Proteínas permeabilizantes (viroporinas) del virus de la Polio

Una gran variedad de organismos están dotados de mecanismos ancestrales de defensa y ataque basados en la formación de poros no selectivos en las membranas celulares. Las proteínas citotóxicas con capacidad de formar poros en la membrana plasmática de las células animales pueden ser producidas por bacterias, amebas, hongos, anémonas, vertebrados (como componentes de su sistema inmune) y también se encuentran en el veneno de ciertos artrópodos y serpientes.

Aunque las proteínas capaces de producir poros desestabilizantes de la membrana plasmática (de muchos organismos) pueden ser muy distintas en cuanto a secuencia aminoacídica, todas ellas pueden formar estructuras “permeabilizantes” (que aumentan la permeabilidad de la barrera semipermeable que constituye la membrana de las células) que permiten el flujo pasivo de iones y otras sustancias pequeñas a través de las membranas.

Hasta ahora, no se había descubierto la existencia de proteínas similares de origen viral. El grupo del profesor Luis Carrasco (Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (UAM-CSIC). Madrid) estudia desde hace años el mecanismo de permeabilización tardía inducida por diversos virus, entre ellos el virus de la polio.  En las fases tardías de la infección producida por la mayoría de virus animales, tiene lugar un fenómeno de permeabilización de las membranas celulares que es muy importante para facilitar la salida de las nuevas partículas virales al exterior. En los últimos años, diferentes estudios han demostrado que la expresión individual de ciertos genes virales podía reproducir este proceso en varios sistemas celulares. Fue entonces cuando se propuso el nombre de “viroporina” para aquellas proteínas virales que además de tener actividad permeabilizante compartían otras características estructurales.

La proteína 2B de poliovirus (conocido como el agente causal de la poliomielitis), así como su precursor 2BC, son potentes viroporinas que aumentan la permeabilidad de la membrana de bacterias y de células de mamífero. La viroporina 2B contiene en su secuencia dos regiones que le permiten interaccionar con las membranas y asociarse consigo misma para construir poros.  Mediante técnicas biofísicas se ha determinado en estudios previos que la adición de la proteína 2B purificada induce permeabilización de membranas artificiales (liposomas) a sustancias de bajo peso molecular al igual que ocurre en células. Todas estas evidencias sugieren que el mecanismo de permeabilización de las viroporinas podría ser similar al de algunas toxinas que forman poros.

En un trabajo recientemente publicado en la prestigiosa revista Journal of Molecular Biology, el grupo del Profesor Carrasco en estrecha colaboración con el Dr. Nieva y la Dra. Sánchez-Martínez de la Universidad del País Vasco (Unidad de Biofísica) y el grupo del Dr. Rispoli de la Universidad de Ferrara (Italia), presentan pruebas evidentes que demuestran la capacidad intrínseca de la viroporina 2B de poliovirus de formar poros estables y de un tamaño delimitado en la membrana de las células. En este estudio los investigadores han determinado la región de la proteína 2B que constituye el poro y han profundizado en las características del mismo.

Para ello, mediante procesos de síntesis química obtuvieron diferentes fragmentos cortos (péptidos) que abarcaban distintas regiones de la proteína completa e identificaron que de entre todos sólo un péptido con estructura de hélice mostraba actividad permeabilizante en las células cuando se añadía a concentración muy baja. Este péptido, que tiene la habilidad de insertarse tanto en la membrana celular como en liposomas, sólo permitía el paso de compuestos muy pequeños y no de macromoléculas, lo cual permitió determinar aproximadamente el diámetro interno del poro.

Finalmente, los investigadores consiguieron confirmar en condiciones fisiológicas la presencia de poros formados por el péptido derivado de la viroporina 2B. Una técnica novedosa desarrollada por los investigadores italianos permitió, (mediante una serie de medidas electrofísiológicas) detectar la formación de canales iónicos tras unos segundos después de aplicar directamente el péptido en una célula individual. Por tanto, la viroporina 2B de poliovirus constituye una nueva clase de proteínas formadoras de poros que se sintetizan durante la infección y actúan como toxinas en el interior de las células infectadas.

El estudio de las viroporinas y la detección de las regiones encargadas de su función permeabilizante abren un interesante campo de investigación con posibles aplicaciones en el futuro. Estas proteínas podrían utilizarse como una nueva fuente para el desarrollo de drogas citotóxicas. Asimismo, estos estudios sientan las bases para el diseño de nuevos péptidos (que interfieran con la formación del poro) y compuestos antivirales que sean capaces de inhibir la función de las viroporinas durante la infección.