Desarrollo de sondas acopladas a Quantum dots para analizar la localización subcelular del ARN genómico de VIH-1 mediante microscopía confocal

Abstract

Los mecanismos involucrados en el control post-transcripcional del ciclo replicativo del Virus de la Inmunodeficiencia Humana (VIH), específicamente los eventos moleculares que permiten la interacción del ARN genómico (ARNg) viral con la maquinaria celular para su transporte, traducción o empaque dentro de la célula, aún no han sido completamente dilucidados. Actualmente existen diversas técnicas para el estudio de la localización sub-celular de ARNg, entre las que destaca RNA FISH (RNA Fluorescent in situ hybridization), método ampliamente utilizado para el estudio de la localización y cambios temporales de ARN y ribonucleoproteínas. Generalmente, en esta técnica se utilizan sondas acopladas a fluoróforos orgánicos que hibridan a regiones específicas para las que han sido diseñadas. No obstante, estas sondas presentan fotoblanqueamiento significativo, y un espectro de emisión amplio (50-100 nm), lo que limita su uso. Es por esto que surge la necesidad de recurrir a nuevas alternativas, tales como sondas acopladas a Quantum dots (QDs), los cuales en contraste con fluoróforos orgánicos poseen una vida fluorescente significativamente más larga, mayor fotoestabilidad y un amplio espectro de absorción. Considerando lo anterior, en el presente trabajo se propone la construcción de sondas específicas asociadas a QDs compuestos de Cadmio-Telurio recubiertos por Glutatión (QDs CdTe- GSH) que reconocen la región pBSK-GagPol como matriz para la transcripción in vitro, obteniendo así fragmentos de ARN, los cuales fueron desfosforilados en su extremo 5', para luego incorporarles en su lugar un fosfato γ unido a un grupo sulfhidrilo (SH). De esta forma, los transcritos de ARN fueron capaces de unirse a QDs CdTe-GSH a través de enlaces disulfuro. Generando así sondas de ARN xiii acoplada a QDs CdTe-GSH capaces de unirse al ARNg de VIH-1 en presencia y ausencia de la proteína Rev,la cual actúa como un regulador clave en el control post-transcripcional de la expresión génica viral, actuando principalmente en los procesos de exportación nuclear y traducción. De manera que en estas condiciones fue posible validar a través de experimentos de RNA FISH, el ingreso citoplasmático y nuclear de la sonda de ARN acoplada a QDs CdTe-GSH, además de una interacción específica con el ARN genómico de VIH-1. Este hecho representa la prueba de concepto de que es posible generar una sonda acoplada a QDs específica contra el ARN genómico de VIH-1, permitiendo el estudio de la expresión génica del virus, lo que también abre nuevas posibilidades para el estudio de VIH-2 u otros tipos de virus.

The mechanisms involved in the post-transcriptional control of the replicative cycle of the Human Immudeficiency Virus (HIV), specifically the molecular events allowing the interaction between the viral genomic RNA (gRNA) and the cellular machinery for the transport, translation or packaging, have not been elucidated yet. Currently, the study of localization and temporary changes of RNA and ribonucleoproteins relies mainly on RNA FISH (RNA Fluorescent in situ hybridization)-based strategies. RNA FISH uses specific hybridization probes coupled to organic fluorophores. However, these fluorescent molecules commonly present limiting characteristics such as significant photobleaching and a wide emission spectrum (50-100 nm). Therefore, a considerable demand arises for new alternatives, such as probed coupled to Quantum dots (QDs), which in contrast to organic fluorophores, exhibit longer fluorescence lifetime, higher photostability and broad absorption spectra. Considering previous facts, the aim of this work was to develop specific probes coupled to glutathione-capped cadmium-telluride quantum dots (QDs CdTe-GSH), able of recognizing and associate with the Gag-Pol region present on the HIV-1 genomic RNA (gRNA). Thus, in order to achieve this objective, the vector pBSK-GagPol was used as a template for in vitro transcription of Gag-Pol complementary RNA, which was fragmented and dephosphorylated at the 5' end, with the purpose to incorporate a γ phosphate coupled to a sulfhydryl group (SH) instead. Then, the SH-containing RNA fragments were attached to QDs CdTe-GSH by a disulfide bond. As a result, we generated single-stranded RNA probes coupled to QDs CdTe-GSH capable of hybridizing to HIV-1 gRNA in the presence and absence of the viral protein Rev, which acts as a key regulator of the post-transcriptional control of viral gene expression acting mainly during nuclear export and translation. Thereby, under these conditions, we validated the cytoplasmic and nuclear entrance of the probe coupled to Qds CdTe-GSH, and specific interaction between the probe and gRNA of HIV-1. This fact represents the proof of concept that it is possible to generate RNA probes coupled to QDs CdTe-GSH to study genetic expression of HIV-1, and also opens up new opportunities for the study of HIV-2 or other virus types.