Los biólogos del Colegio de Médicos y Cirujanos Vagelos de la Universidad de Columbia han aprovechado un método computacional para mapear las interacciones proteína-proteína entre todos los virus que infectan a los humanos y las células que infectan. El método, junto con los datos que generó, ha generado ungran cantidad de información sobre cómo los virus manipulan las células que infectan y causan enfermedades. Entre los hallazgos del estudio se encuentran el papel de los receptores de estrógeno en la regulación de la infección por el virus del Zika y cómo el virus del papiloma humano VPH causa cáncer.
El estudio, dirigido por Sagi Shapira, PhD, profesora asistente de biología de sistemas en el Colegio de Médicos y Cirujanos Vagelos de la Universidad de Columbia, se publicó hoy en la revista celda .
COMPRENSIÓN LIMITADA DE CÓMO FUNCIONAN LOS VIRUS
A nivel molecular, los virus invaden las células y las manipulan para replicarse, sobrevivir y causar enfermedades. Dado que dependen de las células humanas para su ciclo de vida, una forma en que los virus cooptan la maquinaria celular es a través de interacciones proteína-proteína dentro de su célula.Del mismo modo, las células responden a la infección iniciando respuestas inmunitarias que controlan y limitan la replicación viral; estas también dependen de las interacciones proteína-proteína.
Hasta la fecha, se ha invertido un esfuerzo considerable en identificar estas interacciones clave, y muchos de estos esfuerzos han dado como resultado muchos descubrimientos fundamentales, algunos con implicaciones terapéuticas. Sin embargo, los métodos tradicionales son limitados en términos de escalabilidad, eficiencia e incluso accesoPara abordar este desafío, el Dr. Shapira y sus colaboradores desarrollaron e implementaron un marco computacional, P-HIPSTER, que infiere interacciones entre patógenos y proteínas humanas, los componentes básicos de los virus y las células.
Hasta ahora, nuestro conocimiento sobre muchos virus que infectan a las personas se limita a las secuencias de su genoma. Sin embargo, para la mayoría de los virus, se ha descubierto poco sobre las interacciones biológicas subyacentes que impulsan estas relaciones y dan lugar a enfermedades.
"Hay más de 1.000 virus únicos que se sabe que infectan a las personas", dice el Dr. Shapira. Sin embargo, a pesar de su incuestionable importancia para la salud pública, no sabemos prácticamente nada sobre la gran mayoría de ellos. Solo sabemos que infectan células humanas. La idea detrás de este esfuerzo fue catalogar sistemáticamente las interacciones que los virus tienen con las células que infectan. Y, al hacerlo, también revelar algo de biología realmente interesante y proporcionar a la comunidad científica un recurso que puedan utilizar para realizar observaciones interesantes delos suyos. "
Utilizando un algoritmo novedoso, P-HIPSTer explota la información estructural de las proteínas para interrogar sistemáticamente las interacciones entre virus, proteínas y proteínas humanas con una precisión notable. El Dr. Shapira y sus colaboradores aplicaron P-HIPSTer a los 1001 virus que infectan a los humanos y a las aproximadamente 13000 proteínasEl algoritmo predijo aproximadamente 280.000 pares probables de proteínas interactuantes que representan un catálogo completo de interacciones proteína-proteína del virus humano con una tasa de precisión de casi el 80 por ciento.
"Este es el primer paso hacia la construcción de una cartografía completa de las interacciones físicas entre diferentes organismos", dice el Dr. Shapira.
ZIKA, VPH, EVOLUCIÓN VIRAL
Además de definir las interacciones de las proteínas panvirales, P-HIPSTer ha aportado nuevos conocimientos biológicos sobre el virus del Zika, el VPH y el impacto de los virus en la configuración de la genética humana.
Entre sus descubrimientos, los investigadores encontraron que el virus del Zika interactúa con el receptor de estrógeno, la proteína que permite que las células respondan eficazmente a la hormona del estrógeno. Es importante destacar que encontraron que el receptor de estrógeno tiene el potencial de inhibir la replicación del virus del Zika. Dice el Dr. Shapira: "Y, de hecho, el receptor de estrógeno inhibe la replicación viral incluso más que el interferón, una proteína que es la primera línea de defensa del cuerpo contra la infección viral y nuestro estándar de oro para la defensa antiviral ".
El hallazgo es particularmente relevante para la enfermedad clínica, ya que las mujeres embarazadas son más susceptibles al Zika durante el primer trimestre, que es cuando los niveles de estrógeno están en su nivel más bajo. Este período también es cuando el feto es más susceptible al Zika, un virus para el cualno existe una vacuna ni un tratamiento específico y eso puede causar defectos de nacimiento graves.
El Dr. Shapira y su equipo también exploraron las interacciones entre el VPH, la principal causa de cáncer de cuello uterino, y las células que infecta. El VPH es la infección viral de transmisión sexual más común y aproximadamente el 80 por ciento de las personas sexualmente activas contraen una de las 200diferentes tipos de VPH en algún momento de sus vidas. El Dr. Shapira y su equipo utilizaron los datos generados por P-HIPSTer para identificar las interacciones proteína-proteína que distinguen las infecciones por VPH asociadas con el cáncer de las que no lo son. Además de brindar información sobrecómo el VPH puede causar la enfermedad, el hallazgo podría conducir a un mejor diagnóstico para las personas infectadas con el VPH, y P-HIPSTer podría potencialmente usarse para ayudar a predecir si es probable que algún virus en particular sea altamente patógeno.
Los investigadores también examinaron si las interacciones mediadas por virus han impactado la genética humana. Los investigadores encontraron evidencia de una fuerte presión de selección para varias docenas de proteínas celulares que han sido moldeadas por infecciones virales, revelando nuevos conocimientos sobre cómo nuestro genoma ha sido afectado por virus.
"Una de las cosas que podemos hacer con estos datos es profundizar y preguntar si la infección por virus ha cambiado la historia de la genética humana", señala el Dr. Shapira. "Ciertamente, esa no es una idea nueva, pero tener un catálogo de lo queesas proteínas son importantes. Hay muchas áreas que podemos explorar ahora que antes no podíamos ".
TRABAJO FUTURO
El Dr. Shapira y su equipo tienen la intención de aplicar P-HIPSTer en patógenos más complejos, como parásitos y bacterias, y usarlo para comprender mejor cómo las bacterias del intestino humano se comunican entre sí. En el futuro, el algoritmo también podríautilizarse para explorar virus o patógenos que afecten a las plantas agrícolas o al ganado.
El Laboratorio Shapira de la Universidad de Columbia está trabajando para descifrar los circuitos genéticos y moleculares en la interfaz de las interacciones huésped-patógeno. Una comprensión más profunda de estas relaciones proporciona información importante sobre la maquinaria celular que controla la biología celular básica y tiene amplias implicaciones en la traducción humana.investigación en inmunología y enfermedades infecciosas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro Médico Irving de la Universidad de Columbia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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