Por Miguel Ángel Lendínez y Celia Izurrategui. Biología Sanitaria. Universidad de Alcalá de Henares

Introducción

Retrovirus. Esa palabra es una de las muchas que se nos vienen a la cabeza a los científicos y a los lectores habituales de ciencia cuando toca hablar del síndrome de inmunodeficiencia humana, abreviado como SIDA. Lo cierto es que mucha gente no sabe qué es lo que desencadena exactamente esta enfermedad, y lo que es más, el desconocimiento general de la población de otros organismos de la misma familia que el VIH los hace realmente peligrosos. El objetivo de nuestra entrada será explicar brevemente qué son y cómo funcionan los retrovirus, pero sobre todo y más importante, qué podemos hacer para frenar el avance de estos asesinos invisibles.

¿Qué es un retrovirus?

Lo primero de todo es conocer a nuestro enemigo. Los organismos normalmente codificamos nuestra información genética mediante el ADN porque es una molécula muy estable. Sin embargo, otros seres como los virus especialmente la codifican en forma de ARN, lo que complica la manera de luchar contra ellos ya que su código genético es mucho más inestable. Los retrovirus (pertenecientes a la familia Retroviridae) son un tipo de virus de ARN muy especiales, ya que necesitan traducir ese ARN a ADN para replicarse dentro de la célula a la que infectan. Esta característica tan especial se debe a una enzima esencial del virus, conocida como retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, de la que hablaremos más adelante. También debemos tener en cuenta otra familia de virus (Hepadnavirus) que poseen transcriptasa inversa pero que son virus ADN.[1]

Dentro de los virus, debemos distinguir entre envueltos y no envueltos. Los virus envueltos presentan una capa (la envuelta) que procede de las membranas de las células o de un órganulo llamado aparato de Golgi que se encuentra en el interior de las mismas. Los retrovirus pertenecen al segundo grupo, ya que al momento de salir de la célula infectada se rodea de la membrana de la misma, además de llevarse consigo algunas de las proteínas del Aparato de Golgi. [2]

Diferencias aparte, todos los virus poseen una cápside formada por proteínas que rodea al material genético del virus. Por suerte, en este caso los retrovirus no son una excepción. Aún así, por encima de esta capa los retrovirus poseen una matriz proteica.

Retrovirus principales

Dentro de la familia de los retrovirus encontramos varios géneros que afectan diversas especies, como por ejemplo virus que producen leucemia y tumores mamarios en ratones u otras enfermedades en diferentes aves y mamíferos. Los que afectan al ser humano pertenecen a dos géneros en concreto: Deltaretrovirus y Lentivirus.

Dentro de los Deltalentivirus encontramos HTLV-I y HTLV-II, virus linfotrópicos (con afinidad por linfocitos) de las células T humanas, que son causantes de leucemias de estas células. El HTLV fue el primer retrovirus humano infeccioso y oncogénico descubierto.

El descubrimiento de este virus comenzó en 1978 cuando un paciente de 28 años fue erróneamente diagnosticado con linfoma cutáneo de células T o micosis fungoide. Tras cultivar células T de una biopsia de nódulos linfáticos y ser sometidas a los estudios estándar de la época se descubrió un retrovirus no descrito anteriormente. Se cultivaron los viriones y cuando estaban parcialmente purificados se realizó la caracterización bioquímica y la de la retrotranscriptasa asociada a estos. Tras esta caracterización se realizaron numerosos estudios que ayudaron a demostrar la naturaleza única del HTLV. [3]

En el género Lentivirus encontramos los virus de la inmunodeficiencia humana, VIH-I y VIH-2, conocidos por producir el síndrome de inmunodeficiencia adquirida o SIDA.

Los primeros casos del SIDA fueron detectados en Nueva York y Los Angeles en 1981. Se observó en pacientes jóvenes, sobre todo homosexuales, previamente sanos el desarrollo de infecciones oportunistas como neumonía, infecciones de mucosas por Candida albicans y la aparición de sarcoma de Kaposi. Algunos pacientes presentaban linfadenopatía generalizada precediendo el desarrollo de estas manifestaciones infecciosas. Se asociaron estas manifestaciones con una inmunodeficiencia celular adquirida no descrita hasta ese momento. Estamos hablando del inicio de la epidemia. Poco tiempo después se describieron otros grupos de riesgo que incluían pacientes con hemofilia, usuarios de drogas intravenosas, haitianos y receptores de hemoderivados. La evidencia epidemiológica apuntaba hacia un agente infeccioso transmisible por vía sexual o sanguínea.

A pesar de estos importantes antecedentes y de que Gallo sospechaba desde un inicio que el agente causal de esta nueva enfermedad era un retrovirus, tuvo dificultades para aislar, en un principio, el virus causante del SIDA y otro grupo de investigadores se adelantaría. En 1985 se llevó a cabo la clonación y secuenciación del genoma del virus, y una caracterización precisa de las proteínas de su envoltura.[4]

Enfermedades que provocan y sintomatología

Vamos a comenzar con el VIH. Dentro de los primeros días de la adquisición del VIH ocurre una enfermedad transitoria, en ocasiones sintomática asociada a altos niveles de replicación del VIH y a una rápida caída de los linfocitos T CD4 (también llamados linfocitos T helpers, que se encargan de ayudar en la respuesta inmune). Inmediatamente después de la exposición y transmisión, el virus se replica en la mucosa y en la submucosa, que son la parte más externa del tejido infectado (ya sea el tejido vaginal, rectal, uretral… etc) y drena hacia el tejido linforeticular, donde se encuentran muchos linfocitos, y ya no puede ser detectado en sangre. Esta fase es denominada “fase de eclipse” y dura entre 7 a 21 días. Se comienza a considerar infección aguda cuando encontramos una gran cantidad del RNA del virus en el plasma sanguíneo.

La respuesta inicial es inespecífica, y llevada a cabo por anticuerpos no neutralizantes y no selectivos. Los anticuerpos que neutralizan el virus son encontrados después de tres meses de la infección aguda. Tanto los anticuerpos específicos como inespecíficos atacan al virus destruyendo diferentes glicoproteínas de la envoltura. [5]

Debemos diferenciar entre 2 tipos de pacientes: sintomáticos y asintomáticos. Los primeros presentan un cuadro clínico similar a la mononucleosis que consisten en fiebre elevada, malestar general y fatiga. Esto suele estar acompañado por el rash cutáneo (erupción de la piel característica de la infección con VIH). Para controlar la propagación del virus en el caso de pacientes asintomáticos, se deben realizar pruebas de detección a las personas que pertenezcan a algún grupo de riesgo de contraer el virus, por ejemplo, consumidores de droga mediante vía parenteral, prostitutas, etc. [6]

En cuanto al HTLV-I, el virus de las células-T linfotrópico humano es el primer virus identificado en causar leucemia en células adultas linfoides T (CD4+ y CD8+) y más raramente la paraparesis tropical espástica (TSP). Esta última provoca una debilidad corporal, específicamente en las piernas, incontinencia de la orina, causadas por lesiones ocasionadas en la médula espinal por la acción de citoquininas producidas por linfocitos T citotóxicos sanos que destruyen a los infectados con HTLV-I, los cuales dañan los nervios encontrados en ésta.

La Organización Mundial de la Salud según la clasificación de tumores de tejidos hematopoyéticos y linfáticos logró, en 2008, dividir la severidad de las patologías causadas por los retrovirus “transformadores” y su incidencia mundialmente, en: agudo 60%(versión temprana de la leucemia, donde los linfocitos T se infectan) , linfomatosa 20%(o linfoblástica, donde la médula ósea produce linfocitos inmaduros), crónica 15%(crecimiento anormal de linfocitos T) y latente 5%(la médula ósea no funciona normalmente, también se le llama preleucemia).[7]

Retrotranscripción

La retrotranscripción es un proceso por el que una enzima determinada hace una copia de ADN a partir ARN. La enzima más reconocida y que generalmente hace la copia de ADN se llama retrotranscriptasa y se encuentra sobre todo en retrovirus como el VIH que llevamos mencionando. Este proceso tiene la ventaja de que lo podemos realizar además en un laboratorio para llevar a cabo distintas pruebas. Vamos a pasar a describir la enzima que lleva a cabo el proceso y el proceso en sí.

Transcriptasa inversa

La transcriptasa inversa es una enzima característica de retrovirus que permite la replicación del material genético viral, el ARN, y lo transforma en ADN, simplificando mucho el proceso. También ayuda en la formación de una doble hélice de ADN una vez que el ARN ha experimentado una transcripción inversa en una sola cadena de cDNA. Esta enzima fue descubierta por David Baltimore y Howard Temin en 1970, aunque la descubrieron por separado. [8]

Bien, ¿y cómo actúa esta enzima? Cuando el ARN de una sola hebra del retrovirus entra en la célula, lleva consigo la transcriptasa inversa. La transcriptasa primero sintetiza una hebra de ADN complementaria al ARN y se forma un híbrido ARN-ADN. A continuación, se degrada la hebra de ARN y se reemplaza por ADN, así el resultado es una doble hebra de ADN que normalmente se integra en el genoma de la célula infectada. Este genoma integrado utiliza la maquinaria celular para transcribir sus genes y proteínas. [9]

Sin embargo, la transcriptasa inversa no es una enzima exclusiva de virus. Nosotros, los humanos, al igual que otros seres vivos poseen en sus cromosomas una enzima llamada telomerasa que actúa como una transcriptasa inversa. A partir de un molde de ARN que lleva consigo, alarga el ADN de los telómeros con el fin de evitar la senescencia celular antes de tiempo. Aun así, esta enzima no está activa durante toda la vida de la célula (sólo en los estadíos de desarrollo tempranos, ya que, si lo estuviera toda la vida celular, la célula no moriría y se transformaría en una célula cancerosa).

Aplicaciones, RT-PCR

Sin embargo como hemos mencionado antes, podemos aprovechar las características de la transcriptasa inversa a nuestro favor. La podemos usar para identificar cantidades muy pequeñas de ARN en la prueba conocida como RT-PCR (Reverse transcription polymerase chain reaction o reacción en cadena de la polimerasa con transcripción inversa). Si queremos cuantificar y detectar la cantidad de ARN de una muestra, tenemos que realizar además una PCR cuantitativa. Esta prueba por ejemplo la usamos en el momento de detectar el Sars-CoV-2, ya que es un virus de ARN.

¿Cómo se lleva a cabo esta reacción? Vamos a poner como ejemplo el caso del coronavirus. Primero debemos obtener el ARN viral. Para ello, tomamos una muestra (de la garganta de la persona infectada a la que le vamos a realizar la prueba en nuestro caso) y la llevamos al laboratorio. Esa muestra contiene fragmentos de ADN también, por lo que lo primero es aislar el ARN del virus y degradar ese ADN residual.

Una vez hayamos hecho esto, es el momento de amplificar (aumentar la cantidad) el ARN viral. En esta ocasión, añadimos a la muestra de ARN nuestra transcriptasa inversa, cebadores para el inicio de la transcripción (primers) y dNTPs (desoxinucleótidos trifosfato para incorporar a la cadena de nueva síntesis). Finalmente obtenemos nuestro ADNc (copia) a partir de ARN.

En este momento, cuando tengamos el ADN copia, procedemos a hacer una PCR normal, por lo que añadimos de nuevo primers, dNTP y por último en lugar de transcriptasa inversa usamos la Taq polimerasa, la enzima usada en esta prueba para sintetizar nuevas cadenas de ADN y así poder cuantificar. Además, si queremos cuantificar el amplificado de ADN debemos añadir un componente fluorescente para así poder detectar el número de cadenas amplificadas en los ciclos que repitamos.

La reacción de la PCR se puede resumir en 4 pasos fundamentales:

1. Desnaturalización del DNA molde mediante altas temperaturas (a unos 95ºC).
2. Adición de los cebadores previa síntesis en el laboratorio.
3. Hibridación (annealing o anillamiento) de cebadores al ADN molde que depende de cada tipo de cebador, aunque se baja la temperatura a 50-70ºC, para que los cebadores se puedan unir a la cadena molde. El tiempo de hibridación debe ser muy corto para evitar que las cadenas se puedan volver a unir.
4. Aumento de la temperatura hasta 72ºC (temperatura óptima de la Taq polimerasa) que provoca una extensión del cebador mediante la adición de nucleótidos, es decir, se producirá la síntesis de ADN mediante la Taq polimerasa. Esta etapa de extensión durará dependiendo de la dimensión de la muestra, teniendo en cuenta que se sintetizan unos 1000 nucleótidos por minuto.

Si queremos cuantificar para obtener un positivo en la prueba, se dice que realizamos una PCR cuantitativa. Esto quiere decir que establecemos 3 parámetros para medir los ciclos que tarda una PCR en dar positivo: la línea base (que determina la fluorescencia basal detectada por el aparato) el umbral de fluorescencia (línea que deben cruzar las cadenas amplificadas para que se detecte positivo) y el valor Ct (cantidad de ciclos necesarios para cruzar el umbral) Cuantos menos ciclos necesite la prueba para dar positivo, mayor es la cantidad de ARN que tenemos en la muestra. [10]

Vamos a poner un ejemplo: si una muestra necesita 40 ciclos para dar positivo, se dice que hay poca cantidad viral, en cambio si otra muestra necesita tan solo 10, hay mucha más cantidad de ARN del virus que en la primera muestra.

ORIGEN, TRANSMISIÓN Y TRATAMIENTOS DEL VIH

Origen y replicación vírica

Bueno, ahora que ya sabemos qué es un retrovirus y qué es la transcriptasa inversa, podemos explicar un poco más a fondo la naturaleza del VIH.

La hipótesis más aceptada establece que el VIH es producto de una zoonosis, una enfermedad transmitida de animales al hombre. En concreto, gracias a técnicas de sampling y analizando ADN mitocondrial de los chimpancés, se cree que este virus surgió al mutar el SIV (virus de inmunodeficiencia en simios) a VIH-1. Lo que resultó curioso es que se pensaba que el SIDA (que provoca una bajada de linfocitos T helpers) comenzó a detectarse con la aparición del VIH, pero en realidad la enfermedad se detectó ya en estos chimpancés, cuando en unos análisis de su sangre pudieron confirmar una presencia de linfocitos Th 3 veces menor comparado con el número normal de estas células.[11]

El virus del VIH-2 también se cree que procede del SIV, pero en este caso el estudio que plantea la hipótesis utiliza un análisis filogenético (un análisis «de parentesco» entre distintas especies) para llegar a la conclusión de que a partir de uno de los genes del SIV se derivaba otro del VIH-2. [12]

Ya puestos en contexto, vamos a hablar sobre cómo se replica el virus del VIH. Recordando un poco la estructura del virus, mencionamos que había dos glucoproteínas, que se llaman gp120 y gp41. Gp120 facilita el reconocimiento del receptor de la célula diana, que es el receptor CD4 presente en linfocitos Th sobre todo (aunque también se encuentra en otras células como macrófagos, monocitos y células dendríticas), aunque también se ha visto que el virus necesita reconocer a otros correceptores adicionales para permitir la fusión. Una vez reconocido el receptor, la proteína gp41 provoca que la membrana de la célula se fusione con la membrana vírica y el virus entre por fusión al interior de la célula.[13]

Gracias a la transcriptasa inversa, el ARN del virus forma un híbrido ARN-ADN que a su vez terminará formando un ADN duplexo debido a que la transcriptasa inversa elimina el ARN viral. Una vez hecho esto, el ADN penetrará en el núcleo para integrarse dentro del cromosoma y pasar a un estado latente dentro de la célula o por el contrario iniciar un ciclo productivo.

La ARN polimerasa dependiente de ADN se encargará de transcribir los genes virales para formar los mensajeros y dar lugar a las proteínas necesarias para los nuevos viriones mediante su traducción en los ribosomas. Los genes que lleva el virus se conocen como gag, pol y env. El gen env codifica las proteínas de la envoltura (gp120 y gp41), gag codifica las proteínas estructurales (las que forman parte de la matriz, cápside y nucleocáside) y pol las enzimas principales del virus (transcriptasa inversa, integrasa para la integración en el cromosoma celular y proteasa para cortar poliproteínas).

Finalmente, el virus termina de madurar en el citoplasma y sale de la célula por exocitosis, llevándose parte de la membrana celular que tendrá proteínas glicosiladas procedentes del aparato de Golgi. [13]

Dependiendo del tipo de célula el virus decide hacer un ciclo u otro:

• En linfocitos T queda latente hasta que decide iniciar un ciclo lítico. Este efecto se corresponde con la inmunosupresión.
• En otras células como macrófagos el virus realiza un ciclo persistente, es decir, libera los virus poco a poco sin matar a la célula, lo que sirve al virus como reservorio. Esto puede llevar a alteraciones neurológicas si los macrófagos infectados viajan al sistema nervioso.

Formas de transmisión

El virus se transmite de muchas maneras, y las vamos a mencionar de mayor a menor riesgo de contagio[14]:

• Sexo anal sin protección: Es la forma más fácil de contagiarse del VIH. Es más peligroso ser la persona pasiva que la activa. Esto es debido a que la piel que tapiza el recto es muy fina, entonces durante la penetración puede desgarrarse fácilmente y permitir que el virus entre en el cuerpo. También el virus se puede introducir en el cuerpo de la persona activa a través de desgarros en el pene, pequeñas heridas…
• Sexo vaginal sin protección: Ambos en la pareja pueden contagiarse de VIH durante el sexo. Las mujeres se contagian y pueden contagiar a través de la mucosa vaginal y sangre que pueda quedar en la vagina y el cérvix. El hombre, como en el caso anterior se contagia por heridas en el pene.
• Vía parenteral: El virus se transmite si se comparten jeringuillas o agujas usadas por seropositivos, porque siempre quedan restos de su sangre. También es alto el riesgo de contraer otras ETS, además de la hepatitis B y C.
• Transmisión vertical: Una madre puede transmitir el VIH a su hijo durante el embarazo, nacimiento o lactancia. Es la forma más común de transmisión de VIH en niños. De todos modos, si la madre toma antirretrovirales durante el embarazo y la lactancia, y da medicina al niño durante 4-6 semanas después de nacer, el riesgo de contraer el VIH es menor al 1%.

Estas son las formas principales de contagio, pero hay otras más raras como el sexo oral, lugar de trabajo (al rozarse con objetos afilados o agujas contaminadas), mordeduras de otras personas infectadas, besos con lengua… Pero todas estas formas de contagio requieren sangre de la persona infectada.

Se transmite a través de fluidos corporales como la sangre, semen, líquido preseminal, fluido rectal, fluido vaginal y leche materna.

Ahora bien, también hay otros factores que incrementan el riesgo de padecer la enfermedad, como puede ser el abuso de drogas intravenosas, tener otras ETS o la carga viral.

Tratamientos actuales contra el VIH

Tras comunicar a una persona que ha dado positivo en VIH, se le transmite información sobre los posibles tratamientos a seguir para paliar los efectos del virus del que, desafortunadamente, no conocemos la cura. Se informa al paciente de los riesgos y efectos secundarios que provocan estos medicamentos.

Los medicamentos más utilizados actualmente son[15]:

• Los inhibidores de la transcriptasa inversa no análogos de nucleósidos (ITINN), que bloquean una proteína que el VIH necesita para replicarse.
• Los inhibidores de la transcriptasa inversa análogos de nucleósidos o nucleótidos (ITIN) son versiones defectuosas de los componentes básicos que el VIH necesita para replicarse.
• Los inhibidores de la proteasa (IP) inactivan la proteasa del VIH, otra proteína que el VIH necesita para replicarse.
• Los inhibidores de la integrasa funcionan inhibiendo a una proteína llamada integrasa que el VIH utiliza para insertar su material genético en los linfocitos T CD4.
• Los inhibidores de entrada o fusión bloquean la entrada del VIH en los linfocitos T CD4.

El tratamiento inicial consiste en la combinación de dos NRTI (inhibidores de la transcriptasa inversa análogos de nucleótidos/nucleósidos) combinados con un tercer agente, que puede ser un inhibidor de integrasa, un ITINN o bien un inhibidor de la proteasa. Se ha visto que los inhibidores de integrasa son muy efectivos contra el virus, además de que apenas presentan efectos secundarios.[16]

Como curiosidad, se ha visto que en las zonas o comunidades con gran prevalencia de SIDA, el uso de terapias antirretrovirales disminuye enormemente la detección de nuevos casos de la enfermedad, así como la disminución de la carga viral dentro de dicha zona.

Una mirada al futuro

Proyectos de vacunas contra el VIH

Una vacuna terapéutica contra el VIH se administra a las personas seropositivas con el objetivo de reforzar su respuesta inmunitaria. En la actualidad existen muchas limitaciones en los conocimientos que tenemos de los mecanismos inmunológicos de control de replicación viral del VIH y la eficacia de las vacunas terapéuticas ha sido modesta en el mejor de los casos.

Una de las vacunas más estudiadas ha sido Remune, la cual contiene el virus completo inactivado mediante la extracción de una proteína de la envoltura. Se administró a más de 3000 personas que tenían el virus controlado por el tratamiento TAR. Los resultados mostraron que era capaz de inducir respuestas específicas de los linfocitos Th (los CD4), pero no se observó la capacidad de control inmunológico de la replicación viral.

La capacidad de las vacunas terapéuticas se demostró con un estudio en el que se utilizó una vacuna de células dendríticas en el modelo animal con infección por SIV en el que se obtuvieron increíbles resultados. El problema llegó a la hora de probarlo en 12 pacientes humanos los resultados fueron bastante peores. La vacuna no provocó efectos adversos importantes.

Otros candidatos a ser usados como vacunas terapéuticas son las basadas en ADN que incluyen algunas proteínas. Presentan todo el genoma del VIH con pérdida del gen de la integrasa y se han administrado intradérmicamente en modelos de monos con resultados prometedores. [17]

También podemos encontrar proyectos de vacunas basados en bacterias lácticas para producir inmunidad en las mucosas. esto podría resultar efectivo teniendo en cuenta que las mucosas la puerta de entrada del VIH en el caso de que se transmita por contacto sexual. El tratamiento consiste en la administración de Lactobacillus lactis modificada para expresar determinadas proteínas que inducen la formación de anticuerpos específicos a nivel de las mucosas. Solo ha sido probada en ratones, pero puede representar una estrategia tecnológica para desarrollar una vacuna contra el SIDA efectiva y segura. [18]

Casos de curación completa del VIH

Aunque mediante los tratamientos con antirretrovirales se consigue que el sistema inmunológico de las personas que padecen VIH se restablezca parcialmente y se retrase la progresión de la enfermedad, la cura de la infección por este virus sigue siendo inalcanzable con los métodos de los que disponemos actualmente. Esto se debe principalmente al establecimiento de depósitos de VIH en células de larga vida que permiten que siga existiendo replicación del virus tras retirar los tratamientos antirretrovirales.

Los estudios enfocados a la cura del VIH actualmente se basan en la mutación Δ32 del gen CCR5 que provoca que las células sean resistentes a diferentes cepas del virus. De hecho, se ha demostrado la viabilidad del trasplante de células madre hematopoyéticas de donantes que tienen esta mutación en pacientes infectados con VIH y que padecen leucemia mieloide aguda en recaída, documentándose la ausencia de viremia durante los primeros 20 meses tras retirar el tratamiento antirretroviral. Con estos resultados favorables, se cree que el camino hacia la cura de la infección por el virus de la inmunodeficiencia humana está en la investigación del gen y la mutación anteriormente mencionados, aunque exista la incertidumbre de si realmente ese paciente está realmente curado. De hecho, en otros pacientes, tras el trasplante con células madre que tenían esta mutación, se retiraron los tratamientos para el VIH y existieron rebrotes virales debido a la existencia de los reservorios del virus dentro del organismo, demostrando que no se podía obtener la eliminación completa del virus.

El estudio del que obtenemos la información sobre este tema trató de evaluar la capacidad de reconstrucción de los linfocitos T colaboradores, que contaban con la mutación Δ32, en un seguimiento de 3 años y medio tras en trasplante tanto a nivel sistémico como en el sistema inmunológico de la mucosa. En sus resultados se demostró la exitosa reconstrucción de estas células y además se encontró una reducción del tamaño de los reservorios de VIH. Si bien las células recuperadas seguían siendo susceptibles de infección por el virus, el paciente permanecía sin evidencia de infección tras 3 años y medio de la retirada de los tratamientos antirretrovirales. A partir de esto resultó razonable concluir que el paciente había sido curado de la infección por VIH. [19]

Campañas de prevención

La primera campaña en España no tuvo lugar hasta el año 1987, lo que resultan un tanto tardío, teniendo en cuenta que existían casos desde 1982, y fue diseñada por Mariscal. En esta se trataba de informar de las vías de contagio del VIH a una población en ese momento muy desinformada, pero la forma de hacerlo fue bastante infantil. A favor de esta campaña se puede decir que trataba de esquematizar todas las formas de contagio, información que era necesaria e imprescindible. el problema era que la importancia del peligro del SIDA y la necesidad urgente del cambio en el comportamiento de las personas resultó mermada por la forma en la que era transmitido el mensaje: unos dibujos animados que emitían repetidamente el juego de palabras «Si da, no da».

Si se observa la campaña de 1988 (que se siguió utilizando hasta 1992), nos damos cuenta de que tanto la imagen como el lema «El sida te engancha por el pico» pueden dar lugar a equivocación porque en realidad el virus del sida no está en la heroína: si uno consume una dosis con su jeringuilla y destruye ésta después, no coge el SIDA. Por lo tanto las primeras campañas dirigidas a las personas drogodependientes cayeron en confundir el mensaje de prevención del sida con el de las campañas antidrogas, y sería necesario aclarar que el SIDA no se encontraba ni en la heroína ni en una jeringuilla nueva.

Una de las campañas que mejor funcionó fue «Protégete» (2002) creada en el 20 aniversario de los primeros casos de sida en España. Hace hincapié en la necesidad de utilizar el preservativo como estrategia fundamental de prevención y es lo suficientemente clara y directa para no dar lugar a segundas interpretaciones. El motivo utilizado, el preservativo-salvavidas, se convirtió en símbolo que acompañaba a otras campañas, como la del año 2003, con el lema «rompe la cadena, protégete». [20]

En cuanto a la campaña que se está llevando actualmente en España, el Misterio de Sanidad afirma que el VIH está produciendo una oleada de nuevas infecciones en hombres homosexuales, ya que uno de cada tres diagnósticos de VIH en nuestro país debe a prácticas sexuales entre hombres. En los estudios realizados, más del 10% de los hombres que tienen relaciones homosexuales están infectados por el VIH.

La conclusión que se puede sacar de este apartado es que los responsables de las políticas de prevención de SIDA deberían de ser conscientes de la importancia que tiene diseñar campañas cuyo mensaje resulte coherente, contundente, suficientemente informativo y científicamente correcto.

Bibliografía

1. Gallo, R. C. and Montagnier, L. (2003) ‘The Discovery of HIV as the Cause of AIDS’, New England Journal of Medicine, 349(24), pp. 2283–2285. doi: 10.1056/nejmp038194.
2. Domingo, E., Parrish, C. and Holland, J., 2011. Origin And Evolution Of Viruses. Amsterdam: Academic Press.
3. Coffin, J. M. (2015) ‘The discovery of HTLV-1, the first pathogenic human retrovirus’, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112(51), pp. 15525–15529. doi: 10.1073/pnas.1521629112.
4. Carrillo Maravilla, Eduardo, & Villegas Jiménez, Armando. (2004). El descubrimiento del VIH en los albores de la epidemia del SIDA. Revista de investigación clínica, 56(2), 130-133.
5. Pintos Pascual, I., Muñez Rubio, E., & Ramos Martínez, A. (2018). Diagnosis of acute and chronic HIV infection and their evolutionary stages. Medicine (Spain), 12(56), 3329–3331.
6. Esteban, C. S. (2014). VIH: Infeccion aguda, pesquisa y manejo. Revista Médica Clínica Las Condes, 25(3), 419–424.
7. Fragoso García, Erick, Rosenthal, Jareth Lassard (2015) ‘Retrovirus que ocasionan cáncer en humanos’ Colegio Indoamericano, S.C. (6779), México.
8. Baltimore, D. (1970) ‘Viral RNA-dependent DNA polymerase: RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses’, Nature, pp. 1209–1211. doi: 10.1038/2261209a0.
9. Lehninger, A., Nelson, D. and Cox, M., 2013. Principios De Bioquímica.
10. Real García, M., Rausell Segarra, C. and Latorre, A., 2017. Técnicas De Ingeniería Genética. Madrid: Síntesis.
11. Sharp, P. M. and Hahn, B. H. (2010) ‘The evolution of HIV-1 and the origin of AIDS’, Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 365(1552), pp. 2487–2494. doi: 10.1098/rstb.2010.0031.
12. Santiago, M. L., Range, F., Keele, B. F., Li, Y., Bailes, E., Bibollet-Ruche, F., Fruteau, C., Noe, R., Peeters, M., Brookfield, J. F. Y., Shaw, G. M., Sharp, P. M. and Hahn, B. H. (2006) ‘Simian Immunodeficiency Virus Infection in Free-Ranging Sooty Mangabeys (Cercocebus atys atys) from the Tai Forest, Cote d’Ivoire: Implications for the Origin of Epidemic Human Immunodeficiency Virus Type 2’, Journal of Virology, 80(9), pp. 4645–4645. doi: 10.1128/jvi.80.9.4645.2006.
13. Freed, E. O. (2001) ‘HIV-1 replication’, Somatic Cell and Molecular Genetics, 26(1–6), pp. 13–33. doi: 10.1023/A:1021070512287.
14. https://www.cdc.gov/hiv/basics/hiv-transmission/ways-people-get-hiv.html
15. https://www.mayoclinic.org/es-es/diseases-conditions/hiv-aids/diagnosis-treatment/drc-20373531
16. Cihlar, T. and Fordyce, M. (2016) ‘Current status and prospects of HIV treatment’, Current Opinion in Virology. Elsevier B.V., 18, pp. 50–56. doi: 10.1016/j.coviro.2016.03.004.
17. García, F., Ruiz, L., López-Bernaldo de Quirós, J. C., Moreno, S., & Domingo, P. (2005). Inmunoterapia y vacunas terapéuticas en la infección por VIH. Enfermedades Infecciosas y Microbiología Clínica, 23, 84–94. https://doi.org/10.1016/s0213-005x(05)75164-8
18. Luna Cruz, I., Rodríguez Padilla, C., Tamez Guerra, R., & Alcocer González, J. (2003). Desarrollo de vacunas basadas en bacterias lácticas para inducir inmunidad en mucosas contra VIH. Ciencia UANL, 6(1).
19. Church, J. A. (2011). Evidence for the cure of HIV infection by CCR5δ32/Δ32 stem cell transplantation. Pediatrics, 128(SUPPL. 3), 2791–2799. https://doi.org/10.1542/peds.2011-2107IIII
20. Hernánez, R. M. (2009). El Sida Ante La Opinión Pública : El Papel De La Prensa Y Las Campañas De. Revista de Humanidades, 15(2009), 237–268.

Ignacio Moratilla Rivera. Biología Sanitaria-Universidad de Alcalá de Henares.

La vincapervinca (Vinca minor) y la vinca de Madagascar (Catharanthus roseus) son plantas de la familia de las apocináceas que destacan por su gran belleza. Es bastante común encontrarlas en jardines como ornamentales (por ejemplo, en los jardines colgantes de Madrid) y también son de hábito silvestre. Pero a pesar de su anodina apariencia contiene una serie de compuestos químicos que tienen la capacidad de luchar contra el cáncer.

Estos compuestos son los conocidos como alcaloides de la vinca. Tenemos dos muy conocidos pero existen muchos más, estos son la vinblastina y la vincristina. Algunos se han creado sintéticamente como la vinflunina.

Los alcaloides de la vinca fueron los primeros alcaloides biosintetizados en plantas que se usaron para remediar el cáncer.

Su mecanismo de acción consiste en la inhibición de la polimerización de los microtúbulos, que como sabemos son imprescindibles para llevar a cabo la división celular. Las células cancerosas se caracterizan por su inusitada capacidad proliferativa, por lo que la propiedad de estos alcaloides los hace idóneos para frenar su avance.

BOTÁNICA

Tanto la V. minor como C. roseus pertenecen a la familia Apocynaceae, al igual que la adelfa (Nerium oleander), Rauvolfia serpentaria o el estrofanto (Strophantus).

V. minor suele ser rastrera o puede trepar sobre tutores. Esta presenta hojas pediculadas, elípticas y opuestas, normalmente de un color verde oscuro. Las flores suelen ser lilas con cinco pétalos soldados en la base, dando las partes libres un aspecto de hélice. El centro de las flores encontramos un hueco cuyos bordes delimitan una estrella y en su interior se hallan los órganos reproductores.

C. roseus es muy similar a la vinca, aunque teniendo las hojas menos puntiagudas. Lo más característico y bello son las flores. Estas oscilan en una gran gama cromática de rosas, rojas, magentas y blancos. Presentan 5 pétalos y el centro de la flor presenta un agujero circular que alberga el androceo y gineceo.

Ambas son especies monoicas de flores hermafroditas.

MICROTÚBULOS

Los microtúbulos son estructuras tubulares que forman parte del citoesqueleto y van a intervenir en diversas funciones como dar forma a la célula, transporte, transducción de señales y, lo más relevante ahora, el movimiento de los cromosmas.

Están constituidos por dos proteínas globulares que se organizan en espiral: son la tubulina α y la tubulina β.

Estas estructuras no son siempre estables como en axones neuronales o cilios, sino que pueden estar en constante polimerización y despolimerización.

Para la polimerización las tubulinas se incorporan en dímeros de β y α tubulina, los cuales previamente se han debido de unir con GTP. Los dímeros se unen por uno de los extremos del microtúbulos, y pasado un tiempo el GTP de la tubulina β se hidroliza al GDP, mientras que el de la tubulina α no lo hace.

La unión del GTP no es covalente, sino que se estabiliza por puentes de hidrógeno de grupos OH y NH₂ de las cadenas laterales de los aminoácidos presentes en el sitio de unión. Además existe un átomo de Mg²⁺ que estabiliza su posición. Por último, la base de guanina forma un stacking con un residuo de Tyr.

Dicha unión previa a GTP debe ser correcta para el óptimo ensamblaje de los microtúbulos.

Vinblastina y vincristina

Estas dos moléculas son sintetizadas a partir de otros dos alcaloides indólicos (derivados del Trp), esto hace que tengan es su estructura dos grupos indol (heterociclo nitrogenado) y se conozcan como alcaloides binarios. Son acumuladas en las partes aéreas de las plantas y en bajas concentraciones.

• 

Estas dos se diferencian la una de la otra en un solo radical: la viblastina tiene grupo metilo y la vincristina tiene grupo formilo. Este sutil cambio hace que sus propiedades anticancerígenas cambien. Los dos no afecta por igual a todos los tipos de neoplasias.

La vinblastina ha sido empleada en linfomas de Hodgking, cáncer de células germinales en el testículo y cáncer de mama.

La vincristina se ha utilizado en leucemias, linfomas y neuroblastomas.

Vamos a centrarnos en el mecanismo molecular de la inhibición de la polimerización.

La tubulina β presenta en su estructura el conocido como domino de unión a vinca. Es en esta región donde se unen estos alcaloides.

Esta zona se encuentra adyacente al sitio de unión de GTP de la tubulina, produciendo un cambio conformacional que impide la correcta unión del nucleótido y que por lo tanto no pueda realizarse satisfactoriamente la polimerización de los microtúbulos.

La unión tiene una alta afinidad y es reversible, producida por puentes de hidrógeno. Estos son dos en la vinblastina establecidos por una Asn con N del grupo indol y un oxígeno que forma parte de un enlace peptídico con un grupo OH.

En las divisiones celulares los microtúbulos están en constante polimerización y despolimerización, ya que tienen que colocar los cromosomas en el ecuador de la célula formando la placa metafásica o plano ecuatorial. De tal manera que los alcaloides detienen la división justo en el momento de la metafase.

TOXICIDAD

Una vez entendido cómo actúan estos compuestos no es de extrañar que traigan consigo una serie de efectos secundarios tóxicos para el paciente. Se pueden intentar paliar mediante una disminución en la frecuencia de la toma o bajando la dosis.

La neurotoxicidad es común en estos alcaloides, pero parece que es más severa la vincristina. Las neuronas realizan el transporte axonal a través de microtúbulos y proteínas como la quinesina y la dineina. Al interferir en el ensamblaje de estos componentes citoesqueléticos la células nerviosas disminuyen su transporte generando problemas a nivel del sistema nervioso central (alucinaciones, confusión, insomnio o depresión) y periférico (hormigueo, dolor muscular).

Otras afecciones comunes son las gastrointestinales debido a lo prolíficas que son las células epiteliales del intestino, cursando con dolor abdominal, nauseas, diarrea o estreñimiento. Por este mismo motivo también se produce la caída del cabello o alopecia.

Se han reportado también casos de azoospermia, ceguera, disnea y broncoespasmo.

Debido al efecto leucopenizante de la vinblastina, durante la medicación se debe evitar la vacunación por su posible reactividad. Se contraindica además para mujeres embarazas como para aquellas que estén proporcionando lactancia.

Referencias:

1. Moudi M, Go R, Yien CY, Nazre M. Vinca alkaloids. Int J Prev Med. 2013;4(11):1231-1235.

2. Grindey, G. B. (1989) ‘Vinca alkaloids.’, Current opinion in oncology, 1(2), pp. 203–205. doi: 10.1016/B978-0-444-53717-1.01632-2.

3. Paniagua R, Nistal M, Sesma P, Álvarez-Uría M, Fraile B, Andón R, Sáez F.J. (2007). Biología celular y molecular 4ª edición. Madrid. Ed: Mc Graw Hill Education.

4. Bruneton J. (2001). Farmacognosia, fitoquímica, plantas medicinales 2ª edición. Ed: Acribia.

Yuliia Fatych, Patricia Tato Moreno. 3º Biología Sanitaria. Universidad de Alcalá

Introducción histórica

En 1938, Hermann J. Müller observó que en los extremos de cromosomas expuestos a rayos X de Drosophila melanogaster no se producían mutaciones como deleciones o inversiones, mientras que esto sí ocurría en el resto del genoma. Esto se debía a la presencia de un “casquete protector” al que denominó “gen terminal” y, más tarde, “telómero”.¹

Dos años después, Barbara McClintock, que realizaba estudios genéticos con maíz, describió la formación de cromosomas dicéntricos mediante la ruptura de los cromosomas y su posterior adhesión y fusión de sus extremos. Gracias a estas investigaciones, McClintock demostró que los extremos de los cromosomas se podían restaurar gracias a la obtención de un nuevo telómero.¹

Sin embargo, la investigación sobre los telómeros no se volvió a retomar hasta treinta años más tarde, cuando James Watson identificó el problema de la replicación del DNA en los extremos de los cromosomas. Debido a que las DNA-polimerasas sólo pueden sintetizar DNA en sentido 5’ → 3’, la cadena 5’ → 3’ se forma mediante la síntesis de fragmentos de Okazaki, cada uno de los cuales necesita un cebador. Esto hace que el extremo 3’ del cromosoma no se pueda replicar por completo y, por tanto, en cada replicación, éste se acorta. Esto limita la capacidad de replicación de la célula. Olovnikov descubrió que la senescencia celular se producía como consecuencia del sobrepaso de ese límite, lo que provoca la alteración de la célula.¹

Más tarde, tras muchos años de trabajo e investigación sobre los telómeros del protozoo Tetrahymena thermophila y de la levadura Saccharomyces cerevisiae, Elizabeth Blackburn, Jack Szostak y Carol Greider, descubrieron la existencia de una actividad enzimática que denominaron “transferasa telómero terminal”. Esta actividad estaba presente en la enzima telomerasa, a la que le atribuyeron el papel de la replicación del DNA telomérico, impidiendo el acortamiento progresivo de los telómeros en cada división celular.¹ Finalmente, en el año 2009, Blackburn, Szostak y Greider recibieron el Premio Nobel de Medicina y Fisiología por sus estudios sobre los telómeros y el descubrimiento de la telomerasa.²

Estructura de los telómeros

Los telómeros son unas estructuras que se ubican en los extremos de los cromosomas lineales eucarióticos y que están compuestos por proteínas y secuencias de DNA no codificante repetidas en tándem. La secuencia repetida es la secuencia (TTAGGG)n, lo que hace que en los telómeros exista una hebra rica en nucleótidos de guanina, conocida como hebra G, y otra hebra rica en nucleótidos de citosina.  La hebra G es la que se encuentra orientada en dirección 5’ → 3’ y, en su extremo, sobresale de la cadena de DNA, por lo que no se aparea con la hebra antiparalela, debido a que ésta es más corta. Este fragmento de DNA simple de la hebra G se conoce como overhang-3’ y tiene una longitud que varía según la especie. Además, la longitud de los telómeros también es variable y en cada cromosoma la cantidad de DNA telomérico puede ser diferente.^3,4

Es importante señalar la existencia de estructuras complejas en el extremo 3’ rico en G, denominadas G-cuadruplexos. Dichas estructuras se pueden encontrar en diferentes conformaciones, unidas por planos cuadrados que contienen 4 guaninas (que a su vez interaccionan por puentes de hidrógeno de Hoogsteen). Esta estructura ordenada impide la acción de las nucleasas, las cuales trabajan sobre las hebras sueltas de DNA.⁵

Por otro lado, en los telómeros también podemos encontrar unas secuencias repetidas, conocidas como secuencias asociadas a los telómeros. Estas estructuras varían según la especie en cuanto a su longitud, secuencia y complejidad. Además, parece ser que no tienen un papel importante en la estabilidad del cromosoma y todavía no se conoce cuál es exactamente su función.⁴

Esta estructura especial de los telómeros, hace que éstos tengan la función de evitar que se fusionen con los extremos de otros cromosomas, lo que se conoce como fusión telomérica. Además, también van a tener otras funciones como preservar la región codificante del DNA de la acción enzimática, permitir la interacción entre los cromosomas y la matriz nuclear, e intervenir en la transcripción de genes subteloméricos que regulan el ciclo celular. ⁶

Los telómeros de mamíferos se encuentran asociados a un complejo multiproteico formado por seis proteínas que recibe el nombre de shelterina, cuya función es favorecer la formación de un lazo (“loop T”) que permite que el telómero se doble, secuestrando el extremo terminal de los cromosomas. Esto evita que el DNA telomérico sea dañado por nucleasas. Además, dicho complejo multiproteico impide que se lleve a cabo un mecanismo de reparación de DNA (MRA) en los telómeros, y regula la actividad de la telomerasa.⁵

Las proteínas que forman el complejo de la shelterina son TRF1, TIN2, TRF2, RAP1, POT1 y TPP1. La shelterina es reclutada por los telómeros a través de TRF1 Y TRF2. La proteína TRF1 (factor 1 de unión a las repeticiones teloméricas) se une a las secuencias repetidas TTAGGG de doble cadena e interacciona con TIN2 (factor 2 nuclear de interacción con TRF2). TRF2 también se une a las repeticiones teloméricas de doble cadena y, a su vez, interacciona con RAP1 (proteína 1 represora/activadora). Además, TIN2 también se encuentra asociada a TRF2. Sin embargo, a diferencia de TRF1 y TRF2, POT1 (protección del telómero 1) se puede unir a las secuencias TTAGGG formadas por una hebra simple y se conecta a TRF1 y TRF2 a través de la proteína TPP1 (proteína homóloga de la displasia adrenocortical). Al mismo tiempo, TPP1 también se asocia a TIN2.^7,8

Además del “loop T”, en el cual el DNA monocatenario se enrosca alrededor de un círculo estabilizado por shelterina, existe al final de éste otro bucle, el “loop D”. Este último loop consiste en una estructura de triple hebra denominado como bucle de desplazamiento, en el cual el DNA telomérico monocatenario se entrelaza con una región de DNA bicatenario.⁵

Aspectos moleculares de la telomerasa: estructura, función, regulación.

Arquitectura funcional de la telomerasa

La  telomerasa es una enzima de tipo ribonucleoproteína que participa en la síntesis de las secuencias repetitivas de DNA de los telómeros, estabilizando su longitud.⁶

La enzima telomerasa humana posee una subunidad catalítica (TERT), una subunidad de RNA (hTR, también llamado TERC o TER) que proporciona el molde para la adición de la secuencia telomérica (TTAGGG)n, y proteínas accesorias. Estas proteínas participan en la regulación de la biogénesis de la telomerasa, así como en su localización dentro de la célula y su funcionamiento in vivo. ⁵

Las proteínas accesorias que intervienen en la arquitectura de la telomerasa son⁵:

• Disquerina.
• NHP2.
• NOP10.
• Pontina/Reptina.
• GAR1.
• TCAB1.

La disquerina, el NHP2 y la NOP10 son 3 de las proteínas accesorias implicadas en la estabilidad y la acumulación de TER (RNA de la telomerasa humana). Por otro lado, la disquerina y GAR1 asociados a TER, posibilitan que la telomerasa sea funcional.⁵

A su vez, nos encontramos con dos ATPasas (pontina y reptina), que se asocian a TERT (región catalítica) en la fase S del ciclo celular. Su ausencia, dificulta la acumulación de la telomerasa, por lo cual son dos proteínas muy importantes para el montaje de la enzima.  Además, se ha visto que también ayudan a la estabilidad de TER durante el ensamblaje de la telomerasa.⁵

Se cree que una vez terminado el acoplamiento de todos los componentes de la telomerasa, la pontina y la reptina se disocian, dejando libre la enzima activa en su actividad catalítica.⁵

Se cree que TCAB1 sería la proteína accesoria encargada de la ubicar a la telomerasa dentro de la célula.⁵

Estructuras en alta resolución de los subdominios TER Y TERT 

• TER

La longitud de TER puede variar dependiendo del organismo en el que nos fijemos: 150 nucleótidos en ciliados, 450 nucleótidos en vertebrados, y hasta 1300 nucleótidos en algunas levaduras.  A pesar de esto, se ha descubierto que todas las subunidades TER contienen 2 estructuras secundarias conservadas: un dominio central de pseudonudo (“pseudoknot-template core domain”), catalíticamente esencial, y un tallo-bucle (“stem-loop element”), denominado CR4-CR5 en vertebrados. Dichas estructuras interaccionan directamente con TERT.⁹

• TERT

Gracias a la comparación de secuencias genéticas codificantes para TERT de distintos organismos, se ha descubierto la existencia de un dominio muy conservado en cuanto a su organización y tamaño (de unos 1100 aminoácidos).⁹

Dicha región de la subunidad catalítica TERT está formada desde el sentido N-terminal hasta el C-terminal por⁹:

-Un dominio esencial de extensión N-terminal (“essential N-terminal extension domain” o TEN), el cual tiene afinidad por el DNA telomérico monocatenario. A su vez, contacta directamente con TPP1/TIN2.

-Una región de enlace flexible (“linker”). Es el sitio de unión de TEN y TRBD.

-Un dominio de unión a RNA (“RNA binding domain” o TRBD). Interacciona con la región tallo-bucle o CR4-CR5 de TER.

-Un dominio central de la transcriptasa inversa (RT), el cual posee homología estructural y funcional con la transcriptasa inversa retroviral.

-Una extensión C-terminal (CTE).

Para esclarecer la estructura tridimensional de TERT se han utilizado escarabajos (Tribolium castaneum). Teniendo en cuenta que no poseen el dominio TEN, la estructura resultante genera una forma de anillo gracias a que TRBD y CTE se acercan en el espacio y forman un túnel catalítico. El DNA se uniría a CTE y el molde de RNA a RT, posicionando el extremo 3’ del G-overhang en el túnel catalítico para la adición de nucleótidos.⁹

Estructuras tridimensionales de la telomerasa humana y de Tetrahymena

La estructura de las telomerasas se ha determinado mediante microscopía electrónica de partículas individuales (EM) en tinción negativa, con resolución de 25 Å.⁹

Se pueden observar diferencias a nivel de subunidades, a la vez que similitudes en la organización de TERT.⁹

La telomerasa humana consiste en un dímero, conteniendo cada monómero una subunidad TER y una subunidad TERT, además de proteínas accesorias. Dichos monómeros están unidos por una región de bisagra flexible. Los autores sugieren que la telomerasa humana debe ser dimérica para poder extender dos extremos teloméricos en paralelo, facilitando que las cromátidas hermanas presenten la misma longitud en sus telómeros.⁹

Por otro lado, la telomerasa de Tetrahymena es monomérica, y es funcional en esa forma. Contiene una subunidad TERT, una subunidad TER y proteínas accesorias. La subunidad TERT es próxima a la TER, y además, posee semejanzas estructurales en relación a la telomerasa humana.⁹

Funcionamiento de la telomerasa  

La replicación del DNA romosómico se realiza gracias a DNA polimerasas que pueden extender las cadenas a partir de un RNA cebador y en extremo 5’ → 3’. Dichos cebadores se reemplazarán por DNA y se unirán a las nuevas cadenas de DNA por las DNA ligasas.¹⁰

Cuando llegamos a los extremos del cromosoma se plantea un problema. La hebra cuyo molde es la cadena conductora 3’ → 5’, seguirá sintetizándose desde el último origen de replicación hacia el extremo final en dirección 5’ → 3’.¹⁰

Por otra parte, la hebra copiada a partir de la cadena retardada 5’ → 3’, contiene fragmentos de Okazaki. Se plantea la dificultad de que en el último fragmento de Okazaki, el RNA cebador no puede ser reemplazado por DNA, ya que al no haber una secuencia adyacente, no hay posibilidad de que actúen las DNA polimerasas. Debido a esto, la hebra sintetizada de la cadena retrasada, perderá entre 50 y 100 nucleótidos en su extremo 5’ con respecto a su molde.¹⁰

Para evitar la pérdida de información genética, ya se ha comentado que en los extremos 3’ de las hebras cromosómicas se encuentra el DNA telomérico rico en G, adyacente a la última secuencia de DNA que se puede replicar por la DNA polimerasa. Aunque el DNA telomérico contiene secuencias repetidas en tándem, podría desaparecer después de varios ciclos de replicación. Debido a esto, encontramos la enzima telomerasa, que va a prolongar la secuencia telomérica.¹⁰

En el primer paso de la síntesis de DNA telomérico, la telomerasa se recluta a través de la interacción de TPP1 de la shelterina con el dominio N-terminal de su subunidad catalítica TERT. Además, el extremo 3’ G-overhang del telómero se coloca en el sitio activo de TERT alineándose con el RNA (TER) a través de la formación de pares de bases.⁹ Este RNA es complementario a la cadena de DNA rica en G y aparea parcialmente con ella, proporcionando un molde para la síntesis de copias de la unidad repetida. Los desoxinucleótidos se añaden de novo al extremo 3’ de la cadena rica en G. Después de que se hayan añadido varios nucleótidos se produce una translocación de la telomerasa hacia el extremo del telómero y se reinicia el proceso.¹⁰

Se producen unos 10.000 pares de nucleótidos en el extremo 3’, siendo dicha hebra más larga que la complementaria. A su vez, esta elongación de la cadena retardada 5’ → 3’, sirve para producir un nuevo espacio para la creación de un fragmento de Okazaki: se sintetiza un RNA cebador, y la DNA polimerasa elonga la cadena en dirección 5’ → 3’.¹⁰

En humanos, la telomerasa está activa en las células embrionarias pluripotenciales y las células madre germinales, sanguíneas o de tejidos adultos en continua renovación. Por otra parte, está reprimida en el tejido somático, limitándose así su capacidad de división. Sin embargo, en los procesos tumorales esta enzima se reactiva, permitiendo su proliferación y desarrollo.^{6, 10}

Los procariotas constan de un cromosoma circular, por lo que se podrá hacer una copia de   todos los nucleótidos, ya que como la cadena no se interrumpe en ningún momento, el RNA cebador que se generó al comienzo de la copia, podrá ser sustituido por DNA una vez que la copia alcance el final de la cadena.¹⁰

Se ha visto que la actividad telomerasa puede encontrarse en las fases G1, S y G2 a lo largo de un ciclo celular. A su vez, se da una represión cuando las células entran en G0 debido a⁶:

• Una falta de factores de crecimiento.
• Inhibición por contacto de la división celular.
• Inducción de la senescencia por reversión en una línea celular inmortalizada.
• Diferenciación.

Regulación

La telomerasa se regula por factores genéticos, epigenéticos y ambientales.¹¹

La regulación de la telomerasa se puede dar a través del factor TRF1, que actuaría como un supresor de la elongación telomérica. Su mecanismo de acción consiste en la unión al DNA telomérico de doble cadena, impidiendo la acción de la telomerasa. Dicho factor se encarga de establecer un feedback negativo que estabiliza la longitud telomérica en la interfase y la mitosis.¹²   Para que este proceso se lleve a cabo se ha descubierto que se necesita que TRF1 interactúe con TIN2.⁶

El cese de la actividad de la telomerasa en los tejidos embrionarios se puede dar a través de la represión del gen hTERT o a través de empalmes alternativos del transcrito hTERT, que daría lugar a proteínas sin acción transcriptasa inversa.¹³

Existen factores epigenéticos tales como metilación de islas CpG, metilación de histonas y acetilación, que son importantes para la transcripción de TERT.¹¹

Cáncer

El cáncer es un conjunto heterogéneo de trastornos que se caracterizan por la presencia de células que no responden a los controles normales de la división, lo que hace que estas células cancerosas se dividan rápidamente y de forma continua, generando tumores que privan de nutrientes a los tejidos sanos.²

Varios autores afirman que en las células somáticas humanas, el potencial de proliferación restringido permite unas 50-70 divisiones celulares, alcanzando después la senescencia.⁵ El concepto de senescencia celular engloba a todas las respuestas que genera una célula mitóticamente competente frente a estímulos capaces de inducir su malignización, es decir, generar un cambio neoplásico en ella. Por tanto, se produce la transformación morfológica y funcional de la célula a un fenotipo senescente y se permite una detención de su crecimiento. Esto hace pensar que la senescencia es un mecanismo de seguridad que surgió para evitar la tumorigénesis en células que posean riesgos neoplásicos (como acortamiento/ alteración telomérica, daños DNA, proteína RAS mutada).¹⁴

Respecto al acortamiento telomérico mencionado anteriormente, se ha visto que en hongos, los telómeros cortos posibilitan el daño al DNA, la liberación factores de transcripción y la remodelación de la heterocromatina.¹⁴

Otros estudios han visto que si la reducción telomérica supera un límite mínimo de longitud, se crean impedimentos para una correcta separación cromosómica en la mitosis, debido a la aparición de asociaciones teloméricas (tas). Esto provoca inestabilidad cromosómica, que podrá dar lugar a errores genéticos, importantes en procesos neoplásicos como amplificación génica y pérdida de heterocigosidad. Las células que vayan acumulando tas pueden acabar perdiendo regiones repetitivas ricas en guanina, favoreciendo así dichos mecanismos neoplásicos.⁶

Las tas consisten en la unión de los extremos de dos o más cromosomas, pero sin pérdida aparente de material genético. Pueden producirse en una cromátida o en ambas (simple o doble cromátida).⁶

Algunos autores proponen que la formación de tas estaría asociada a replicaciones defectuosas de los telómeros, traduciéndose en pérdidas de las secuencias teloméricas tras cada ciclo, aumentando así la probabilidad de producir fusiones cromosomales. Los mecanismos por los cuales esto ocurre apuntan al fallo de la enzima telomerasa, tal y como se ha visto en células de ratones.⁶

Las tas se han descrito tanto en tumores sólidos, como en neoplasias hematológicas. A su vez también se han encontrado en células infectadas por virus, células con fenotipo senescente y patologías genéticas como síndrome de Turner. Sin embargo, no se ha visto este fenómeno en células normales, ya que están protegidas de la unión entre cromosomas mediante sus telómeros.⁶

La mayor parte de los tumores malignos presentan la enzima telomerasa activa, lo que hace que las células adquieran la capacidad de proliferar de manera ilimitada. Sin embargo, esto no ocurre en los tumores benignos, que se caracterizan por la ausencia de la telomerasa.¹⁵

El promotor del gen de hTERT es rico en guanina y citosina y presenta numerosos sitios de unión para múltiples proteínas, por lo que su expresión está muy controlada. Por ejemplo, este gen presenta sitios para la unión de los dedos de zinc del factor de transcripción SP1 y para la unión de otras proteínas como USF1/2, MYC, MAX, MXD1 o el factor de transcripción TFII-I. Algunos factores que producen una estimulación de la expresión de hTERT son c-MYC, SP1 y los factores de transcripción ETS.¹⁶

Las mutaciones del gen hTERT se pueden producir en dos sitios de la secuencia en los que tienen lugar transiciones C-T, y ambas dan lugar a un mismo ácido nucleico de 11 pares de bases, que presenta una secuencia para la unión de los factores ETS. Aunque el papel de estos factores todavía no está muy claro, se sabe que la unión del ETS-2 al promotor de hTERT está asociada con la activación de la telomerasa mediada por el factor de crecimiento epidérmico (EGF) en el cáncer de pulmón.¹⁶ 

Por otro lado, también se cree hTERT podría tener otro papel en el cáncer, además de intervenir en el alargamiento de los telómeros. Se ha observado que el aumento de la expresión de TERT daba lugar a linfomas de linfocitos T en células del timo de ratones sin cambios significativos en la longitud de los telómeros. Asimismo, se ha visto que TERT se asocia indirectamente con genes como el de la IL-6, la IL-8 o el TNFα (factor de necrosis tumoral), los cuales intervienen en los procesos de inflamación y de progresión del cáncer.¹⁷

Por tanto, una de las mutaciones que se producen en muchos cánceres, como en glioblastomas, liposarcomas o melanomas primarios, es la mutación del promotor proximal del gen de TERT de la telomerasa. Sin embargo, no se conoce por qué la frecuencia de esta mutación es menor en otros cánceres bastante comunes, como el cáncer de pulmón, el cáncer de colon, el cáncer de ovario o el cáncer de próstata. Por tanto, se piensa que no es necesario que las células presenten telomerasa activa para que se desarrolle el cáncer, sino que solo se requiere algún mecanismo que mantenga la longitud de los telómeros.¹⁵ 

De hecho, en algunos cánceres en los que no se detecta la telomerasa existe un mecanismo alternativo de alargamiento de los telómeros, el cual recibe el nombre de ALT (alternative lengthening of telomeres). Además, los tumores telomerasa-positivos pueden pasar a tener el mecanismo ALT y, por tanto, convertirse en resistentes a los fármacos dirigidos frente a la telomerasa. Este mecanismo ALT se basa en copiar la secuencia telomérica mediante recombinación homóloga. Las células que lo presentan suelen tener una longitud de los telómeros muy variada y gran cantidad de ADN telomérico extracromosómico.¹⁸

El alargamiento alternativo de los telómeros se ha encontrado en osteosarcomas, tumores pancreáticos neuroendocrinos, tumores astrocíticos, leidomiosarcomas y sarcomas pleomórficos indiferenciados. Se cree que este mecanismo se activa cuando se producen mutaciones en las proteínas ATRX o DAXX y/o en la histona H3.3 o por fallos en su expresión, lo cual se ha observado en tumores del sistema nervioso central y en tumores pancreáticos neuroendocrinos.¹⁸ La histona H3.3 se incorpora a regiones teloméricas y sitios de transcripción y se asocia con cromatina activa, para lo cual requiere la presencia de ATRX y DAXX, lo que impide la recombinación telomérica. Si existe una mutación en una de estas proteínas, se alterará la incorporación de la H3.3 a la cromatina, lo que modificará la heterocromatina telomérica. Esto conducirá a una desestabilización de los telómeros y a un aumento de la recombinación homóloga en ellos, facilitándose así el mecanismo ALT. ^{18, 19, 20} Además, la mutación de los genes que dan lugar a ATRX o a DAXX puede aumentar la expresión del RNA TERRA, que se trata de un RNA no codificante que inhibe la actividad de la telomerasa. Este RNA TERRA también estimula la formación de un “loop R” en los telómeros, lo que induce ALT.¹⁷

Envejecimiento.

Uno de los procesos que contribuye al envejecimiento es el acortamiento de los telómeros.² Se propone que el DNA telomérico, que protege los extremos cromosómicos de la recombinación,  actuaría como un “reloj mitótico”, el cual induciría la salida del ciclo celular mediante la senescencia una vez que los telómeros se acorten.⁶

Para la comprensión del proceso del envejecimiento, se han llevado a cabo estudios en los que se han empleado ratones que no tenían un gen funcional de la telomerasa, por lo que en ellos no se expresaba esta enzima. Se observó que los telómeros de estos ratones se iban acortando progresivamente y, tras varias generaciones, los animales presentaban signos de envejecimiento prematuro (caída del pelo, aparición de canas o retraso en cicatrización de heridas).² 

Además, en el año 2012, científicos de Reino Unido realizaron una investigación sobre la longitud de los telómeros en pinzones y observaron que los pájaros que tenían telómeros más cortos eran menos longevos que los pájaros que tenían telómeros más largos.²

Otros estudios han revelado que la disfunción telomérica (relacionada con las proteínas de respuesta al daño del ADN) aumentan con la edad en preparaciones in vivo en la piel de primates y el hígado, tracto digestivo y pulmones de ratones.²¹ 

Por tanto, según estos resultados, podemos afirmar que hay cierta relación entre el envejecimiento y la longitud de los telómeros.

La longitud inicial de los telómeros puede variar entre distintos individuos. En mamíferos, la tasa de acortamiento de los telómeros es igual en todos los tejidos del mismo organismo (entre 50 y 200 nucleótidos por duplicación).^{6, 22}  

Los telómeros se van acortando progresivamente en cada ciclo celular y esto hace que llegue un momento en el que no se pueda unir el complejo de la shelterina, por lo que se desestabiliza el “loop T”. Esto provoca la exposición del extremo del cromosoma, el cual es reconocido por la maquinaria de reparación del DNA como una rotura de la doble cadena de DNA. De hecho, algunos estudios han demostrado que la eliminación del TRF2 del complejo de la shelterina provocaba el reclutamiento y la activación de proteínas como 53BP1, ATM o la histona H2AX, que están implicadas en la respuesta al daño del DNA. Además, se ha visto que esta respuesta al daño, se produce específicamente en la región telomérica cuando POT1 se separa del telómero. Por otro lado, dicha maquinaria reparativa del DNA también puede dar lugar a la activación de la proteína p53, que estimula la reparación del DNA, la detención del ciclo celular, la senescencia y la apoptosis.²¹

Se han hallado evidencias de que la senescencia puede estar relacionada con el envejecimiento a través de la acumulación de células con fenotipo senescente en los tejidos, ya que éstas pueden resistir más los estímulos apoptóticos. A su vez, dichas células expresan en mayor frecuencia algunas moléculas de secreción (metaloproteinasas de la matriz junto a otras enzimas capaces de degradar, factores de crecimiento, citocinas inflamatorias), las cuales pueden alterar el entorno local del tejido al que se vierten. La acumulación de dichas células y su hipersecreción provocan la destrucción de la integridad y la funcionalidad tisular.¹⁴

Debido a la perturbación tisular, se ha sugerido que las células senescentes puedan facilitar la expresión de fenotipos neoplásicos de otras células mutadas.¹⁴

La extensión telomérica ha sido diana de numerosos estudios. Se ha visto que esta longitud telomérica es muy variable entre individuos de la misma edad. Además, dicha longitud pasará a ser más heterogénea entre los diferentes tejidos en la vejez.¹¹

Otro dato de interés que se ha encontrado es que, aunque no haya diferencias de longitud telomérica entre los recién nacidos varones y mujeres afroamericanos y caucásicos, a medida que estas poblaciones pasan a edad adulta, los individuos afroamericanos conservan unos telómeros más extensos que los caucásicos. Además, generalmente los varones adultos tienen los telómeros más cortos que las mujeres adultas. Se piensa que la tasa de acortamiento telomérico es menor en la población femenina debido a la acción estimulante del estrógeno sobre la telomerasa, tal y como se ha comprobado in vitro.¹¹

La longitud de los telómeros estará determinada por factores genéticos y ambientales. Al poseer muchos residuos de G, los telómeros son más susceptibles al estrés oxidativo. Además, se ha comprobado que en células como las del endotelio, el estrés oxidativo disminuye en gran medida la actividad telomerasa. Por lo tanto, si se añaden antioxidantes, se enlentece el acortamiento telomérico al promover a la enzima telomerasa (comprobado en cultivos celulares).¹¹

De esto se deduce lo siguiente: si evitamos el estrés psicológico, se produce menos estrés oxidativo, y por lo tanto prolongamos más la actividad telomerasa, así como los telómeros. Estudios han demostrado que eventos adversos, maltrato infantil, enfermedades crónicas, también parecen ser la causa de unos telómeros más cortos de cara al futuro.¹¹

Existen datos sobre los hábitos de vida, que también están relacionados con la longitud telomérica¹¹:

• Los fumadores tienen más estrés oxidativo, por tanto, menor longitud telomérica.
• El deporte influye de manera positiva sobre dicha longitud.
• Personas que, debido a su dieta, presentaban niveles más bajos de ácido docosahexaenoico y ácido eicosapentaenoico, sufrían de un acortamiento telomérico más veloz.

Patologías relacionadas

Disqueratosis congénita/ Síndrome de  Zinsser-Engman-Cole

La disqueratosis congénita fue la primera patología en la que se identificaron mutaciones en la telomerasa humana. Dicha enfermedad cursa con: pigmentación anormal de la piel, distrofia de las uñas, y leucoplasia oral (placa blanca localizada en la mucosa oral que puede ser un factor de riesgo para el cáncer oral²³). Además hay otro síntomas como tales como retraso en el desarrollo, atrofia testicular, pérdida prematura del cabello e incapacidad funcional de algunos órganos (siendo la deficiencia de la médula ósea, la principal razón de mortalidad prematura).⁵

En esta patología se ha detectado la mutación del gen DKC1, situado en el cromosoma X, dando lugar a la disqueratosis congénita ligada al cromosoma X. La consecuencia de esto es una sustitución de aminoácidos en la posición 353 de Alanina por Valina, afectando a la disquerina. Dicha proteína es 1 de las 3 de las proteínas accesorias implicadas en la estabilidad y la acumulación de TER (RNA de la telomerasa humana). Debido a esto los niveles de TER están disminuidos, y por tanto, sus telómeros están más reducidos que sus respectivos controles normales.^24,25

Se crea inestabilidad cromosómica que afecta más a tejidos de rápida proliferación, tales como: médula ósea, piel y mucosa gastrointestinal.²⁴ 

Anemia aplásica

Es un síndrome hereditario que cursa en la disqueratosis congénita autosómica dominante.²⁶ 

Aparte de los síntomas descritos anteriormente de una disqueratosis congénita, la anemia aplásica produce un trastorno hematológico que viene dado por: la reducción de los eritrocitos, fallo de médula ósea, y patologías hepáticas y pulmonares.⁵

Este tipo de anemia es ocasionado por una mutación en el gen hTR que codifica para TER.^25,26 También se han visto mutaciones en TERT en la disqueratosis congénita autosómica dominante.²⁷

Fibrosis pulmonar idiopática

Es una patología crónica y progresiva que cursa con una fibrosis pulmonar irreversible.⁵ Desde el diagnóstico, los pacientes viven de promedio 3 años.²⁷

Las bases patológicas radican en la mutaciones de genes codificantes para TER y TERT.²⁷

Dicha patología también se asocia con la disqueratosis congénita.²⁷

Síndrome de Werner

El síndrome de Werner es producido por una mutación del gen WRN, que codifica para la helicasa Recq, que es necesaria para la replicación de los telómeros. Cuando esta enzima es defectuosa, los telómeros se acortan de forma prematura, lo que hace que aparezcan signos de envejecimiento en la adolescencia y primeras etapas de la adultez, como piel arrugada, encanecimiento, cataratas o atrofia muscular.²

En conclusión, las enfermedades mencionadas anteriormente poseen telómeros más cortos que los controles (sin patologías) con los que son comparados. 

Dianas farmacéuticas

Las posibles dianas farmacéuticas en situaciones de cáncer (supresión de telomerasa) y de envejecimiento (activación de la telomerasa), vendrían resumidas en la siguiente imagen²⁸:

La telomerasa es una buena diana terapéutica ya que está muy expresada en las células cancerígenas en comparación con el resto de las células (por ejemplo, las células somáticas tienen expresión casi nula o nula de la telomerasa) . Además, los procedimientos terapéuticos van encaminados a la subunidad catalítica TERT.²⁸

Algunas potenciales terapias son²⁸:

• Inhibidores de oligonucleótidos: son oligonucleótidos antisentido o ácidos nucleicos modificados químicamente. Actúan inhibiendo la telomerasa, concretamente sobre la subunidad TER o TERT, o sobre proteínas asociadas. El acortamiento telomérico produce apoptosis o senescencia. Un ejemplo bastante prometedor es el Imetestalt, cuya secuencia oligonucleotídica es complementaria a TER (hTR o TERC) de la telomerasa, inhibiendo dicha subunidad. Dicho compuesto ha sido testado con éxito en glioblastoma (tumor cerebral).²⁸

• Inhibidores de molécula pequeña: a partir de inhibidor natural epigalactocatequina-3-galato (EGCG). Por ejemplo, la rapamicina, inhibidor de mTOR, una proteína serín/treonín quinasa encargada de la localización de la subunidad TERT.²⁹

• Terapia génica dirigida a la telomerasa: dicha terapia se dirige al promotor de genes de la telomerasa de células cancerígenas. Se usan Adenovirus, que al usar el promotor de hTERT, son capaces de replicarse y matar a la célula cancerígena infectada.²⁸

• Fitoquímicos: moléculas naturales de plantas que tienen efecto inhibitorio de la telomerasa en algunos cánceres (alicina, curcumina, sibilina, etc…). El mecanismo de acción no se conoce del todo, pero se sugiere que afecta a TERT, ya sea en su expresión, actividad o disociación de la Hsp90 co-chaperona.²⁸

Otro fármaco de importante mención es la telomestatina, un potente inhibidor de la telomerasa extraído de Streptomyces anulatus.³⁰

Dicha molécula posee similitud estructural con el G-cuadruplexo. Su habilidad inhibitoria permite crear con mayor facilidad los G-cuadruplexos o estabilizarlos intramolecularmente, en caso de que ya estuvieran formados.³⁰

De este modo, la telomerasa no puede alargar el telómero porque no es capaz de desorganizar los G-cuadruplexos, y se produce senescencia de tipo Hayflick, que es el envejecimiento celular provocado por desgaste de telómeros.

Conclusión

Los telómeros y la telomerasa son unas estructuras moleculares muy importantes a la hora de comprender procesos naturales como el envejecimiento, y procesos patológicos como el cáncer.

La integridad de los cromosomas en sus extremos está mantenida por la telomerasa, y el acortamiento de dichas zonas produce senescencia, envejecimiento o cáncer.

En muchas ocasiones, el cáncer presentará aumentada la actividad telomerasa, por lo que dicha enzima es una diana terapéutica bastante prometedora a la hora de intentar erradicar patologías de origen tumoral. 

Hay que tener en cuenta que la telomerasa es un elemento destacado en todos los procedimientos relacionados con los telómeros, pero no hay que olvidar la interacción que ejercen otros factores conocidos y los que faltan por descubrir. 

De cara al futuro, la investigación en este campo permitirá una mejor comprensión global de los telómeros, con importantes repercusiones clínicas.

Bibliografía

1. Chuaire, L. (2006). Telómeros y telomerasa: breve recuento de una historia iniciada por Hermann Müller y Barbara McClintock. Colombia Médica, 37(4), 332-336.
2. Pierce, B. A. (2016). Genética: Un enfoque conceptual. Madrid, España: Ed. Médica Panamericana.
3. Hernández Fernández, R. A. (1999). Telómeros y telomerasas. Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas, 18(2), 121-129.
4. Blackburn, E. H. (1991). Structure and function of telomeres. Nature, 350(6319), 569.
5. Gómez, D. E., Armando, R. G., & Farina, H. G. (2014). Telomerasa y telómero: su estructura y dinámica en salud y enfermedad. Medicina (Buenos Aires) 74, 69-76
6. Cottliar, A. S., & Slavutsky, I. R. (2001). Telómeros y actividad de telomerasa: su participación en el envejecimiento y el desarrollo neoplásico. Medicina (Buenos Aires), 61, 335-42.
7. Maciejowski, J., & de Lange, T. (2017). Telomeres in cancer: tumour suppression and genome instability. Nature reviews Molecular cell biology, 18(3), 175.
8. Shay, J. W. (2018). Telomeres and aging. Current opinion in cell biology, 52, 1-7.
9. Sandin, S., & Rhodes, D. (2014). Telomerase structure. Current opinion in structural biology, 25, 104-110.
10. Paniagua, R., Nistal, M., Sesma, P., Álvarez-Uría, M., Fraile, B., Anadón, R. & Sáez, F. J. (2002). Citología e histología vegetal y animal. Madrid, España: McGraw-Hill Interamericana.
11. Zhu, H., Belcher, M., & Van Der Harst, P. (2011). Healthy aging and disease: role for telomere biology? Clinical science, 120(10), 427-440.
12. Van Steensel, B., & De Lange, T. (1997). Control of telomere length by the human telomeric protein TRF1. Nature, 385(6618), 740.
13. Ulaner, G. A., Hu, J. F., Vu, T. H., Giudice, L. C., & Hoffman, A. R. (1998). Telomerase activity in human development is regulated by human telomerase reverse transcriptase (hTERT) transcription and by alternate splicing of hTERT transcripts. Cancer research, 58(18), 4168-4172.
14. Pardo Andreu, Gilberto, & Delgado Hernández, René. (2003). Senescencia celular y envejecimiento. Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas, 22(3), 204-212.
15. Shay, J. W. (2016). Role of telomeres and telomerase in aging and cancer. Cancer discovery, 6(6), 584-593.
16. Jafri, M. A., Ansari, S. A., Alqahtani, M. H., & Shay, J. W. (2016). Roles of telomeres and telomerase in cancer, and advances in telomerase-targeted therapies. Genome medicine, 8(1), 69.
17. Akincilar, S. C., Unal, B., & Tergaonkar, V. (2016). Reactivation of telomerase in cancer. Cellular and Molecular Life Sciences, 73(8), 1659-1670.
18. Shay, J. W., Reddel, R. R., & Wright, W. E. (2012). Cancer and telomeres—an ALTernative to telomerase. Science, 336(6087), 1388-1390.
19. Heaphy, C. M., De Wilde, R. F., Jiao, Y., Klein, A. P., Edil, B. H., Shi, C., … & Offerhaus, G. J. (2011). Altered telomeres in tumors with ATRX and DAXX mutations. Science, 333(6041), 425-425.
20. Schwartzentruber, J., Korshunov, A., Liu, X. Y., Jones, D. T., Pfaff, E., Jacob, K., … & Hovestadt, V. (2012). Driver mutations in histone H3. 3 and chromatin remodelling genes in paediatric glioblastoma. Nature, 482(7384), 226.
21. Victorelli, S., & Passos, J. F. (2017). Telomeres and cell senescence-size matters not. EBioMedicine, 21, 14-20.
22. Bernadotte, A., Mikhelson, V. M., & Spivak, I. M. (2016). Markers of cellular senescence. Telomere shortening as a marker of cellular senescence. Aging (Albany NY), 8(1), 3.
23. Moles, M. G., & González-Ruiz, L. (2018). Leucoplasia oral, una revisión de los aspectos esenciales de su diagnóstico y tratamiento. Actualidad médica, 103(803), 44-46.
24. Smoje, G., Dal Borgo, A., Cuevas, M., Núñez, L., Bolte, C., & Martinez, W. (2004). Disqueratosis congénita ligada al cromosoma X. Revista chilena de pediatría, 75(6), 547-550.
25. Núñez Quintana, A., Nordet Carrera, I., Menéndez Veitía, A., & González Otero, A. (2004). Neutropenias congénitas. Revista Cubana de Hematología, Inmunología y Hemoterapia, 20(1)
26. Vulliamy, T., Marrone, A., Dokal, I., & Mason, P. J. (2002). Association between aplastic anaemia and mutations in telomerase RNA. The Lancet, 359(9324), 2168-2170.
27. Armanios, M. (2012). Telomerase and idiopathic pulmonary fibrosis. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 730(1-2), 52-58.
28. Jäger, K., & Walter, M. (2016). Therapeutic targeting of telomerase. Genes, 7(7), 39.
29. Miwa, S., & Saretzki, G. (2017). Telomerase and mTOR in the brain: the mitochondria connection. Neural regeneration research, 12(3), 358.
30. Kim, M. Y., Vankayalapati, H., Shin-Ya, K., Wierzba, K., & Hurley, L. H. (2002). Telomestatin, a potent telomerase inhibitor that interacts quite specifically with the human telomeric intramolecular G-quadruplex. Journal of the American Chemical Society, 124(10), 2098-2099.

Irene Romero Baños y Paula Mª Ojeda Walczuk

3º Biología Sanitaria 2019/2020

Durante décadas, el silenciamiento del cromosoma X ha sido uno de los fenómenos epigenéticos más misteriosos en el mundo de la ciencia. Ningún científico era capaz de comprender cómo todas las células obtienen el mismo producto génico a partir de una dosis génica diferente de cromosomas sexuales en machos y hembras.

En la gran mayoría de los genes se da la expresión de los dos alelos, uno localizado en el cromosoma procedente del padre y otro, en el de la madre. Sin embargo, esto no es aplicable en los genes cuyos locus se sitúan en los cromosomas sexuales puesto que el número de cromosomas X e Y es diferente en machos (XY) y en hembras (XX).

La base de este conocimiento promovió la
búsqueda del mecanismo a través del cual las células logran la compensación de
la dosis génica, es decir, la obtención del mismo producto génico
independientemente del número de cromosomas X presentes en el núcleo celular.^1,2

En 1949, los investigadores M. Barr y E. Bertran
fueron los primeros en observar unos corpúsculos muy condensados que no se
correspondían con el nucleolo. Estos corpúsculos, hoy en día conocidos como
“corpúsculos de Barr”, solo aparecen en núcleos de células somáticas de hembras
y fueron denominados por ellos mismos como cromatina sexual.

• 

• 

La procedencia de esta estructura continuó
siendo objetivo de investigación hasta 1966, fecha en la que la científica Mary
Frances Lyon propuso la conocida “Hipótesis de Lyon”. Según esta, dicha
estructura aparece como consecuencia de la inactivación aleatoria de uno de los
dos cromosomas X de las hembras, causando así su inactivación genética.

Actualmente, cada vez son mayores los
conocimientos acerca del silenciamiento del cromosoma Xi (inactivo). De hecho,
el descubrimiento de Lyon dio paso a numerosas investigaciones posteriores,
obteniendo así el descubrimiento del gen responsable del silenciamiento
aleatorio de uno de los cromosomas X, el gen Xist.³

RNA funcional: XIST, lionización del cromosoma X
y corpúsculo de Barr

Durante el desarrollo temprano del cigoto, ambos cromosomas X se encuentran activos. Sin embargo, uno de ellos será inactivado aleatoriamente cuando las células totipotentes empiecen a diferenciarse;⁴ esto ocurre más específicamente durante el desarrollo del epiblasto.^5,6

En este momento, todas las
células somáticas del individuo presentan un cromosoma X inactivo. A pesar de
que la observación de este acontecimiento sea mayoritaria en hembras también
puede ocurrir en machos durante la espermatogénesis, aunque en este caso, el
silenciamiento es llevado a cabo por mecanismos epigenéticos distintos a los
que se observan en la embriogénesis⁷. 

El proceso de inactivación del cromosoma Xi ocurre durante la embriogénesis temprana y en ella diferenciamos cinco fases. En primer lugar, ocurre el conteo, que verifica el número de cromosomas X por conjunto de autosoma en la célula hembra para así poder decidir cuál de los dos cromosomas inactivar, el X materno o paterno, en la segunda fase de la escongencia. La tercera fase es la de iniciación, la cual está controlada por el centro de inactivación del X o XIC. Su función es producir ARNs no codificantes que serán diferenciados mediante distintas modificaciones epigenéticas. Estas modificaciones forman parte de la siguiente fase, la extensión (“spreading”), ya que la señal se extiende por cis y trans desde el XIC en las dos direcciones del cromosoma. Finalmente, el mantenimiento. Esta última fase permite que el estado de inactivación conserve dichas marcas epigenéticas en las siguientes divisiones celulares.^7,8,9

A pesar de que el locus XIC
no sea esencial más allá de las primeras fases del proceso de inactivación¹⁰
presenta gran importancia en el silenciamiento transcripcional del cromosoma X.
Esto se debe a que, entre los RNAs no codificantes que transcribe, da lugar al
transcrito específico del X inactivo (XIST) y a un ARN antisentido que regula
su expresión, denominado TSIX.¹¹

El TSIX funciona como un represor antisentido de XIST y es expresado en el cromosoma X activado (Xa), de manera que puede bloquear el proceso. En cambio, en el cromosoma Xi es inactivado, produciéndose una sobreexpresión XIST que permite la inactivación del cromosoma.¹² La sobreexpresión del gen Xist produce ARN de Xist que cubre el cromosoma provocando la iniciación de una cascada de modificaciones epigenéticas, como variaciones en el metabolismo; se han observado diferencias en el metabolismo de la glucosa entre blastocitos machos y hembras que han sido atribuidas al desbalance de la expresión de genes debido al cromosoma X.¹³ Así, todo este proceso culmina con la formación de la heterocromatina facultativa. 

Hasta ahora, tan solo hemos
hablado de dos RNAs no codificantes expresados por XIC. Sin embargo, la función
de XIC sigue siendo aún más interesante:

Jpx y RepA son dos
activadores de XIST, también expresados por XIC, cuya función es regular la
diferenciación de las células embrionarias en diferentes tejidos y órganos.¹⁴
Estos, a su vez, están regulados por los factores de pluripotencia NANOG, SOX2
y OCT-4, que regulan negativamente la expresión de XIST uniéndose a su región
promotora del gen. A su vez, van a regular positivamente al promotor de Xite y
de TSIX, manteniendo la doble dosis génica en ambos cromosomas X^15,16,17.
Por ello, una de las funciones de TSIX es la de reducir la expresión de Jpx y
RepA.

Para finalizar el proceso de la inactivación del cromosoma X y la formación del corpúsculo, se requieren algunas modificaciones que tendrán lugar en unas proteínas asociadas al DNA de gran importancia, las histonas. De esta forma, las histonas H3 sufren metilaciones en varias lisinas¹⁸ mientras que las histonas H4 se hipoacetilan. Además, es necesario la reclutación de las proteínas Polycomb, HP1 y la Macro H2A.¹⁹

Estas modificaciones
suponen el inicio de un proceso irreversible en la inactivación del cromosoma
Xi en células embrionarias, permitiendo su diferenciación. Finalmente, se
hipermetilan regiones promotoras de un gran número de genes en el cromosoma Xi
provocando el silenciamiento de los mismos.²⁰

El resultado de este proceso es un cromosoma X inactivo cuya secuencia se encuentra hipermetilada, a excepción de la región del promotor del gen XIST, que está hipometilada permitiendo su expresión. Por su parte, un cromosoma X activado en su totalidad, salvo su gen XIST, que en este caso se presenta metilado para inhibir su expresión.^21,22 Según Sado T, Okano M, Li E. y Sasaki H. la expresión adecuada de XIST en el cromosoma Xi es debido también a la ausencia de las enzimas ADN metiltransferasas.²³

Por fin, este resultado nos
permite entender cómo es posible el mantenimiento del proceso de inactivación
en división de células somáticas.

Enfermedades y líneas de investigación

El cromosoma X contiene genes esenciales para
el crecimiento y el desarrollo de los seres humanos y la mayoría de los
mamíferos. La presencia de, al menos, un cromosoma X en el genotipo de
cualquiera de estos organismos (macho y/o hembra) evidencia dicha importancia.
Por el contrario, el cromosoma Y es más pequeño, con menor cantidad de genes y
no es vital.

 Las enfermedades ligadas al cromosoma X son aquellas producidas por alteraciones en genes contenidos en él. Como ya se ha dicho anteriormente, las hembras presentan dos copias del cromosoma X de tal forma que, si uno de ellos presenta un gen mutado, el gen normal del otro cromosoma puede compensar a la copia alterada. Si esto ocurre, la hembra será sana y portadora de la enfermedad ligada al cromosoma X. En cambio, las enfermedades ligadas al cromosoma X siempre se expresarán en machos, pues carecen de un segundo cromosoma X normal.²⁵ Algunos ejemplos de este tipo de enfermedades son la hemofilia A y la distrofia muscular de Duchenne.

Con todo, realmente lo fascinante de este
proceso, aún por descubrir, reside en la aleatorización de la inactivación del
cromosoma X.

En la mayoría de los casos, cuando una hembra hereda un gen mutado del cromosoma sexual, el cromosoma silenciado será ese; así, queda inactivo y el cromosoma X sin mutar permanece activado. Pero, ¿cómo sabe la célula que es ese el que debe inactivar? Si bien, en aquella minoría de casos, como el Síndrome de Rett o el síndrome del X frágil, no ocurre así ²⁶; la presencia de células con copias del cromosoma normal no es suficiente para compensar la ausencia de función en las células con el cromosoma X mutado activo.

 A veces, resulta paradójico que la
propia cura para la enfermedad ligada al cromosoma X se localice en la misma
célula. Partiendo de la base de que la inactivación del cromosoma X está
mediada por Xist, la síntesis de oligonucleótidos antisentido dirigidos de
forma específica hacia este ARN no codificante expresado por el propio
cromosoma inactivo, permite que se una a él, quedando este bloqueado y
facilitando su degradación.

 En este punto se abre una nueva área de
investigación enfocada a la búsqueda de la reactivación del cromosoma X
inactivo como aproximación para el tratamiento de enfermedades causadas por
mutaciones en el cromosoma X como el síndrome de Rett. 

Bibliografía

No hay víspera del día de difuntos sin cuento de miedo. Y no hacen falta fantasmas ni fenómenos paranormales para ello, ya que la Naturaleza nos provee de historias que podrían inspirar muchas películas truculentas. Es el caso de la relación mortal entre la avispa esmeralda (Ampulex compressa) y las cucarachas. 

La avispa parasitoide

Las avispas-joya o avispas esmeralda (género Ampulex) son un caso único desde el punto de vista del comportamiento y de la Bioquímica. Viven en una amplia distribución, fundamentalmente en África, Sur y Sudeste asiático, América e islas del Pacífico; aunque en Europa también se encuentran, son poco abundantes.

Estas avispas son parasitoides, insectos que viven su vida adulta independientemente, pero que durante su estado larval parasitan y destruyen otro insecto hospedador. Normalmente, el adulto captura, ataca o inmoviliza al hospedador, sobre el que deposita un huevo. El hospedador servirá de refugio y alimento a la larva hasta su transformación en adulto, implicando la muerte del hospedador, normalmente lenta y macabra. Un ejemplo de comportamiento parasitoide lo tenemos en el cine: las películas Alien (Ridley Scott, 1979) y Aliens (James Cameron, 1986).

La avispa esmeralda se aproxima cuidadosamente a su víctima, una cucaracha de tamaño y fuerza muy superior a ella. Cuando localiza la posición de ataque adecuada, la avispa se lanza sobre la víctima, clavando su aguijón justo en una zona específica de su tórax, paralizando un par de las patas de la cucaracha. Esta parálisis dura un par de minutos, suficiente para la avispa, que se agarra fuertemente a lo que podríamos llamar el cuello de la víctima e inyecta veneno de nuevo, esta vez con gran precisión, directamente en el cerebro de la cucaracha.  La cucaracha entonces entra en un estado placentero, que dura unos 20 minutos, similar a un post-coito o el que se produce tras una comida abundante, en el que se dedica a limpiarse cuidadosamente, mientras la avispa espera. Tras ese tiempo, el veneno ha ido haciendo su efecto completo y la cucaracha pierde toda voluntad para realizar cualquier movimiento, reflejo de huida o defensa. Entonces, la avispa se acerca y mordisquea las antenas de la víctima (se cree que es un test para comprobar que el veneno inyectado haya hecho efecto, pero no sea tanto como para matar a la cucaracha). La víctima, a partir de ese momento, solo se moverá si la avispa, a la que ha dejado de ver como una amenaza, tira de ella. Dócilmente y en un estado cerebral inducido por unos niveles muy altos de dopamina (similar a los que tienen los enamorados o los individuos muy motivados), la cucaracha irá donde la avispa la lleve. Una vez en la guarida de la avispa, ésta coloca un huevo justo debajo de una de las patas y en una zona con acceso a tejidos blandos.

En unos tres días, la larva eclosionará del huevo y empezará a succionar la hemolinfa de la cucaracha mientras segrega un cóctel de compuestos antimicrobianos, hasta que, en la siguiente fase, una vez desarrolladas las mandíbulas, entrará dentro de su cuerpo y devorará lentamente sus tejidos internos, de modo selectivo para mantener viva a la cucaracha el mayor tiempo posible en una tortura que puede durar 8 días. Tras ese tiempo, tiene lugar la fase de pupación, y en cuatro semanas una nueva avispa adulta saldrá de los restos secos de la cucaracha. Es interesante que el efecto del veneno en el cerebro de la cucaracha dura unos 8 días (suficiente para cubrir el proceso). En experimentos en los que se retira el huevo de una cucaracha atacada, el animal se recupera y vuelve a la normalidad en ese periodo.

El veneno: un arma bioquímica perfecta

Este mismo año (2018), gracias a dos extraordinarios trabajos científicos se ha encontrado y caracterizado uno de los componentes únicos y esenciales del veneno de la avispa esmeralda: el péptido ampulexina. Además de estos nuevos compuestos, el veneno de la avispa contiene otra sustancia característica, que es la dopamina, neurotransmisor que, entre otras funciones, activa los circuitos cerebrales de placer y recompensa y tiene un efecto excitante que ayudará a mantener a la cucaracha con vida. El cóctel de ampulexinas y dopamina, inyectado directamente en el cerebro de la cucaracha, anula totalmente su voluntad, convirtiéndola en un dócil, amigable y enamorado sirviente de la avispa, que la seguirá ciegamente hacia un destino mortal: ser alimento de su carnívora descendencia.

El análisis mediante proteómica ha revelado que el veneno de la avispa contiene la ampulexina como uno de los componentes esenciales y únicos, característico de esta avispa. Además contiene otros péptidos no identificados (posiblemente relacionados en función, pero que pueden dar sorpresas) y otros componentes, comunes en venenos de insectos, arañas, escorpiones y serpientes. Los venenos de éstos animales, a pesar de su distancia evolutiva, tienen sorprendentes características comunes.

Un componente habitual, muy abundante en el veneno, es la hialuronidasa. Esta enzima, componente importante en los venenos de abejas, avispas, arañas, serpientes y otros animales venenosos, tiene como función destruir el ácido hialurónico, degradando la matriz extracelular de los tejidos. En la abeja esmeralda, la hialuronidasa facilita la penetración en el cerebro de la ampulexina, haciendo que ésta tenga efecto. La hialuronidasa, inyectada en gran cantidad en el veneno de arácnidos, contribuye a licuar los tejidos de la víctima, que luego son succionados por la araña. Las células cancerosas humanas también liberan hialuronidasa, que facilita la invasión de los tejidos por los tumores malignos. Es curioso que la hialuronidasa humana es extremadamente similar a la hialuronidasa del veneno de abejas:

La similitud estructural y de secuencia de la hialuronidasa de los humanos y el veneno de abejas y avispas es sorprendente e indica que provienen del mismo ancestro común. En cierto modo, los humanos conservamos la «programación genética» para generar un veneno similar al de insectos, arañas y serpientes. 

Otro componente importante del veneno de nuestra protagonista (y de todos los insectos que pican) es la PLA2 o fosfolipasa A2. Esta enzima destruye los fosfolípidos y uno de sus efectos es provocar una respuesta inflamatoria y dolorosa, al liberarse ácido araquidónico de las membranas celulares atacadas por el  veneno. La PLA2 es una de las responsables del dolor asociado a la picadura de una avispa. Curiosamente, las abejas y avispas tienen una pequeña proteína llamada melitina, que acentúa la acción de la PLA2 y provoca un dolor intenso; esta proteína, al parecer, no se ha encontrado en el veneno de la avispa esmeralda (al menos no figura en los análisis más recientes). Es posible que esto contribuya a que la picadura sea menos dolorosa, lo cual ayudaría a que su víctima no se revuelva contra ella y a que el veneno ejerza su efecto hipnótico.

Esto que ha mostrado tan sólo es la punta del iceberg. En realidad, la composición de los venenos de insectos es muy compleja, contiene cientos de sustancias, muchas de ellas desconocidas, de modo que la acción del veneno es el resultado de todos ellos juntos. Muchas de éstas sustancias desconocidas podrían ser, algún dia, parte de tratamientos farmacológicos, lo que nos lleva a preguntarnos:

¿podría tener alguna utilidad éste veneno?

Alguien podría preguntarse: ¿esta mezcla de ampulexina y dopamina podría utilizarse para «zombificar» a los humanos, anular su voluntad y llevarlos donde uno quiera?. 

Es cierto que algunos componentes del veneno de avispa y abeja tienen potencial farmacológico. Por ejemplo el mastoparán, péptido que se encuentra en el veneno de avispas comunes, puede tener uso terapéutico como antiviral, antitumoral o en el tratamiento de la enfermedad de Chagas, gracias a su efecto tripanocida. La melitina, que provoca el dolor de la picadura de avispas y abejas, tiene efectos antitumorales muy prometedores. Poco a poco se van viendo más péptidos derivados del veneno de las avispas con actividad farmacológica, un campo de investigación reciente y que aún tiene que superar bastantes barreras.

En el caso de las nuevas ampulexinas, es difícil que alguien pudiera usarlas de modo maligno para anular la voluntad en humanos. Hay que tener en cuenta que la avispa esmeralda inyecta el veneno directamente en el cerebro de la víctima, en una maniobra de precisión. La anatomía y fisiología del cerebro humano posiblemente no permita que las ampulexinas actúen de esa forma y, si lo hicieran, para conseguir convertir a un humano en zombi, el cóctel ampulexina-dopamina y todas las proteínas necesarias para que funcione bien, no puede ser inyectado o ingerido, sino que debería ser liberado en una zona específica del cerebro con precisión. De momento, la televisión, la política y la religión consiguen un efecto similar en humanos al que produce la avispa esmeralda en su víctima, y sin necesidad de complejos cócteles bioquímicos.