of the replicative cycle and the capsid stability. The adaptation processes also involve significant increases in virus specific infectivity and enable the selection of fast growing populations. Fine-tuning translation kinetics selection, i.e., the proper combination of abundant and rare codons in order to get a controlled translation speed and a proper capsid folding plays a critical role in HAV evolution during adaptation in conditions of cellular shut-off. These results suggest and adaptation of the capsid to bottlenecks during the replication cycle.