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cccDNA ( ADN circular covalentemente cerrado ) es una estructura de ADN especial que surge durante la propagación de algunos virus en el núcleo celular y puede permanecer allí de forma permanente. Es un ADN bicatenario que se origina de forma lineal que se liga mediante ADN ligasa a un anillo covalentemente cerrado. En la mayoría de los casos, la transcripción del ADN viral puede ocurrir solo en forma circular. El cccDNA de los virus también se conoce como DNA episomal u ocasionalmente como minicromosoma .

El cccDNA se describió por primera vez en bacteriófagos , pero también se encontró en algunos cultivos celulares donde se detectó una infección por virus de ADN ( Polyomaviridae ). [1] [2] cccDNA es típico de Caulimoviridae y Hepadnaviridae , incluido el virus de la hepatitis B (VHB). El cccDNA en HBV se forma por conversión de DNA circular relajado asociado a la cápside (rcDNA). [3] Después de las infecciones por hepatitis B, el cccDNA puede permanecer después del tratamiento clínico en las células del hígado y rara vez puede reactivarse. La cantidad relativa de cccDNA presente es un indicador para el tratamiento del VHB. [4]

Antecedentes del cccDNA y el virus de la hepatitis B

El ADN circular covalente cerrado (cccDNA) es una estructura de ADN única que se forma en respuesta a la infección de una célula. El ADN genómico ingresa al núcleo celular y luego el ADN parcialmente bicatenario se convierte en ADNccc.

El CccDNA se ve principalmente en el contexto del virus de la hepatitis B (VHB). Aproximadamente 257 millones de personas en todo el mundo están infectadas crónicamente con el virus, lo que las coloca en alto riesgo de desarrollar cirrosis y carcinoma hepatocelular (CHC). [5]   La infección crónica se caracteriza por la persistencia del minicromosoma cccDNA en los núcleos de los hepatocitos del huésped (células del hígado). [6]   Los tratamientos actuales son incapaces de eliminar completamente el minicromosoma viral de los hepatocitos del hospedador, [7] y, como resultado, apuntan a "curar funcionalmente" al hospedador, lo que requiere un bloqueo del ADNcc viral a través del silenciamiento transcripcional . [5]  El individuo infectado no puede curarse por completo sin un aclaramiento del cccDNA de los hepatocitos infectados, lo que en la actualidad no es posible. [8]

Programa de vacunación recomendado por los CDC

El patógeno del VHB es un virus pequeño transmitido por la sangre con una alta especificidad de tejido y especie que se transmite a través de la exposición a sangre o fluidos corporales infectados. [6]   Las únicas células que el virus puede infectar son los hepatocitos, y estos se alcanzan por medio del torrente sanguíneo después de la infección. [6] Los   hepatocitos son células del tejido hepático que participan en la síntesis y el almacenamiento de proteínas . Si bien esta enfermedad se puede prevenir mediante la vacunación , las personas de alto riesgo, como los bebés, pueden tener hasta un 90% de probabilidades de padecer una enfermedad hepática crónica si no se han vacunado previamente. [9]   Como resultado, los CDC recomiendan la primera dosis de la vacuna contra la hepatitis Badministrarse inmediatamente al nacer. [10] El   CccDNA y su persistencia en el núcleo sigue siendo el principal obstáculo para una cura eficaz y, por lo tanto, es la razón del riguroso calendario de vacunación contra la hepatitis B. [10]

En la práctica, el único organismo conocido que utiliza cccDNA es el virus de la hepatitis B. Más específicamente, el cccDNA es un intermedio reactivo que contribuye significativamente a las infecciones de los hepatocitos. [11] La persistencia de cccDNA a lo largo de la duración de la infección ha sido un factor clave en la prevalencia del VHB. [11] Las investigaciones indican que el cccDNA es en realidad la razón principal por la que históricamente ha habido poco progreso hacia la erradicación del VHB. [12] En muchos casos, incluso después de que se haya resuelto la infección, aún se puede detectar cccDNA. [12] Actualmente, la terapia para el VHB incluye análogos de nucleótidos (AN), que inicialmente se implementaron para uso clínico a fines de la década de 1990.[ cita requerida ] Aunque se han probado muchas técnicas terapéuticas diferentes a lo largo de los años, aún no se ha descubierto una cura para el VHB. Los investigadores atribuyen esto a la continua incapacidad de desactivar el cccDNA. [ cita requerida ] Las terapias futuras deberán enfocarse directamente en eliminar este factor.

Propiedades de cccDNA

Un gráfico genérico de semivida que se puede utilizar para modelar la semivida del cccDNA utilizando el tiempo de semivida del cccDNA.

CccDNA es capaz de formar un minicromosoma estable en el núcleo de las células que están infectadas con un virus particular asociado con cccDNA. [13] Como parte del núcleo, el cccDNA puede interactuar con proteínas histonas y no histonas para formar estructuras similares a la cromatina . [14] De la misma manera que la cromatina del huésped, la transcripción del cccDNA se regula mediante el control de dos potenciadores y cuatro promotores distintos . También depende de múltiples reguladores, incluidos factores de transcripción , coactivadores , correpresores y enzimas modificadoras de la cromatina.. Además, el cccDNA puede servir como plantilla para la replicación viral y la transcripción del ADN para cinco ARN virales que permiten la producción de antígenos virales . [13]

Es un desafío cuantificar el número de copias de cccDNA en cada célula, ya que depende del tipo de célula y el tipo de infección. Aunque la vida media del cccDNA aún no se ha determinado, se ha probado in vitro para que dure durante la vida útil de la célula. [13] En un estudio in vitro reciente sobre el VHB, los resultados mostraron que la vida media de la célula hepática humana ( HepG2 ) es de 40 días y proporciona una vida útil estimada de 58 días. Aún no se ha determinado la vida media in vivo de las células hepáticas humanas. [15]

Papel del CccDNA en la replicación del VHB

El CccDNA está asociado con el virus de la hepatitis B (VHB), donde el virus construye su plásmido mediante la unión covalente de sus enlaces. La región del núcleo que contiene histonas dentro del virus es donde se encuentra comúnmente el cccDNA, que generalmente interactúa con las histonas de manera similar a la de la cromatina . Los modelos disponibles para determinar la especificidad bacteriana se limitan actualmente a tres tipos de cultivos celulares: tupaia primaria o hepatocitos humanos (PHH) y HepaRG diferenciado (dHepaRG). [16] Es a partir de estos modelos que se observó la replicación del VHB mediante la transcripción del cccDNA. Es esta falta de modelos las que previenen el tratamiento farmacológico, debido a la falta de eficacia en la erradicación del cccDNA. [17]

HepaRG fue la primera línea celular que apoyó con éxito la infección por VHB y demostró que la infección solo puede ser hospedada por hepatocitos humanos . [18] Una vez que las células similares a los hepatocitos se expusieron a los inductores de diferenciación, se introdujo la fuente viral de un portador del VHB conocido que contenía altos niveles de ADNcc y se analizaron los niveles de antígeno de superficie del VHB , lo que indica que la infección se había replicado con éxito en las células HepaRG. . [19] Normalmente, el VHB se mide mediante los niveles de cccDNA mediante transferencia Southern.cinética de células sanas frente a infectadas y cuantificada mediante dot blot. En estas células infectadas, existe una fuerte correlación entre el cccDNA, que actúa como marcador de replicación, y los niveles de secreción del antígeno de superficie, HBsAg. [18]

Funciones biológicas

El CccDNA se forma a partir de rcDNA (ADN circular relajado) mediante la eliminación de una polimerasa viral en el extremo 5 'de la hebra negativa de ADN, la eliminación del extremo 5' de la hebra positiva y la eliminación de una copia de la hebra corta. Redundancia terminal de la hebra negativa. Después de que se produzcan estas eliminaciones, se completa la hebra positiva y se produce la ligadura de las dos hebras de ADN viral. [16] El mecanismo de infección se deriva de la conversión de ADN bicatenario circular relajado (ADNrc) en ADNccc, a partir de plantillas de virus, que se especula que las realizan las propias enzimas de reparación del ADN de la célula. Este proceso se produce debido a la retrotranscripción de una transcripción de cccDNA en los genomas de rcDNA de la célula normal. La desprotonación del rcDNA actúa como un precursor del cccDNA a través de unreacción en cadena de la polimerasa . [20] [21] Si bien existe un debate sobre los próximos pasos en los mecanismos de formación y metabolismo del cccDNA, se sabe que los inhibidores de la ligasa juegan un papel crucial como soporte de los experimentos knockout. La ADN ligasa 1 y la ADN ligasa 3 reducen directamente la formación de cccDNA, mientras que la ADN ligasa 4 es crucial para la formación de cccDNA sólo en el ADN lineal bicatenario. [21]

Esta conversión de rcDNA parcialmente bicatenario en cccDNA generalmente ocurre cuando un hepatocito se infecta. [22] cccDNA puede producir todo el equipo necesario para completar la replicación viral y la producción de proteínas y, por lo tanto, no necesita utilizar la maquinaria de replicación de ADN semiconservadora de su anfitrión . [22]

Los desencadenantes y controles de la producción de cccDNA no se conocen por completo, pero se cree que puede haber un sistema que implique retroalimentación negativa para suprimir la producción de cccDNA una vez que se hagan entre 10 y 50 copias. Las agrupaciones de cccDNA, una vez hechas, se mantienen fácilmente, por lo que no es necesario que una célula se infecte varias veces para crear una agrupación de cccDNA. [23] El cccDNA puede diluirse o perderse a través de la mitosis, pero en general el cccDNA puede existir en el transcurso del ciclo de vida de un hepatocito sin afectar su viabilidad. Se hipotetiza que esta persistencia de por vida del ADNcc explica las respuestas inmunes observadas de por vida al VHB. [24]

Se cree que los factores inmunomediados, epigenéticos y virales tienen un impacto en la actividad del cccDNA. La investigación de los mecanismos a través de los cuales estos diversos factores influyen en la actividad del cccDNA in vivo es bastante limitada debido a los huéspedes animales seleccionados que están disponibles. [25] Con respecto a los factores inmunomediados, la investigación ha demostrado que las citocinas inflamatorias pueden suprimir la replicación viral y disminuir las reservas de cccDNA en las células infectadas. Además, se cree que la acetilación y desacetilación del cccDNA regulan la transcripción del cccDNA y, por tanto, su replicación viral. Se ha encontrado que la acetilación se correlaciona con la replicación viral, mientras que la desacetilación se correlaciona con una baja replicación viral in vitro. [22] Se necesitan más investigaciones para estudiar los efectos de la acetilación y desacetilación sobre la actividad del cccDNA in vivo.

Referencias

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