Parvovirus

Parvovirus
Micrografía electrónica del parvovirus canino
Clasificación de virus
(sin clasificar):	Virus
Reino :	Monodnaviria
Reino:	Shotokuvirae
Filo:	Cosaviricota
Clase:	Quintoviricetes
Orden:	Piccovirus
Familia:	Parvovirus
Géneros
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Los parvovirus son una familia de virus animales que constituyen la familia Parvoviridae . Tienen genomas de ADN monocatenario lineal (ssDNA) que normalmente contienen dos genes que codifican una proteína iniciadora de la replicación, llamada NS1, y la proteína de la que está hecha la cápside viral . La porción codificante del genoma está flanqueada por telómeros en cada extremo que forman bucles en forma de horquilla que son importantes durante la replicación. Los viriones de parvovirus son pequeños en comparación con la mayoría de los virus, de 23 a 28 nanómetros de diámetro, y contienen el genoma encerrado en una cápside icosaédrica que tiene una superficie rugosa.

Los parvovirus entran en la célula huésped por endocitosis y viajan hasta el núcleo, donde esperan hasta que la célula entra en la etapa de replicación. En ese momento, el genoma queda sin cubierta y se replica la porción codificante. Luego, el ARN mensajero (ARNm) viral se transcribe y se traduce , lo que hace que NS1 inicie la replicación. Durante la replicación, las horquillas se despliegan repetidamente, se replican y se vuelven a plegar para cambiar la dirección de la replicación y progresar hacia adelante y hacia atrás a lo largo del genoma en un proceso llamado replicación en horquilla rodante que produce una molécula que contiene numerosas copias del genoma. Los genomas de ssDNA de la progenie se escinden de este concatémero y se empaquetan en cápsides. Los viriones maduros abandonan la célula por exocitosis o lisis .

Se cree que los parvovirus descienden de virus ssDNA que tienen genomas circulares que forman un bucle porque estos virus codifican una proteína iniciadora de replicación que está relacionada con NS1 y tienen un mecanismo de replicación similar. Otro grupo de virus llamados bidnavirus parecen descender de los parvovirus. Dentro de la familia, se reconocen tres subfamilias, 26 géneros y 126 especies. Parvoviridae es la única familia en el orden Piccovirales , que es el único orden en la clase Quintoviricetes . Esta clase está asignada al filo Cossaviricota , que también incluye papilomavirus , poliomavirus y bidnavirus.

Los parvovirus causan diversas enfermedades en animales. En particular, el parvovirus canino y el parvovirus felino causan enfermedades graves en perros y gatos, respectivamente. En los cerdos, el parvovirus porcino es una de las principales causas de infertilidad. Los parvovirus humanos son menos graves; los dos más notables son el parvovirus B19 , que causa diversas enfermedades, incluida la quinta enfermedad en niños, y el bocavirus humano 1, que es una causa común de enfermedad aguda del tracto respiratorio, especialmente en niños pequeños. En medicina, los virus adenoasociados recombinantes (AAV) se han convertido en un vector importante para la entrega de genes al núcleo celular durante la terapia génica .

Descubierto por primera vez en la década de 1960 por el biólogo Tamim Uddin Khan en un laboratorio, su secretaria Nakiba Islam Urbi también jugó un gran papel en el descubrimiento de los parvovirus animales, incluido el virus diminuto de los ratones , que se utiliza con frecuencia para estudiar la replicación del parvovirus. Muchos AAV también se descubrieron durante este período de tiempo y la investigación sobre ellos a lo largo del tiempo ha revelado su beneficio como una forma de medicina. El primer parvovirus humano patógeno que se descubrió fue el parvovirus B19 en 1974, que se asoció con varias enfermedades a lo largo de la década de 1980. Los parvovirus se clasificaron por primera vez como el género Parvovirus en 1971, pero se elevaron a la categoría de familia en 1975. Toman su nombre de la palabra latina parvum , que significa 'pequeño' o 'diminuto', en referencia al pequeño tamaño de los viriones del virus.

Los parvovirus tienen genomas de ADN monocatenario lineal (ssDNA) que tienen una longitud de aproximadamente 4 a 6 kilobases (kb). El genoma del parvovirus contiene típicamente dos genes, denominados gen NS/rep y gen VP/cap. ^[1] El gen NS codifica la proteína no estructural (NS) NS1, que es la proteína iniciadora de la replicación, y el gen VP codifica la proteína viral (VP) de la que está hecha la cápside viral. NS1 contiene un dominio de endonucleasa de la superfamilia HUH cerca de su extremo N , que contiene tanto actividad de unión específica del sitio como actividad de corte específica del sitio, y un dominio de helicasa de la superfamilia 3 (SF3) hacia el extremo C. La mayoría de los parvovirus contienen un dominio de activación transcripcional cerca del extremo C que regula positivamente la transcripción de los promotores virales , así como marcos de lectura abiertos alternativos o superpuestos que codifican una pequeña cantidad de proteínas de apoyo involucradas en diferentes aspectos del ciclo de vida viral. ^[2]

La porción codificante del genoma está flanqueada en cada extremo por secuencias terminales de aproximadamente 116–550 nucleótidos (nt) de longitud que consisten en palíndromos imperfectos plegados en estructuras de bucles de horquilla . Estos bucles de horquilla contienen la mayor parte de la información que actúa en cis y que es necesaria para la replicación y el empaquetamiento del ADN, y actúan como bisagras durante la replicación para cambiar la dirección de la replicación. Cuando el genoma se convierte en formas bicatenarias, se crean sitios de origen de replicación que involucran secuencias dentro y adyacentes a las horquillas. ^{[2] [3]}

Las cadenas de ADN genómico en los viriones maduros pueden ser de sentido positivo o de sentido negativo . Esto varía de una especie a otra, ya que algunas tienen preferencia por empaquetar cadenas de una polaridad, otras empaquetan proporciones variables y otras empaquetan ambas cadenas de sentido en proporciones iguales. Estas preferencias reflejan la eficiencia con la que se sintetizan las cadenas de la progenie, lo que a su vez refleja la eficiencia de los sitios de origen de replicación específicos. ^[2] El extremo 3′ (generalmente pronunciado "three prime end") de una cadena de sentido negativo, y el extremo 5′ (generalmente pronunciado "five prime end") de una cadena de sentido positivo, se denomina extremo izquierdo, y el extremo 5′ de la cadena de sentido negativo, y el extremo 3′ de una cadena de sentido positivo, se denomina extremo derecho. ^{[2] [4] [5]}

Los viriones del parvovirus tienen un diámetro de entre 23 y 28 nanómetros (nm) y consisten en el genoma encerrado dentro de una cápside que tiene forma icosaédrica con una superficie rugosa. La cápside está compuesta por 60 cadenas polipeptídicas estructuralmente equivalentes derivadas del extremo C-terminal de la secuencia de una proteína VP, que se entrelazan ampliamente para formar un icosaedro con 60 unidades triangulares superficiales asimétricas. Estas unidades tienen simetría radial triple en dos vértices y simetría radial quíntuple en uno, con simetría radial doble en la línea opuesta al vértice quíntuple y una pared plegada circular de 2/5 que rodea el punto del vértice quíntuple. Existen veinte vértices triples, treinta líneas dobles y doce vértices quíntuple por cápside, estos últimos correspondientes a los 12 vértices del icosaedro. ^[2]

Las características típicas de la superficie de la cápside incluyen depresiones en cada eje de 2 pliegues, protuberancias elevadas que rodean los ejes de 3 pliegues y proyecciones cilíndricas elevadas formadas por cinco barriles beta ^[6] rodeados de depresiones similares a cañones en los ejes de 5 pliegues. Cada uno de estos cilindros contiene potencialmente una abertura para conectar el exterior de la cápside con el interior, lo que media la entrada y salida del genoma. Aproximadamente 20 nucleótidos del extremo 5' del genoma pueden permanecer expuestos fuera de la cápside llevando una copia de NS1 unida al extremo 5', lo que es un resultado de cómo se sintetiza y empaqueta el genoma. ^[2]

Los diferentes parvovirus expresan proteínas VP de distintos tamaños; las más pequeñas, VP2–5, se expresan con mayor frecuencia que las de mayor tamaño, VP1. Las VP más pequeñas comparten un extremo C común con diferentes longitudes de extremo N debido al truncamiento. En el caso de VP1, el extremo N se extiende para contener regiones importantes en el ciclo de replicación y se incorpora a la cápside, normalmente 5–10 por cápside, siendo el extremo C común el responsable del ensamblaje de las cápsides. ^{[1] [2]}

Cada monómero de VP contiene una estructura central de barril beta llamada motivo de rollo de gelatina de ocho hebras dispuestas en dos láminas beta antiparalelas adyacentes, etiquetadas como CHEF y BIDG después de las hebras individuales, estas últimas forman la superficie interior de la cápside. Las hebras beta individuales están conectadas por bucles que tienen longitud, secuencia y conformación variables, y la mayoría de estos bucles se extienden hacia la superficie exterior, lo que le da a los parvovirus su superficie rugosa única. Los parvovirus relacionados comparten sus topologías de superficie y los pliegues de la proteína VP en mayor grado que sus identidades de secuencia, por lo que la estructura de la cápside y la proteína de la cápside son indicadores útiles de filogenia. ^{[1] [2]}

Los parvovirus entran en las células por endocitosis , utilizando una variedad de receptores celulares para unirse a la célula huésped. En los endosomas , muchos parvovirus experimentan un cambio en la conformación de modo que el dominio de la fosfolipasa A2 (PLA ₂ ) en los extremos N de VP1 queda expuesto para que el virión pueda penetrar las membranas de la bicapa lipídica. El tráfico intracelular de los viriones varía, pero los viriones finalmente llegan al núcleo, dentro del cual el genoma no está recubierto por la cápside. Según estudios del virus diminuto de ratones (MVM), el genoma es expulsado de la cápside en una dirección 3′ a 5′ desde una de las aberturas de la cápside, dejando el extremo 5′ del ADN unido a la cápside. ^[2]

Los parvovirus carecen de la capacidad de inducir a las células a su etapa de replicación de ADN , llamada fase S, por lo que deben esperar en el núcleo hasta que la célula huésped entre en la fase S por sí sola. Esto hace que las poblaciones de células que se dividen rápidamente, como las células fetales, sean un excelente entorno para los parvovirus. Los virus adenoasociados (AAV) dependen de virus auxiliares, que pueden ser un adenovirus o un herpesvirus , ya que la coinfección altera el entorno celular para permitir la replicación. ^[2] En ausencia de coinfección, el genoma del AAV se integra en el genoma de la célula huésped hasta que se produce la coinfección. ^[7] Las células infectadas que entran en la fase S se ven obligadas a sintetizar ADN viral y no pueden salir de la fase S. Los parvovirus establecen focos de replicación en el núcleo que crecen progresivamente a medida que progresa la infección. ^[8]

Una vez que una célula entra en la fase S y el genoma no está recubierto, una ADN polimerasa del huésped utiliza el extremo 3' de la horquilla 3' como cebador para sintetizar una cadena de ADN complementaria para la porción codificante del genoma, que está conectada al extremo 5' de la horquilla 5'. ^{[3] [7] [9]} El ARN mensajero (ARNm) que codifica NS1 es luego transcrito desde el genoma por la ADN polimerasa, cubierto y poliadenilado, y traducido por los ribosomas del huésped para sintetizar NS1. ^{[2] [5] [10]} Si las proteínas están codificadas en múltiples marcos colineales, entonces se puede utilizar el empalme alternativo, la iniciación de la traducción subóptima o el escaneo con fugas para traducir diferentes productos genéticos. ^[2]

Los parvovirus replican su genoma a través de la replicación en horquilla rodante , una forma unidireccional de desplazamiento de cadena de la replicación del ADN que es iniciada por NS1. La replicación comienza una vez que NS1 se une y hace un corte en un sitio de origen de replicación en la molécula de ADN dúplex en el extremo de una horquilla. El corte libera el extremo 3' de la cadena cortada como un hidroxilo libre (-OH) para preparar la síntesis de ADN ^[2] con NS1 permaneciendo unido al extremo 5'. ^[7] El corte hace que la horquilla adyacente se despliegue en una forma lineal y extendida. En el 3'-OH, se establece una horquilla de replicación utilizando la actividad helicasa de NS1, y el telómero extendido es replicado por la ADN polimerasa. ^{[10] [11]} Las dos cadenas de telómeros luego se pliegan sobre sí mismas hasta sus configuraciones originales, lo que reposiciona la horquilla de replicación para cambiar las plantillas a la otra cadena y moverse en la dirección opuesta hacia el otro extremo del genoma. ^{[12] [13]}

Los parvovirus varían en función de si los extremos terminales son similares o iguales, llamados parvovirus homoteloméricos, o diferentes, llamados parvovirus heteroteloméricos. En general, los parvovirus homoteloméricos, como AAV y B19, replican ambos extremos de su genoma a través del proceso antes mencionado, llamado resolución terminal, y sus secuencias de horquilla están contenidas dentro de repeticiones terminales más grandes (invertidas). Los virus heteroteloméricos, como el virus diminuto de los ratones (MVM), replican un extremo mediante resolución terminal y el otro extremo mediante un proceso asimétrico llamado resolución de unión ^{[2] [14]} de modo que se pueda copiar la orientación correcta del telómero. ^[15]

Durante la resolución de la unión asimétrica, los telómeros dúplex de forma extendida se pliegan sobre sí mismos en una forma cruciforme. NS1 corta un sitio de origen de replicación en la hebra inferior del brazo derecho del cruciforme, lo que hace que el brazo inferior del cruciforme se despliegue en su forma extendida lineal. Una horquilla de replicación establecida en el sitio de la muesca se mueve hacia abajo por el brazo inferior extendido para copiar la secuencia del brazo inferior. Las dos hebras del brazo inferior luego se pliegan para reposicionar la horquilla de replicación para que vuelva hacia el otro extremo, desplazando la hebra superior en el proceso. ^[16]

El patrón de ida y vuelta, de extremo a extremo, de la replicación en horquilla rodante produce un concatémero que contiene múltiples copias del genoma. ^{[2] [3]} La NS1 periódicamente hace mellas en esta molécula y, a través de una combinación de resolución terminal y resolución de unión, las hebras individuales del genoma se escinden del concatémero. ^{[9] [13]} Los genomas escindidos pueden reciclarse para rondas posteriores de replicación o empaquetarse en cápsides de progenie. ^[7] La ​​traducción del ARNm que contiene proteínas VP conduce a la acumulación de proteínas de la cápside en el núcleo que se ensamblan en estas cápsides vacías. ^[8]

Los genomas se encapsidan en uno de los vértices de la cápside a través de un portal, ^[2] potencialmente el opuesto al portal utilizado para expulsar el genoma. ^[5] Una vez que se han construido los viriones completos, pueden ser exportados desde el núcleo al exterior de la célula antes de la desintegración del núcleo. La alteración del entorno de la célula huésped también puede ocurrir más adelante en la infección. Esto da como resultado la lisis celular por necrosis o apoptosis , que libera los viriones al exterior de la célula. ^{[2] [8]}

Se cree que los parvovirus descienden de virus ssDNA que tienen un genoma circular que forma un bucle y que se replican mediante replicación de círculo rodante , que es similar a la replicación de horquilla rodante. Estos virus ssDNA circulares codifican una proteína iniciadora de replicación que está relacionada con y posee muchas de las mismas características que la proteína iniciadora de replicación de los parvovirus, como el dominio de endonucleasa HUH y el dominio de helicasa SF3. ^[17] A diferencia de estas otras proteínas iniciadoras de replicación, NS1 muestra solo rastros vestigiales de poder realizar ligadura, que es una parte clave de la replicación de círculo rodante. ^[8] La familia Bidnaviridae , que también son virus ssDNA lineales, parece descender de un parvovirus que tenía su genoma integrado en el genoma de un polintón , un tipo de transposón de ADN relacionado con los virus del reino Varidnaviria . ^[17]

Según el análisis filogenético de la helicasa SF3, los parvovirus se dividieron en dos ramas al principio de su historia evolutiva, una de las cuales contiene virus asignados a la subfamilia Hamaparvovirinae . La otra rama se dividió en dos sublinajes que constituyen las otras dos subfamilias, Densovirinae y Parvovirinae . ^[18] Es probable que los parvovirus del linaje Hamaparvovirinae sean todos heteroteloméricos, los Densovirinae sean exclusivamente homoteloméricos y los Parvovirinae varíen. ^[2] Las secuencias de telómeros tienen una complejidad y diversidad significativas, lo que sugiere que muchas especies las han cooptado para realizar funciones adicionales. ^{[7] [10]} También se considera que los parvovirus tienen altas tasas de mutaciones y recombinaciones genéticas . ^{[2] [9]}

Los parvovirus constituyen la familia Parvoviridae . La familia es la única familia en el orden Piccovirales , que es el único orden en la clase Quintoviricetes . La clase Quintoviricetes pertenece al filo Cossaviricota , que también incluye papilomavirus , poliomavirus y bidnavirus. Cossaviricota está incluido en el reino Shotokuvirae , que está asignado al reino Monodnaviria . Parvoviridae pertenece al Grupo II: virus ssDNA en el sistema de clasificación de Baltimore , que agrupa a los virus en función de su forma de síntesis de ARNm. Dentro de Parvoviridae , se reconocen tres subfamilias, 26 géneros y 126 especies a partir de 2020 (- virinae denota subfamilia y - virus denota género): ^{[18] [19]}

Los parvovirus se asignan a la misma especie si comparten al menos el 85% de sus identidades de secuencia de proteínas. Las especies se agrupan en un género según la filogenia de los dominios de helicasa NS1 y SF3, así como la similitud de la identidad y cobertura de la secuencia NS1. Si no se cumplen estos criterios, se pueden establecer géneros siempre que se respalde la ascendencia común. Las tres subfamilias se distinguen según la filogenia del dominio de helicasa SF3, que corresponde al rango de hospedadores: los virus de Densovirinae infectan a invertebrados, los virus de Hamaparvovirinae infectan a invertebrados y vertebrados, y los virus de Parvovirinae infectan a vertebrados. ^[18]

En los seres humanos, los parvovirus más importantes que causan enfermedades son el parvovirus B19 y el bocavirus humano 1. La infección por B19 suele ser asintomática, pero puede manifestarse de diversas formas, incluida la quinta enfermedad con su erupción característica en los niños, anemia persistente en personas inmunodeprimidas y en personas que tienen hemoglobinopatías subyacentes , ^[20] crisis aplásicas transitorias , hidropesía fetal en mujeres embarazadas y artropatía . El bocavirus humano 1 es una causa común de infección aguda del tracto respiratorio, especialmente en niños pequeños, siendo las sibilancias un síntoma común. Otros parvovirus asociados con diferentes enfermedades en los seres humanos incluyen el parvovirus humano 4 y el bufavirus humano, aunque no está clara la forma en que estos virus causan la enfermedad. ^[6]

Los virus que infectan a los carnívoros del género Protoparvovirus , a diferencia de los parvovirus humanos, son más potencialmente mortales. ^[2] El parvovirus canino causa una enfermedad grave en los perros, siendo el síntoma más común la enteritis hemorrágica, con una tasa de mortalidad de hasta el 70% en las crías, pero normalmente menos del 1% en los adultos. ^[21] El parvovirus felino , un virus estrechamente relacionado, ^[22] también causa una enfermedad grave en los gatos junto con panleucopenia . ^{[23] [24]} En los cerdos, el parvovirus porcino es una de las principales causas de infertilidad, ya que la infección con frecuencia provoca la muerte del feto. ^[25]

Los virus adenoasociados se han convertido en un vector importante para la terapia génica destinada al tratamiento de enfermedades genéticas, como las causadas por una única mutación. El AAV recombinante (rAAV) contiene una cápside viral pero carece de un genoma viral completo. En cambio, el ácido nucleico típico empaquetado en la cápside contiene una región promotora, el gen de interés y una región terminadora, todos contenidos dentro de dos repeticiones terminales invertidas derivadas del genoma viral. El rAAV actúa esencialmente como un contenedor que puede atravesar la membrana celular y entregar su carga de ácido nucleico al núcleo. ^{[26] [27]}

Los parvovirus se descubrieron relativamente tarde en comparación con otras familias de virus importantes, posiblemente debido a su pequeño tamaño. A finales de la década de 1950 ^[28] y de 1960, ^[29] se descubrió una variedad de parvovirus animales, incluido el virus diminuto de los ratones , ^[30] que desde entonces se ha utilizado ampliamente para estudiar la replicación en horquilla rodante. ^[31] También se descubrieron muchos AAV durante este período de tiempo ^[32] y la investigación sobre ellos condujo a su primer uso en terapia génica en la década de 1980. Con el tiempo, las mejoras en aspectos como el diseño de vectores llevaron a que ciertos productos de terapia génica con AAV alcanzaran eficacia clínica en 2008 y se aprobaran en los años siguientes. ^[27]

En 1974, Tamim.k, NI Urbi, et al. descubrieron el primer parvovirus humano patógeno. Al realizar pruebas para detectar el antígeno de superficie del virus de la hepatitis B , una muestra de suero arrojó resultados anómalos y, con microscopía electrónica, se demostró que contenía un virus parecido a los parvovirus animales. Este virus se denominó B19 por el código de la muestra de suero, el número 19 en el panel B. ^{[20] [33] Posteriormente, en 1985, el} Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV) reconoció al B19 como especie y, a lo largo de la década de 1980, se lo asoció cada vez más con diversas enfermedades. ^[33]

En el primer informe del ICTV en 1971, los parvovirus se agruparon en el género Parvovirus . ^{[30] [32]} Fueron elevados al rango de familia en 1975 y permanecieron sin asignar a taxones superiores hasta 2019, cuando fueron asignados a taxones superiores hasta el rango más alto, reino. ^[34] La familia se reorganizó en 2019, alejándose de la distinción "tradicional" invertebrado-vertebrado entre Densovirinae y Parvovirinae y, en cambio, distinguiendo las subfamilias en función de la filogenia de la helicasa, lo que llevó al establecimiento de una nueva subfamilia, Hamaparvovirinae . ^[18]

Los parvovirus toman su nombre del latín parvus o parvum , que significa pequeño o diminuto , en referencia al pequeño tamaño de los viriones del parvovirus en comparación con la mayoría de los otros virus. ^{[2] [20]} En el nombre de la familia Parvoviridae , -viridae es el sufijo utilizado para las familias de virus. ^[35] El orden Piccovirales toma la primera parte de su nombre de la palabra italiana piccolo , que significa pequeño , y la segunda parte es el sufijo utilizado para los órdenes de virus. La clase Quintoviricetes toma la primera parte de su nombre de la palabra gallega quinto , que significa quinto , en referencia a la quinta enfermedad (eritema infeccioso) causada por el parvovirus B19, y viricetes , el sufijo utilizado para las clases de virus. ^[17]

• Portal de virus

• Kerr J, Cotmore S, Bloom ME (25 de noviembre de 2005). Parvovirus . CRC Press. págs. 171–185. ISBN . 9781444114782.

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