Polyomaviridae

Polyomaviridae é unha familia de virus cuxos hóspedes naturais son principalmente mamíferos e aves, que se adoitan denominar poliomavirus. En 2019 recoñecíanse nesta familia catro xéneros e 102 especies, nove das cales non están asignadas a ningún xénero. Catorce destas especies poden infectar seres humanos, mentres que outras, como o SV40 (Simian Virus 40), foron identificados en humanos en menor medida. A maioría destes virus son moi comúns e tipicamente asintomáticos na maioría das poboacións humanas estudadas. O virus BK está asociado con nefropatías en pacientes de transplantes renais e en transplantes de órganos sólidos non renais, o virus JC con leucoencefalopatía multifocal progresiva, e o virus de célula de Merkel con cancro de célula de Merkel. Estrutura e xenoma
Os poliomavirus son virus de ADN bicatenario con envoltura cun xenoma circular de aproximadamente 5000 pares de bases. O xenoma está empaquetado dentro dunha cápside viral duns 40-50 nanómetros de diámetro, que ten forma icosaédcrica (simetría T 7). A cápside está composta por 72 capsómeros pentaméricos dunha proteína chamada VP1, que pode autoensamblarse formando un icosaedro pechado; de modo que cada pentámero de VP1 está asociado cunha molécula dunha soa das outras dúas proteínas da cápside, chamadas VP2 e VP3. O xenoma dun poliomavirus típico codifica entre 5 e 9 proteínas, e está dividido en dúas rexións transcricionais chamadas rexións temperá e tardía debido ao momento durante a infección en que se transcriben. Cada rexión é transcrita pola ARN polimerase II da célula hóspede como un só pre-ARNm que contén múltiples xenes. A rexión temperá xeralmente codifica dúas proteínas, os antíxenos tumorais pequeno e grande, producidos por empalme alternativo. A rexión tardía contén as tres proteínas estruturais da cápside, VP1, VP2 e VP3, producidas utilizando sitios alternativos de comezo da tradución. Outros xenes adicionais e outras variacións deste esquema poden verse nalgúns virus: por exemplo, os poliomavirus de roedores teñen unha terceira proteína chamada antíxeno tumoral mediano na rexión temperá, que é extremadamente eficiente en inducir a transformación celular; o SV40 ten unha proteína da cápside adicional, a VP4; nalgúns exemplos os virus teñen proteínas regulatorias adicionais chamadas agnoproteínas expresadas a partir da rexión tardía. O xenoma tamén contén unha rexión regulatoria ou de control non codificante que contén os promotores das rexións temperás e tardías, sitios de comezo da transcrición e a orixe de replicación. Replicación e ciclo vital
O ciclo vital dos poliomavirus empeza coa súa entrada na célula hóspede. Os receptores celulares para os poliomavirus son residuos de ácidos siálicos de glicanos, normalmente gangliósidos. A adhesión dos poliomavirus ás células hóspede depende da unión da VP1 a glicanos sialilados da superficie celular. En certos virus ocorren interaccións adicionais na superficie celular; por exemplo, o virus JC crese que debe interaccionar co receptor 5HT2A e o virus de célula de Merkel co heparán sulfato. Porén, en xeral as interaccións virus-célula están mediadas por moléculas comúns da superficie celular, e, por tanto, probablemente non son un contribuínte importante do tropismo de tipo celular observado en cada virus. Despois de unirse a moléculas da superficie celular, o virión é endocitado e entra no retículo endoplásmico (un comportamento único entre os virus non envoltos coñecidos), onde a estrutura da cápside viral probablemente se ve alterada pola acción dos encimas disulfuro isomerases da célula hóspede.
Os detalles do tránsito ao núcleo non están claros e poden variar entre distintos poliomavirus. Informouse frecuentemente que unha parcula de virión intacta, aínda que distorsionada, pasa desde o retículo endoplasmático ao citoplasma, onde o xenoma se libera da cápside, posiblemente debido á concentración baixa de calcio no citoplasma. Tanto a expresión dos xenes virais coma a replicación do xenoma viral teñen lugar no núcleo da célula usando a maquinaria do hóspede. Os xenes tenperáns (que comprenden como mínimo o antíxeno tumoral pequeno (ST) e o antíxeno tumoral grande (LT)) exprésanse primeiro, a partir dunha febra monocatenaria de ARN mensaxeiro orixinada por empalme alternativo. Estas proteínas serven para manipular o ciclo celular da célula hóspede, o que desregula a transición da fase G1 á fase S, cando se replica o xenoma da célula hóspede, porque a maquinaria de replicación do ADN da célula hóspede é necesaria para a replicación do xenoma viral. O mecanismo preciso desta desregulación depende do virus; por exemplo, o antíxeno tumoral grande (LT) do SV40 pode unirse directamente ao p53 da célula hóspede, pero o LT do poliomavirus murino non. O LT induce a replicación do ADN a partir da rexión de control non codificante (NCR) do xenoma viral, despois do cal redúcese a expresión do ARNm temperán e empeza a expresión do ARNm tardío, que codifica as proteínas da cápside viral. A medida que empezan estas interaccións, os LTs pertencentes a varios poliomavirus, incluíndo o poliomavirus de célula de Merkel, presentan un potencial oncoxénico.
Describíronse varios mecanismos para regular a transición desde a expresión de xenes temperáns á dos tardíos, como a implicación da proteína LT na represión do promotor temperán, a expresión duns ARNm tardíos non terminados con extensións complementarias aos ARNm temperáns, e a expresión de microARNs regulatorios.
A expresión de xenes tardíos ten como resultado a acumulación de proteínas da cápside viral no citoplasma da célula hóspede. Os compoñentes da cápside entran no núcleo para encapsidar novo ADN xenómico viral. Os novos virións poden ensamblarse en factorías virais. O mecanismo da liberación viral da célula hóspede varía segundo o poliomavirus; algúns expresan proteínas que facilitan a saída da célula, como a agnoproteína ou a VP4. Nalgúns casos, os altos niveis de virus encapsulados causan a lise da célula, liberándose os virións. Proteínas virais
Antíxenos tumorais (T)
O antíxeno tumoral grande xoga un papel clave na regulación do ciclo de vida viral ao unirse á orixe viral da replicación do ADN, onde promove a síntese de ADN. Ademais, como os poliomavirus dependen da maquinaria da célula hóspede para replicarse, a célula hóspede debe estar en fase S para que esta empece. Debido a isto, o antíxeno T grande tamén modula vías de sinalización celular para estimular a progresión do ciclo celular ao unirse a varias proteínas de control celulares. Isto conséguese por un ataque a dúas bandas ao inhibir os xenes p53 supresores de tumores e a membros da familia do retinoblastoma (pRB), e estimular as vías de crecemento ao unirse ao ADN celular, á ATPase-helicase, á asociación da ADN polimerase α, e unirse a factores do complexo de preiniciación da transcrición. Esta estimulación anormal do ciclo celular é unha forza poderosa para a transformación oncoxénica.
A proteína do antíxeno tumoral pequeno tamén pode activar varias vías celulares que estimulan a proliferación celular. Os antíxenos T pequenos dos poliomavirus teñen como diana a proteína fosfatase 2A (PP2A), un regulador de multisubunidades clave de moitas vías como a Akt, a vía da proteín quinase activada por mitóxeno (MAPK), e a vía da proteína quinase activada polo estrés (SAPK). O antíxeno T pequeno do poliomavirus de célula de Merkel codifica un dominio único, chamado dominio de estabilización do LT (LSD), que se une e inhibe a ligase E3 FBXW7 regulando oncoproteínas celulares e virais. A diferenza do SV40, o antíxeno T pequeno do MCV transforma directamente células de roedores in vitro.
O antíxeno tumoral mediano utilízase en organismos modelo desenvolvidos para estudar o cancro, como o sistema MMTV-PyMT, no que o T mediano está acoplado ao promotor de MMTV. Alí, funciona como un oncoxene, mentres que o tecido no que se desenvolve o tumor está determinado polo promotor de MMTV.
Proteínas da cápside
A cápside dos poliomavirus consta dun compoñente principal, a proteína da cápside maior VP1, e un ou dous compoñentes menores, proteínas da cápside menores VP2 e VP3. Os pentámeros de VP1 forman a cápside viral icosaédrica pechada e no interior da cápside cada pentámero está asociado cunha molécula ou ben de VP2 ou ben de VP3. Algúns poliomavirus, como o poliomavirus de célula de Merkel, non codifican ou expresan a VP3. As proteínas da cápside exprésanse a partir da rexión tardía do xenoma.
Agnoproteína
A agnoproteína é unha pequena fosfoproteína multifuncional que se encontra na parte codificante tardía do xenoma dalgúns poliomavirus, especialmente no virus BK, virus JC e SV40. É esencial para a proliferación nos virus que a expresan e pénsase que está implicada na regulación do ciclo vital do virus, concretamente na replicación e saída dos virus da célula hóspede, mais non se coñece o mecanismo exacto. Taxonomía
Os poliomavirus son membros do tradicional grupo I de virus (virus de ADN bicatenario). Na clasificación dos poliomavirus fixéronse varias propostas de revisións conforme se descubrían novos membros do grupo. Anteriormente, os poliomavirus e papilomavirus, que comparten moitas características estruturais pero teñen organizacións xenómicas moi diferentes, estaban clasificados xuntos na familia, agora obsoleta, dos Papovaviridae. (O nome Papovaviridae deriva de tres abreviaturas: Pa por Papillomavirus, Po por Polyomavirus e Va por "vacuolantes. ") Os poliomaviruses foron divididos en tres grandes clados (é dicir, grupos relacionados xeneticamente): o clado SV40, o clado aviario e o clado do poliomavirus murino. Unha posterior reclasificación proposta polo Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV) recomendou dividir a familia Polyomaviridae en tres xéneros: Xénero Orthopolyomavirus (especie tipo SV40)
Xénero Wukipolyomavirus (especie tipo poliomavirus KI)
Xénero Avipolyomavirus (especie tipo poliomavirua aviar)
Non obstante, o actual sistema de clasificación do ICTV recoñece catro xénenros e 102 especies, das cales nove non puideron asignarse a ningún xénero. Este sistema mantén a distinción entre os virus aviarios e os mamalianos, agrupando o subconxunto aviario no xénero Gammapolyomavirus. Xénero Alphapolyomavirus, especie tipo Mus musculus polyomavirus 1 (poliomavirus murino)
Xénero Betapolyomavirus, especie tipo Macaca mulatta polyomavirus 1 (SV40)
Xénero Deltapolyomavirus, especie tipo Human polyomavirus 6
Xénero Gammapolyomavirus, especie tipo Aves polyomavirus 1
As seguintes especies non foron asignadas a ningún xéenro: Ailuropoda melanoleuca polyomavirus 1
Bos taurus polyomavirus 1
Centropristis striata polyomavirus 1
Delphinus delphis polyomavirus 1
Procyon lotor polyomavirus 2
Rhynchobatus djiddensis polyomavirus 1
Sparus aurata polyomavirus 1
Trematomus bernacchii polyomavirus 1
Trematomus pennellii polyomavirus 1
A descrición de novos virus deste grupo segue en marcha. Entre os novos están o poliomavirus da londra mariña 1 e o poliomavirus da alpaca. Outro virus é o poliomavirus do panda xigante 1. Outro virus foi descrito nos roedores sigmodontinos. Outro foi descrito nas tupaias. Poliomavirus humanos
A maioría dos poliomavirus non infectan a humanos. Dos poliomavirus que estaban catalogados en 2017, só se coñecía un total de 14 que tivesen como hóspede o ser humano. Porén, algúns poliomavirus están asociados con enfermidades humanas, especialmente en individuos inmunocomprometidos. O MCV é moi diverxente respecto doutros poliomavirus humanos e está máis estreitamente relacionado co poliomavirus murino. O poliomavirus asociado a Trichodysplasia spinulosa (TSV) está distantemente relacionado co MCV. Dous virus, o HPyV6 e o HPyV7, están máis estreitamente relacionados cos virus KI e WU, mentres que o HPyV9 está máis próximo ao poliomavirus linfotrópico derivado do mono verde africano (LPV).
Describíronse catorce destes virus patóxenos humanos. O poliomavirus Lyon IARC está relacionado co poliomavirus de mapache.
Lista dos poliomavirus humanos
En 2017 identificáranse os seguintes 14 poliomavirus que teñen como hóspede os humanos e o seu xenoma foi secuenciado: O Deltapolyomavirus contén só os catro virus humanos mostrados na táboa, dos que o poliomavirus humano 6 é a especie tipo. Os grupos Alfa e Beta conteñen virus que infectan diversos mamíferos. O grupo Gamma comprende os virus aviarios. Clinicamente as asociacións con enfermidades significativas só se mostran onde se espera causalidade.
En humanos detectáronse anticorpos para o poliomavirus linfotrópico de mono, o que suxire que este virus (ou un virus estreitamente relacionado) podería infectar humanos.
Importancia clínica
Todos os poliomavirus causan infeccións moi comúns na infancia e mocidade. A maioría destas infeccións parecen causar poucos ou ningúns síntomas. Estes virus probablemente persisten durante toda a vida en case todos os adultos. As enfermidades causadas polas infeccións por poliomavirus humanos son máis comúns en persoas inmunocomprometidas; entre as asociacións con enfermidades están o virus BK coa nefropatía en pacientes de transplante renal e de transplante de órgano sólido non renal, o virus JC coa leucoencefalopatía multifocal progresiva, e o virus de célula de Merkel (MCV) co cancro de célula de Merkel.
SV40
O SV40 replícase nos riles de monos sen causar enfermidade, pero pode causar cancro en roedaores en condicións de laboratorio. Nas décadas de 1950 e inicios da de 1960, unhas 100 millóns de persoas puideron ser expostas ao SV40 debido a unha contaminación non detectada previamente por SV40 da vacina da polio, o que creou preocupación sobre se este virus podería causar enfermidade en humanos. Aínda que se informou que estaba presente nalgúns cancros humanos, como en tumors cerebrais, tumores óseos, mesoteliomas e linfomas non de Hodgkin, a súa detección precisa é a miúdo confundida cos altos niveis de reactividade cruzada entre o SV40 e poliomavirus humanos moi espallados. A maioría dos virólogos descartan o SV40 como causa de cancros humanos.
Diagnose
A diagnose dos poliomavirus case sempre ocorre despois da infección primaria, xa que é asintomática ou subclínica. As probas de anticorpos son as que se utilizan comunemente para detectar a presenza de anticorpos contra algúns destes virus. Frecuentemente cómpre facer ensaios de competición para distinguir entre poliomavirus moi semellantes.
En casos de leucoencefalopatía multifocal progresiva, utilízase un anticorpo para o antíxeno T de SV40 con reactividade cruzada (normalemnte o Pab419) para marcar os tecidos directamente para a presenza do antíxeno T do virus JC. Pode usarse a PCR en biopsias de tecidos ou de líquido cefalorraquídeo para amplificar o ADN de poliomavirus. Isto non só permite a detección de poliomavirus senón tamén dicir que subtipo é.
Hai tres técnicas de diagnóstico principais que se usan para a diagnose da reactivación de poliomavirus na nefropatía por poliomavirus: a citoloxía de urina, a cuantificación da carga viral en urina e sangue, e a biopsia renal.
A reactivación de poliomavirus nos riles e tracto urinario causa o vertido de células infectads, virións e proteínas virais na urina. Isto permite nas citoloxías de urina examinar estas células, que se teñen inclusións de poliomavirus no núcleo, serven como diagnóstico de infección. Ademais, como a urina das persoas infectadas contén virións ou ADN viral, pode facerse a cuantificación da carga viral por PCR. Isto tamén é válido para o sangue.
Pode utilizarse tamén a biopsia renal se os dous métodos anteriores non son concluíntes ou se se quere estimar a carga viral específica no tecido renal. Igual que na citoloxía de urina, as células renais son examinadas con microscopio óptico para buscar inclusións de poliomavirus no núcleo, así como a lise e partes virais no fluído extracelular. A carga viral mídese, igual que antes, por PCR. [Cómpre referencia]
A tinguidura de tecidos usando un anticorpo monoclonal contra o antíxeno T do MCV é útil para diferenciar o carcinoma de célula de Merkel doutros tumores de células pequenas redondas. Desenvolvéronse tests sanguíneos para detectar anticorpos para o MCV e mostran que a infección polo virus está moi espallada aínda que os pacientes con carcinoma de célula de Merkel teñen respostas de anticorpos excepcionalmente máis altas que as persoas infectadas asintomaticamente.
Uso para rastrear as migracións humanas
O virus JC parece ser un prometedor marcador xenético para estudar as migracións e evolución humanas. Este virus pórtano entre o 70 e o 90 % dos humanos e xeralmente é transmitido de pais a fillos. Porén, este método non parece ser fiable para rastrear a orixe africana recente dos humanos modernos. Historia
O poliomavirus murino foi o primeiro poliomavirus que se descubriu, grazas a Ludwik Gross en 1953, que informou del como un extracto de leucemia de rato con capacidade de inducir tumores de glándula parótide. O axente causante foi identificado como virus por Sarah Stewart e Bernice Eddy, e en honra delas foi denominado durante un tempo "polioma SE", coas súas iniciais. O termo "polioma" refírese á capacidade do virus de producir múltiples (poli-) tumores (-oma) en certas condicións. O nome foi despois criticado por ser como un "sándwich lingüístico sen carne" ("sen carne" porque anbos os morfemas no termo "polioma" son afixos e non hai lexemas) que daba pouca información sobre a bioloxía do virus; de feito, investigacións posteriores atoparon que a maioría dos poliomaviruses raramente causan enfermidades clinicamente significativas nos seus organismos hóspedces en condicións naturais.
En 2017 identificáranse e secuenciáranse ducias de poliomavirus, que infectan principalmente aves e mamíferos. Coñécense dous poliomavirus que infectan peixes das especies Centropristis striata (un serránido) e Sparus aurata (a dourada). Coñécense un total de 14 poliomavirus que infectan humanos.