Un nuevo mapa molecular revela cómo el virus de la gripe secuestra las células humanas

Un equipo de investigadores del European Molecular Biology Laboratory (EMBL) en Hamburgo, en colaboración con el Leibniz Research Institute for Molecular Pharmacology (FMP), logró elaborar un mapa molecular detallado que muestra cómo el virus de la gripe A transforma las células humanas infectadas. Este trabajo innovador permitió observar interacciones de proteínas directamente dentro de células intactas, en lugar de depender de muestras descompuestas.

La gripe estacional provoca entre 3 y 5 millones de casos de enfermedades graves cada año y está vinculada a aproximadamente 650,000 muertes. El virus de la gripe A ha sido responsable de múltiples pandemias, incluida la de la gripe española en 1918. Al ingresar a una célula, el virus libera ARN que contiene instrucciones para la producción de un conjunto limitado de proteínas virales. Estas proteínas se distribuyen por la célula huésped y desvían sus sistemas moleculares, convirtiéndola en una fábrica de nuevas partículas virales.

Una nueva visión del virus de la gripe

Comprender este proceso de invasión es esencial para desarrollar vacunas y tratamientos antivirales más efectivos. Para ello, los investigadores necesitaban identificar qué proteínas virales interactúan con las proteínas humanas, dónde ocurren esos contactos y cómo el virus las utiliza para su propia replicación.

Este estudio marcó un hito al mapear por primera vez los contactos directos entre proteínas del virus de la gripe y proteínas humanas a gran escala dentro de células infectadas intactas. La precisión estructural alcanzada permitió a los investigadores modelar cómo podrían encajar estas proteínas entre sí.

El líder del grupo, Jan Kosinski, afirmó: "Nuestro trabajo ofrece una nueva manera de estudiar las interacciones entre la gripe y su hospedador en su contexto nativo y con información estructural. Los resultados actuales son un instante durante la infección y abren la puerta para estudiar estas interacciones a lo largo de todo el ciclo de infección".

Superando un desafío experimental

El seguimiento de interacciones entre proteínas durante una infección activa es extremadamente complicado. Muchos estudios anteriores dependían de técnicas bioquímicas que requerían romper las células antes de medir los contactos entre proteínas. Este proceso puede distorsionar lo que ocurre dentro de la célula viva, ya que los compartimentos internos destruidos pueden permitir que proteínas originalmente separadas entren en contacto en el laboratorio. Además, interacciones débiles, temporales o específicas de una ubicación pueden desaparecer, dificultando la determinación de qué conexiones realmente existieron durante la infección.

El avance en este estudio fue el desarrollo de una versión especializada de espectrometría de masas de enlace cruzado (XL-MS) por parte de los colaboradores Boris Bogdanow y Fan Liu en FMP Berlín, adaptada específicamente para células infectadas por virus. Este método especializado permitió capturar interacciones que ocurren solo brevemente o dentro de regiones particulares de una célula infectada.

"XL-MS nos permite capturar interacciones entre proteínas directamente en células intactas infectadas, al tiempo que proporciona información estructural sobre cómo están ocurriendo esas interacciones", explicó Bogdanow, quien ahora es líder de un grupo de investigación en el Instituto de Virología de Charité - Universitätsmedizin Berlin. "Esto nos brinda una visión del interfaz entre el virus y la célula humana y, a través del modelado estructural, puede ayudar a identificar objetivos prácticos para futuras intervenciones farmacéuticas".

Combinando datos experimentales con AlphaFold

Los investigadores combinaron sus resultados de XL-MS con modelado estructural computacional, lo que les permitió identificar proteínas virales y humanas que interactúan y estimar cómo están posicionadas al conectarse. Para construir estos modelos estructurales, el equipo utilizó una versión modificada de AlphaFold, un algoritmo premiado con el Nobel para la predicción de estructuras de proteínas.

"La ventaja clave del enfoque modificado de AlphaFold es que nos permitió introducir nuestros datos experimentales de enlace cruzado directamente en el modelado estructural", aclaró Kosinski. "Esto le indica al modelo qué partes de las proteínas virales y del hospedador están cerca unas de otras dentro de las células infectadas. Esto fue especialmente útil para complejos virus-hospedador, que a menudo son difíciles de predecir de manera confiable".

Dos estrategias del virus de la gripe

Los hallazgos, publicados en Nature Microbiology, revelaron dos estrategias notables que parece utilizar el virus de la gripe A al tomar control de una célula. La primera se centra en la hemaglutinina, una proteína que se encuentra en la superficie del virus, que utiliza para adherirse y entrar en las células huésped. Los investigadores siguieron esta proteína mientras viajaba a través de la red interna de transporte y procesamiento de la célula.

Este sistema consiste en compartimentos que pliegan, modifican y preparan proteínas antes de enviarlas a sus ubicaciones finales. El análisis mostró que varias proteínas humanas ayudaron a plegar y modificar correctamente la hemaglutinina durante la infección. Algunas de esas proteínas huésped tenían funciones previamente poco comprendidas.

El virus de la gripe disuelve estructuras en el núcleo

El segundo descubrimiento involucró a los paraspeckles, pequeños compartimentos en forma de gota ubicados dentro del núcleo celular. El equipo descubrió que la infección por el virus de la gripe A provocaba la disolución de estas estructuras. Cuando los paraspeckles se descomponían, liberaban proteínas de unión al ARN que habían estado contenidas dentro de ellos. El virus podría utilizar esas proteínas para apoyar su propia replicación.

"Lo que más nos sorprendió fueron los paraspeckles", comentó Iuliia Kotova, ex becaria de predoctorado en el grupo de Kosinski en EMBL Hamburgo, actualmente en ETH Zurich y primera autora de la publicación. "Observar cómo estos pequeños orgánulos en el núcleo se disolvían, de manera consistente en todas las líneas celulares y cepas de gripe que probamos, nos indicó que esto no es un efecto secundario de la infección, sino que podría ser una estrategia".

Esta interrupción podría proporcionar más de una ventaja al virus. Kosinski agregó: "También puede haber un segundo beneficio para el virus: algunas evidencias sugieren que los paraspeckles contribuyen a las respuestas de estrés celular y a la regulación de genes antivirales, por lo que interrumpirlos podría debilitar partes de la respuesta defensiva de la célula".

Un esfuerzo colaborativo entre tres instituciones

El proyecto dependió de la tecnología y experiencia compartidas entre tres instituciones. Los investigadores realizaron el trabajo de espectrometría de masas de enlace cruzado en Charité en Berlín. Los análisis de glicoproteómica se completaron en la EMBL Proteomics Core Facility. El equipo llevó a cabo el modelado de AlphaFold en el EMBL Compute Cluster, mientras que la imagenología por microscopía se realizó en la CSSB's Advanced Light and Fluorescence Microscopy (ALFM) Facility.

Una nueva forma de estudiar virus pandémicos potenciales

Los hallazgos demuestran cómo el estudio de contactos moleculares dentro de células infectadas intactas puede revelar tanto dónde como cómo un virus toma control de la maquinaria celular humana. Los investigadores afirman que este tipo de 'mapeo en contexto' también puede ayudar a explicar cómo operan otros virus.

"Si bien los factores y mecanismos específicos del hospedador a menudo difieren de un virus a otro, creemos que nuestro enfoque general —combinando enlace cruzado en células, modelado estructural y seguimiento biológico celular dirigido para mapear interacciones nativas virus-hospedador en etapas específicas de la infección— sigue siendo ampliamente aplicable", concluyó Kosinski. Aunque el estudio examinó una cepa de gripe adaptada al laboratorio, los investigadores creen que la misma estrategia podría eventualmente utilizarse para investigar virus con mayor potencial pandémico.

Bogdanow coincidió: "Aunque este estudio se ha centrado en una cepa adaptada al laboratorio, sienta las bases para aplicar la metodología a virus de relevancia pandémica potencial, como el H5N1, y para descubrir las redes de interacción que apoyan su multiplicación en células humanas".