" Hacia el final del siglo XIX se produjo una revolucio?n cienti?fica causada por el descubrimiento del primer virus, el inductor del mosaico del tabaco (tobacco mosaic virus, TMV), que fue adema?s el primero en ser transmitido experimentalmente, purificado, cristalizado y reconstituido in vitro a partir de sus componentes, protei?na de cubierta y RNA; este u?ltimo, el menos abundante, resulto? sorprendentemente ser el componente infeccioso. Asi? pues, existi?a un mundo sub-celular protagonizado por los virus, dotados de replicacio?n auto?noma (la caracteri?stica esencial de la vida), aunque eso si?, en un medio muy peculiar: el constituido por las ce?lulas que infectan. Pronto se descubrieron muchos otros virus, de RNA y DNA, parasitando todo tipo de ce?lulas, pero es importante destacar: i) que la Virologi?a, como la Gene?tica, nacio? ligada al mundo de las plantas, y ii) que si bien el e?nfasis inicial se puso en aquellos virus causantes de enfermedades de intere?s sanitario o econo?mico, la complejidad y el papel de la virosfera va mucho ma?s alla? (se estima que solo conocemos el 1% de la misma y que los virus han desempen?ado un papel crucial en la emergencia y evolucio?n de la vida). Pero volvamos a nuestra historia. El nuevo paradigma que situaba a los virus en el peldan?o inferior de la escala biolo?gica, al menos en complejidad geno?mica, sobrevivio? inalterado los siguientes 65-70 an?os, asumie?ndose impli?citamente que todos los pato?genos sub-celulares eran virus. Este largo peri?odo de estasis concluyo? con el descubrimiento del agente etiolo?gico de una enfermedad de la patata de supuesta naturaleza viral, que finalmente resulto? estar inducida por una nueva clase de pato?genos ma?s simples: los viroides. El causante del tube?rculo fusiforme de la patata (potato spindle tuber viroid, PSTVd) fue el primer pato?geno sub- viral descrito con replicacio?n auto?noma (tambie?n en el interior de las ce?lulas infectadas, como los virus, aunque parasita?ndolas de una manera muy distinta). La transmisio?n del PSTVd a tomate, una planta fa?cil de cultivar en invernadero en la que induce si?ntomas especi?ficos, facilito? la posterior investigacio?n que finalmente llevo? a la completa secuenciacio?n de este agente en 1978, un hito en Biologi?a puesto que fue el primer pato?geno de eucariotas para el que se dispuso de su estructura primaria, abriendo en cierto modo la era geno?mica. El PSTVd resulto? ser un RNA circular (otra propiedad inesperada) de 359 nucleo?tidos (aproximadamente veinte veces menor que el genoma del TMV), cuya secuencia es en buena medida auto-complementaria, conduciendo a una estructura secundaria en forma de varilla que se ha confirmado bioqui?micamente in vitro e in vivo, y biofi?sicamente mediante microscopi?a electro?nica de transmisio?n y ma?s recientemente de fuerza ato?mica. Esta estructura, compuesta por fragmentos de doble he?lice flanqueados por bucles estabilizados por interacciones no cano?nicas, desempen?a un importante papel en el ciclo infeccioso (replicacio?n y movimiento). Puesto que la traduccio?n habitual de mRNAs mediante rastreo riboso?mico requiere un extremo 5', ausente en RNAs circulares, y puesto que no existen codones de iniciacio?n AUG en el PSTVd, e?ste debi?a ser un RNA no codificante, establecie?ndose asi? una distincio?n fundamental entre viroides (que esencialmente parasitan la maquinaria de transcripcio?n de sus hue?spedes) y virus (que sin excepcio?n codifican protei?nas propias y fundamentalmente parasitan la maquinaria de traduccio?n de los suyos). Al descubrimiento del PSTVd le siguio? el de otros viroides causantes de enfermedades en plantas con intere?s agrono?mico. La mayori?a de ellos se pareci?an al PSTVd en adoptar una estructura secundaria en varilla con cinco dominios, incluyendo uno con una regio?n central conservada (CCR). Sin embargo, tal regio?n no se observo? en el viroide del manchado solar del aguacate (avocado sunblotch viroid, ASBVd) que, notablemente, mostro? actividad catali?tica (ver ma?s abajo). Con el tiempo, los viroides se clasificaron en las familias Pospiviroidae (miembro tipo PSTVd) con estructura en varilla, CCR y replicacio?n nuclear, y Avsunviroidae (miembro tipo ASBVd) con estructura usualmente ramificada, propiedades autocatali?ticas y replicacio?n en plastidios (mayoritariamente cloroplastos). La replicacio?n ocurre por un mecanismo de ci?rculo rodante en el que el RNA circular (+) infectante es transcrito reiteradamente, con los RNAs oligome?ricos (-) resultantes, bien por si? mismos o despue?s de ser procesados a mono?meros circulares, sirviendo de molde para la si?ntesis de los RNAs oligome?ricos (+) que son finalmente procesados a sus formas circulares monome?ricas. Cabe destacar que la transcripcio?n es catalizada por una RNA polimerasa (nuclear o plasti?dica) dependiente de DNA pero redirigida a aceptar un molde de RNA, el corte de los oligo?meros por una RNasa de la clase III (familia Pospiviroidae) o por ribozimas de cabeza de martillo (familia Avsunviroidae), y la circularizacio?n por la DNA ligasa I nuclear redirigida a unir sustratos de RNA, o por una isoforma plasti?dica de la tRNA ligasa. Los viroides, como los virus, son reconocidos y atacados por la maquinaria de interferencia mediada por RNA (RNA interference, RNAi) de sus hue?spedes, como muestra la presencia en plantas infectadas por miembros ambas familias de pequen?os RNAs (viroid-derived small RNAs, vd-sRNAs) estructuralmente similares a los generados por enzimas dicer-like (DCL) de la vi?a RNAi. Adema?s, el acceso del PSTVd a meristemos esta? restringido en plantas de Nicotiana benthamiana silenciadas para la RNA polimerasa 6 dirigida por RNA (RDR6), que cataliza un circuito de amplificacio?n conducente a producir pequen?os RNAs interferentes secundarios. Finalmente, trabajos previos han mostrado que PSTVd-cDNAs introducidos en el genoma de tabaco se metilan solo cuando existe replicacio?n viroidal, proporcionando el primer ejemplo de metilacio?n de novo dirigida por RNA de secuencias geno?micas en plantas. Como complemento a propuestas iniciales que consideraron al RNA geno?mico viroidal el inductor primario de la patoge?nesis (e.g., secuestrando a protei?nas del hue?sped y detraye?ndolas de su funcio?n), visiones ma?s recientes han puesto el foco sobre los vd-sRNAs. Ma?s especi?ficamente, vd-sRNAs conteniendo los determinantes de patogenicidad de un albinismo o de un intenso amarilleamiento inducidos por un viroide de replicacio?n plasti?dica reconocen y dirigen el corte (en el sitio predicho por el mecanismo de RNAi) de mRNAs del hue?sped que codifican protei?nas implicadas en la bioge?nesis de los cloroplastos, ilustrando asi? cu?al podri?a ser la lesio?n molecular primaria que en u?ltima instancia desencadena los si?ntomas macrosco?picos. Estos vd-sRNAs, debido a su extremo 5' terminal, muy probablemente cargan la protei?na Argonauta 1 (parte del complejo inductor del silenciamiento mediado por RNA) y le proporcionan la especificidad de corte. Por u?ltimo, los viroides se consideran reliquias moleculares del mundo de RNA que presumiblemente precedio? la aparicio?n de organismos celulares basados en el DNA y las protei?nas. La estructura circular de los viroides, su incapacidad de codificar protei?nas, la presencia de ribozimas en la familia Avsunviroidae, y la alta tasa de mutacio?n de un miembro de esta u?ltima (la ma?s alta medida para una entidad replicativa) sostienen esta visio?n. Asi? pues, los viroides son estructural, funcional y evolutivamente independientes de los virus. El descubrimiento del PSTVd ejemplifica una vez ma?s co?mo fluye la ciencia: la bu?squeda del agente causal de una enfermedad de plantas ha conducido al descubrimiento de un mundo sub-viral con profundas y diferentes implicaciones incluida la emergencia de la vida en la Tierra."
Los viroides ocupan el nivel inferior de la escala biológica y son estructural, funcional y evolutivamente independientes de los virus
Di Serio F
2019
Abstract
" Hacia el final del siglo XIX se produjo una revolucio?n cienti?fica causada por el descubrimiento del primer virus, el inductor del mosaico del tabaco (tobacco mosaic virus, TMV), que fue adema?s el primero en ser transmitido experimentalmente, purificado, cristalizado y reconstituido in vitro a partir de sus componentes, protei?na de cubierta y RNA; este u?ltimo, el menos abundante, resulto? sorprendentemente ser el componente infeccioso. Asi? pues, existi?a un mundo sub-celular protagonizado por los virus, dotados de replicacio?n auto?noma (la caracteri?stica esencial de la vida), aunque eso si?, en un medio muy peculiar: el constituido por las ce?lulas que infectan. Pronto se descubrieron muchos otros virus, de RNA y DNA, parasitando todo tipo de ce?lulas, pero es importante destacar: i) que la Virologi?a, como la Gene?tica, nacio? ligada al mundo de las plantas, y ii) que si bien el e?nfasis inicial se puso en aquellos virus causantes de enfermedades de intere?s sanitario o econo?mico, la complejidad y el papel de la virosfera va mucho ma?s alla? (se estima que solo conocemos el 1% de la misma y que los virus han desempen?ado un papel crucial en la emergencia y evolucio?n de la vida). Pero volvamos a nuestra historia. El nuevo paradigma que situaba a los virus en el peldan?o inferior de la escala biolo?gica, al menos en complejidad geno?mica, sobrevivio? inalterado los siguientes 65-70 an?os, asumie?ndose impli?citamente que todos los pato?genos sub-celulares eran virus. Este largo peri?odo de estasis concluyo? con el descubrimiento del agente etiolo?gico de una enfermedad de la patata de supuesta naturaleza viral, que finalmente resulto? estar inducida por una nueva clase de pato?genos ma?s simples: los viroides. El causante del tube?rculo fusiforme de la patata (potato spindle tuber viroid, PSTVd) fue el primer pato?geno sub- viral descrito con replicacio?n auto?noma (tambie?n en el interior de las ce?lulas infectadas, como los virus, aunque parasita?ndolas de una manera muy distinta). La transmisio?n del PSTVd a tomate, una planta fa?cil de cultivar en invernadero en la que induce si?ntomas especi?ficos, facilito? la posterior investigacio?n que finalmente llevo? a la completa secuenciacio?n de este agente en 1978, un hito en Biologi?a puesto que fue el primer pato?geno de eucariotas para el que se dispuso de su estructura primaria, abriendo en cierto modo la era geno?mica. El PSTVd resulto? ser un RNA circular (otra propiedad inesperada) de 359 nucleo?tidos (aproximadamente veinte veces menor que el genoma del TMV), cuya secuencia es en buena medida auto-complementaria, conduciendo a una estructura secundaria en forma de varilla que se ha confirmado bioqui?micamente in vitro e in vivo, y biofi?sicamente mediante microscopi?a electro?nica de transmisio?n y ma?s recientemente de fuerza ato?mica. Esta estructura, compuesta por fragmentos de doble he?lice flanqueados por bucles estabilizados por interacciones no cano?nicas, desempen?a un importante papel en el ciclo infeccioso (replicacio?n y movimiento). Puesto que la traduccio?n habitual de mRNAs mediante rastreo riboso?mico requiere un extremo 5', ausente en RNAs circulares, y puesto que no existen codones de iniciacio?n AUG en el PSTVd, e?ste debi?a ser un RNA no codificante, establecie?ndose asi? una distincio?n fundamental entre viroides (que esencialmente parasitan la maquinaria de transcripcio?n de sus hue?spedes) y virus (que sin excepcio?n codifican protei?nas propias y fundamentalmente parasitan la maquinaria de traduccio?n de los suyos). Al descubrimiento del PSTVd le siguio? el de otros viroides causantes de enfermedades en plantas con intere?s agrono?mico. La mayori?a de ellos se pareci?an al PSTVd en adoptar una estructura secundaria en varilla con cinco dominios, incluyendo uno con una regio?n central conservada (CCR). Sin embargo, tal regio?n no se observo? en el viroide del manchado solar del aguacate (avocado sunblotch viroid, ASBVd) que, notablemente, mostro? actividad catali?tica (ver ma?s abajo). Con el tiempo, los viroides se clasificaron en las familias Pospiviroidae (miembro tipo PSTVd) con estructura en varilla, CCR y replicacio?n nuclear, y Avsunviroidae (miembro tipo ASBVd) con estructura usualmente ramificada, propiedades autocatali?ticas y replicacio?n en plastidios (mayoritariamente cloroplastos). La replicacio?n ocurre por un mecanismo de ci?rculo rodante en el que el RNA circular (+) infectante es transcrito reiteradamente, con los RNAs oligome?ricos (-) resultantes, bien por si? mismos o despue?s de ser procesados a mono?meros circulares, sirviendo de molde para la si?ntesis de los RNAs oligome?ricos (+) que son finalmente procesados a sus formas circulares monome?ricas. Cabe destacar que la transcripcio?n es catalizada por una RNA polimerasa (nuclear o plasti?dica) dependiente de DNA pero redirigida a aceptar un molde de RNA, el corte de los oligo?meros por una RNasa de la clase III (familia Pospiviroidae) o por ribozimas de cabeza de martillo (familia Avsunviroidae), y la circularizacio?n por la DNA ligasa I nuclear redirigida a unir sustratos de RNA, o por una isoforma plasti?dica de la tRNA ligasa. Los viroides, como los virus, son reconocidos y atacados por la maquinaria de interferencia mediada por RNA (RNA interference, RNAi) de sus hue?spedes, como muestra la presencia en plantas infectadas por miembros ambas familias de pequen?os RNAs (viroid-derived small RNAs, vd-sRNAs) estructuralmente similares a los generados por enzimas dicer-like (DCL) de la vi?a RNAi. Adema?s, el acceso del PSTVd a meristemos esta? restringido en plantas de Nicotiana benthamiana silenciadas para la RNA polimerasa 6 dirigida por RNA (RDR6), que cataliza un circuito de amplificacio?n conducente a producir pequen?os RNAs interferentes secundarios. Finalmente, trabajos previos han mostrado que PSTVd-cDNAs introducidos en el genoma de tabaco se metilan solo cuando existe replicacio?n viroidal, proporcionando el primer ejemplo de metilacio?n de novo dirigida por RNA de secuencias geno?micas en plantas. Como complemento a propuestas iniciales que consideraron al RNA geno?mico viroidal el inductor primario de la patoge?nesis (e.g., secuestrando a protei?nas del hue?sped y detraye?ndolas de su funcio?n), visiones ma?s recientes han puesto el foco sobre los vd-sRNAs. Ma?s especi?ficamente, vd-sRNAs conteniendo los determinantes de patogenicidad de un albinismo o de un intenso amarilleamiento inducidos por un viroide de replicacio?n plasti?dica reconocen y dirigen el corte (en el sitio predicho por el mecanismo de RNAi) de mRNAs del hue?sped que codifican protei?nas implicadas en la bioge?nesis de los cloroplastos, ilustrando asi? cu?al podri?a ser la lesio?n molecular primaria que en u?ltima instancia desencadena los si?ntomas macrosco?picos. Estos vd-sRNAs, debido a su extremo 5' terminal, muy probablemente cargan la protei?na Argonauta 1 (parte del complejo inductor del silenciamiento mediado por RNA) y le proporcionan la especificidad de corte. Por u?ltimo, los viroides se consideran reliquias moleculares del mundo de RNA que presumiblemente precedio? la aparicio?n de organismos celulares basados en el DNA y las protei?nas. La estructura circular de los viroides, su incapacidad de codificar protei?nas, la presencia de ribozimas en la familia Avsunviroidae, y la alta tasa de mutacio?n de un miembro de esta u?ltima (la ma?s alta medida para una entidad replicativa) sostienen esta visio?n. Asi? pues, los viroides son estructural, funcional y evolutivamente independientes de los virus. El descubrimiento del PSTVd ejemplifica una vez ma?s co?mo fluye la ciencia: la bu?squeda del agente causal de una enfermedad de plantas ha conducido al descubrimiento de un mundo sub-viral con profundas y diferentes implicaciones incluida la emergencia de la vida en la Tierra."I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
