Caracterización de vías autofágicas en células infectadas con virus Andes (Hantaviridae)

Abstract

Los orthohantavirus son virus zoonóticos de ARN de hebra negativa simple de amplia distribución mundial. En Asia y Europa pueden generar fiebre hemorrágica con síndrome renal (FHSR) mientras que los de América, entre ellos, el hantavirus Andes (ANDV), causan el síndrome pulmonar por hantavirus (SPH). El virus Andes es el único hantavirus que ha sido demostrado ser transmitido de persona a persona. No existe tratamiento antiviral ni vacunas para tratar infecciones por hantavirus. SPH se caracteriza por un edema pulmonar severo producto de una fuga vascular, siendo las células endoteliales el blanco principal de infección por hantavirus. Los mecanismos moleculares que producen esta patología aún se desconocen. En pacientes con SPH, existe una relación entre niveles de ARN viral y severidad de la enfermedad por lo que el estudio de procesos celulares que pueden limitar la replicación viral es de suma importancia. Uno de los mecanismos celulares que se alteran en condiciones de estrés (por ejemplo, por una infección viral) es la autofagia, la cual degrada proteínas, organelos y material dañino vía lisosomas. Existen 3 vías autofágicas: microautofagia (Mi), autofagia mediada por chaperonas (CMA) y macroautofagia (MA). Mi y CMA degradan directamente el cargo en el lisosoma con ayuda de receptores, mientras que la MA requiere de la formación de novo de un autofagosoma, vesícula membranosa que captura el cargo y posteriormente se fusiona con el lisosoma para su degradación. Se han descrito varios virus que son capaces de utilizar estas vías para su beneficio, como el virus Hantaan que activa la MA para inhibir la respuesta antiviral de interferón tipo I o el virus Hepatitis C que usa la CMA para alterar el metabolismo de glucosa y así mejorar su replicación. Sin embargo, no existen estudios que describan este tipo de interacciones para el caso e ANDV. Además, en procesos no virales, en respuesta frente a estrés se ha descrito una dinámica de activación/inhibición entre MA/CMA que son importantes para mantener la viabilidad celular. Debido a la falta de evidencia expuesta, en este seminario se planteó el objetivo de “Caracterizar la interacción entre vías autofágicas (MA/CMA) y el virus Andes en células endoteliales humanas” primero, a través de una revisión bibliográfica de los efectos que tienen diferentes virus sobre las vías autofágicas, y segundo, a través del estudio de la expresión de proteínas autofágicas por la técnica de inmunofluorescencia en células endoteliales infectadas con ANDV, y el posterior análisis cuantitativo de las fotografías obtenidas usando ImageJ. Los resultados muestran que la MA y la CMA presentan máximos de activación a diferentes horas post-infección, similar a lo descrito en el caso de estrés de nutrientes, mostrando que este hantavirus tiene un efecto sobre estas vías, pero aún se desconoce si este efecto es directo o indirecto. El estudio de la autofagia en el contexto de infecciones virales permite dilucidar los mecanismos que podrían contribuir a la patógenesis producida por hantavirus y presenta un posible blanco para el desarrollo de tratamientos de SPH.

Orthohantaviruses are zoonotic viruses of single strand negative sense RNA of worldwide distribution. In Asia and Europe, they cause hemorrhagic fever with renal syndrome (HFRS) meanwhile in America orthohantaviruses, such as Andes virus (ANDV), cause hantavirus pulmonary syndrome (HPS). Andes virus is the only hantavirus shown to be transmitted from person to person. No antiviral treatment nor vaccine exists to treat hantavirus infections. The main target of hantavirus infections are the endothelial cells, which leads to vascular leakage and results in pulmonary edema, the hallmark of HPS The molecular mechanisms that contribute to the pathology remain largely unknown. In HPS patients, there is a correlation between viral RNA loads and severity of disease, therefore, the study of a cellular process that could limit viral replication is very important. One of the cellular mechanisms altered under stress conditions is autophagy, which degrades proteins, organelles, and harmful material via the lysosomes. There are 3 autophagic pathways: microautophagy (MI), chaperone-mediated autophagy (CMA) and macroautophagy (MA). MI and CMA degrade their cargos directly at the lysosome, while MA requires a de novo formation of an autophagosome, which is a membranous vesicle that captures the cargo and then fuses with the lysosome for its degradation. It has been described that many viruses can use these pathways to their own benefit, e.g., Hantaan virus, that activates MA to inhibit the IFN-I antiviral response (Wang et al, 2019) or the Hepatitis C virus, which uses the CMA to alter the glucose metabolism to enhance its replication (Matsui et al., 2018). However, there are no studies that describe this type of interactions for ANDV. Moreover, an interplay between MA and CMA has been described in response to non-viral stress to maintain the viability of the cell. Therefore, in this work, it was proposed to “characterized the interaction between the autophagic pathways (MA/CMA) and the Andes virus in endothelial human cells”, first, through a review of the effects different viruses have over the autophagic pathways and second, through the study of the expression of autophagic proteins using the immunofluorescence technique in endothelial cells infected with ANDV, including a quantitative analysis of the images using ImageJ. The results show that MA and CMA have activation peaks at different hours post-infection, similar to what has been described for nutritional stress, showing that this hantavirus has an effect over these pathways, but it awaits to be resolved whether this effect is direct or indirect. The study of autophagy in the context of viral infections allows us to clarify the mechanisms that may contribute to the pathogenesis produced by hantavirus and presents a possible target for the development of a treatment that might help overcome the SPH.