El virus de l’hepatitis A (HAV), el prototip del gènere Hepatovirus, té una sèrie de característiques que el diferencien de la resta de membres de la família Picornaviridae, entre aquestes l’existència d’un únic serotip del virus, a pesar de que replica seguint una dinàmica de quasiespècies. La falta de correlació entre la variabilitat a nivell de nucleòtids i a nivell d’aminoàcids fa pensar que l’HAV presenta unes fortes constriccions estructurals i biològiques a nivell de la càpsida. Cal tenir en compte que el virus ha de superar el pH àcid de l’estómac en la fase d’entrada, l’eliminació de sang en la fase virèmica i l’acció de proteases i detergents, especialment sals biliars, en la fase de sortida. Per fer front al pH àcid, les proteases i les sals biliars, l’HAV disposa d’una càpsida altament estable i cohesiva. Respecte l’eliminació de sang, l’HAV s’uneix a la glicoforina A dels eritròcits, la qual s’ha descrit que pot actuar com a receptor esquer interaccionant amb els patògens i impedint que arribin al seu teixit o òrgan diana, però la interacció és ineficient a pH fisiològic. Com que aquesta interacció és òptima a pH àcid, es creu que l’HAV ha adoptat una conformació de la càpsida que li permet evadir la interacció amb l’eritròcit i evitar així ser eliminat de sang. Per tant, aquest seria un factor que contribuiria a la baixa variabilitat antigènica de la càpsida, ja que els mutants amb canvis d’aminoàcids en la regió d’unió a la glicoforina A podrien ser més fàcilment eliminats de sang. De fet, en aquest treball s’ha observat com una única mutació en aquesta regió genera un mutant amb una capacitat de replicació in vitro idèntica a la del virus parental però amb una reducció del fitness in vivo pel fet de presentar una cinètica d’eliminació en sang més ràpida. Una altra característica única de l’HAV és que presenta un ús de codons altament deoptimitzat i en certa manera antagònic al de la cèl•lula. Com a conseqüència, el virus utilitza molts codons rars, que s’aparellen amb tRNAs poc abundants, ja que utilitza com a codons rars els codons que són rars per la cèl•lula però també els que la cèl•lula utilitza freqüentment, i que, per tant, no estan disponibles per al virus. Aquesta estratègia li permet minimitzar la competència que ha d’establir amb la cèl•lula hoste pels tRNAs, ja que no posseeix d’un mecanisme específic per induir shut-off de la síntesi proteïca cel•lular. S’ha demostrat que els codons rars tenen un paper important en la regulació de la cinètica de traducció, ja que causen pauses del ribosoma degudes a la dificultat de trobar el tRNA correcte, que es troba en concentracions baixes. Aquestes pauses permeten el correcte plegament de les proteïnes, que té lloc de forma co-traduccional. En el cas de l’HAV, la importància de mantenir les pauses de la traducció per assegurar el correcte plegament de les proteïnes de la càpsida és tal que quan es feia replicar el virus en condicions de shut-off cel•lular artificial, el virus re-deoptimitzava l’ús de codons, al contrari del que s’esperaria en aquestes condicions de major disponibilitat de tRNAs. En aquest treball s’ha estudiat la relació entre les pèrdues i recuperacions del fitness del virus en les diferents condicions de shut-off cel•lular i els canvis en la conformació de la càpsida, els quals afectaven l’estabilitat i la eficiència amb que aquesta interaccionava amb el receptor i/o desencapsidava. Durant l’adaptació a aquestes condicions, els canvis en l’ús de codons que experimentava el virus li permetien recobrar un plegament de la càpsida per a recuperar la interacció amb el receptor o augmentar la eficiència de desencapsidació. A més, les poblacions adaptades a les condicions de shut-off cel•lular presentaven un increment de la infectivitat específica i una replicació més ràpida que el virus parental. Tot plegat ens dona una idea de com la càpsida de l’HAV s’adapta a colls d’ampolla imposats pel seu cicle biològic. / Hepatitis A virus (HAV) is a hepatotropic member of the Picornaviridae family. A single serotype exists, in spite of similar nucleotide diversity to that of the other picornaviruses. This discrepancy between nucleotide and amino acid variability suggests capsid structural and biological constraints. For the development of an infection cycle, HAV has to overcome the challenges posed by the acid pH of the stomach and the action of intestinal proteases and detergents (particularly biliary salts) during the entry phase, the decoy factors during the viremic phase, and again the action of proteases and detergents during the exit phase. HAV binds erythrocytes through the interaction with glycophorin A, however hemagglutination at physiological pH is highly inefficient. As erythrocyte glycoproteins may function as decoy receptors, attracting pathogens and keeping them away from target tissues, the actual virion conformation could represent an escape mechanism from blood clearance due to inefficient erythrocyte binding at physiological pH. The G1217D mutant, with a single mutation in the glycophorin A binding site, binds more efficiently to erythrocytes than the parental strain. In a rat model, it is eliminated from serum more rapidly and consequently reaches the liver with a certain delay compared to the parental strain, suggesting a low fitness phenotype which could explain the lack of natural antigenic variants of the glycophorin A binding site. Another unique characteristic of HAV is the codon usage. HAV don’t induce cellular shut-off and has adopted a deoptimazed codon usage, in order to reduce the competence for the cellular tRNAs. A consequence of this deoptimazed codon usage is an increase of the number of rare codons used by HAV. Adaptation of HAV to replicate in changing conditions of artificially induced cellular shut-off, results in dynamic adjustments of codon usage and in alternate capsid conformations which in turn influence the effectiveness of the initiation of the replicative cycle and the capsid stability. The adaptation processes also involve significant increases in virus specific infectivity and enable the selection of fast growing populations. Fine-tuning translation kinetics selection, i.e., the proper combination of abundant and rare codons in order to get a controlled translation speed and a proper capsid folding plays a critical role in HAV evolution during adaptation in conditions of cellular shut-off. These results suggest and adaptation of the capsid to bottlenecks during the replication cycle.

DE LA TESIS:En los países desarrollados, la introducción del tratamiento antirretroviral de gran actividad (TARGA) ha revolucionado la perspectiva del paciente infectado por el virus de la Inmunodeficiencia Humana tipo 1(VIH), produciendo un aumento espectacular de la supervivencia y una reducción muy importante de las infecciones oportunistas y neoplasias asociadas al síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA). En este contexto, la infección crónica por el virus de la hepatitis C (VHC) ha tomado gran relevancia clínica situándose como una de las primeras causas de ingreso hospitalario y muerte en los pacientes infectados por el VIH.La coinfección de estos virus no es un proceso aislado. De los 40 millones estimados de pacientes infectados por el VIH-1 en el mundo, aproximadamente un tercio presenta una infección crónica por el VHC lo que supone unos 12 millones de pacientes coinfectados a nivel mundial. Aproximadamente el 30% de la población seropositiva está coinfectada por el VHC. Esta elevada tasa de prevalencia de coinfección se debe en gran medida a que ambos virus comparten similares vías de transmisión. Si nos centramos exclusivamente en los pacientes que han adquirido la infección por el VIH por vía parenteral, principalmente en pacientes adictos a drogas endovenosas o pacientes hemofílicos, este número se eleva aproximadamente a un 90% de los pacientes (6). Estudios epidemiológicos han demostrado que el 65% de los pacientes con adicción a drogas por vía parenteral presentan anticuerpos para el VHC a los 12 meses tras el inicio del consumo. Este dato permite calcular el tiempo que un paciente lleva infectado por el VHC. En los últimos años se ha detectado que los pacientes coinfectados por ambos virus tienen peor pronóstico que los monoinfectados por VHC. La progresión de la enfermedad hepática se encuentra acelerada, los pacientes presentan una mayor progresión a cirrosis, mayor incidencia de hepatocarcinoma, y menor supervivencia desde la primera descompensación respecto a los pacientes con monoinfectados por el VHC. Por tanto, la consideración del tratamiento de la VHC es una prioridad en el manejo y tratamiento de los pacientes coinfectados por el VIH y VHC.La presente tesis recoge un total de cinco artículos en los que se ha difundido la investigación asociada con la misma. El primero ("Noninvasive Diagnosis of Hepatic Fibrosis in HIV/HCV-Coinfected Patients". JAIDS 2007; 46:304-311) analiza los marcadores no invasivos de fibrosis hepática en pacientes infectados por el VIH y VHC. El segundo ("Peginterferon alfa-2b plus ribavirin compared with interferon alfa-2b plus ribavirin for treatment of HIV/HCV co-infected patients". AIDS. 2004; 18(13):27-36.) contiene un estudio clínico que compara dos estrategias de tratamiento de la hepatopatía por VHC con Peginterferon alfa-2b con ribavirina comparada con interferon alfa-2b con ribavirina en pacientes coinfectados por el VIH y el VHC. El tercer artículo ("Predictive Value of Early Virologic Response in HIV/Hepatitis C Virus-Coinfected Patients Treated With an Interferon-Based Regimen Plus Ribavirin". JAIDS 2007; 44:174-178.) estudia el valor predictivo de la RVP en pacientes coinfectados por VIH y VHC tratados con un régimen basado un interferon y ribavirina. Por su parte, el artículo número cuatro ("Randomized trial comparing pegylated interferon alpha-2b versus pegylated interferon alpha-2a, both plus ribavirin, to treat chronic hepatitis C in human immunodeficiency virus patients". Hepatology 2009; 49:22-31) realiza un estudio clínico randomizado que compara dos estrategias de tratamiento con interferón pegilado alfa 2a versus interferon pegilado alfa 2b junto con Ribavirina en ambos grupos en pacientes coinfectados por el VIH y VHC. Por último, el artículo cinco ("Pharmacokinetics of Fosamprenavir plus Ritonavir in HIV-1-infected Adult Subjects with Hepatic Impairment." Antimicrob. Agents Chemother. 2009; 53: 5185-96) realiza un estudio de farmacocinética de fase I con fosamprenavir y ritonavir en pacientes infectados por el VIH con disfunción hepática.

El virus de l'hepatitis C (VHC) provoca una hepatitis crònica que afecta a més de 170 milions de persones d'arreu del món. És un virus petit que es classifica dins de la família Flaviviridae i és un virus d'RNA de cadena positiva amb un genoma d'aproximadament 9.600 nucleòtids. A l'extrem 5' del genoma viral s'hi troba una regió no codificant (5'NCR) que comprèn els primers 341 nucleòtids i la seva funció està relaciona amb la traducció. Immediatament després hi ha una pauta de lectura oberta ORF que acaba en un únic codó d'aturada i codifica una poliproteïna de 3.010 aminoàcids. A continuació l'extrem 3' no codificant (3'NCR), que malgrat es desconeixen les seves funcions exactes, s'ha demostrat que és essencial per a la replicació vírica. La única poliproteïna generada és processada co- i postraduccionalment mitjançant proteases de l'hoste i víriques, donant lloc a les proteïnes estructurals (Core, E1 i E2-p7) i no estructurals (NS2-NS5B). Igual que la majoria de virus RNA, el VHC es caracteritza per tenir una taxa de mutació elevada. De fet, el genoma del virus no es pot definir com una única seqüència sinó per una població de variants molt relacionades entre sí. A aquesta manera d'organitzar la informació genètica se l'anomena quasiespècie viral i una de les seves implicacions principals és la facilitat amb què sorgeixen resistents al tractament. Els tractaments disponibles són llargs, cars, provoquen efectes secundaris considerables i només es resolen completament el 40% dels casos. Per aquesta raó es busquen altres solucions terapèutiques per combatre el virus entre les quals s'hi inclouen diferents estratègies. Una de les més innovadores i prometedores és la utilització de ribozims dirigits directament contra el genoma del virus. Aquest treball es centra en l'estudi de les noves estratègies terapèutiques basades en ribozims, concretament la ribonucleasa P. La ribonucleasa P és un ribozim que està present en tots els organismes ja que és l'enzim responsable de la maduració dels precursors d'RNA de transferència. El més interessant a nivell terapèutic és que s'ha demostrat que es pot dirigir la seva activitat cap a qualsevol RNA utilitzant una seqüència guia d'RNA que quan hibrida amb l'RNA diana, l'híbrid imita l'estructura secundària del substrat natural. En el cas del VHC, s'han estudiat ribozims dependents de seqüència (ribozims derivats d'RNAs satèl·lits i de viroides de plantes), sempre dirigits contra la regió més conservada del virus per evitar una disminució de l'eficiència del ribozim deguda a la variació de la diana. La ribonucleasa P és una endonucleasa d'activitat molt específica i es diferencia dels altres ribozims naturals en el sistema de reconeixement del substrat, reconeix elements estructurals i no de seqüència. L'objectiu final del treball és tallar in vitro l'RNA del VHC aprofitant la propietat que presenta aquest ribozim de reconèixer elements estructurals i no de seqüència ja que per a un mateix nombre de seqüències, el nombre d'estructures viables que pot adoptar l'RNA genòmic és molt més petit i per tant la variabilitat de la diana disminueix. S'han estudiat dos models d'RNasa P, la RNasa P humana guiada per seqüència guia externa (EGS) i l'RNA M1 de l'RNasa P d'E.coli unit a la seqüència guia per l'extrem 3' (ribozim M1GS). Abans però de dirigir el ribozim, s'han estudiat l'estructura i la variabilitat d'una regió del genoma del virus ja que s'ha descrit que són factors que poden limitar l'eficiència de qualsevol ribozim. Derivat d'aquests estudis s'aporten dades sobre accessibilitat i variabilitat d'una regió interna del genoma del virus de l'hepatitis C, la zona d'unió de la regió E2/NS2 (regió 2658-2869). L'estudi d'accessibilitat revela que la regió 2658-2869 del genoma del virus conté dominis oberts i tancats i que la transició entre uns i altres no és brusca si es compara amb altres regions d'estructura coneguda (regió 5' no codificant). Els resultats dels assajos in vitro amb els dos models de RNasa P mostren que s'ha aconseguit dirigir tant la ribonucleasa P humana com el ribozim M1GS cap a una zona, predeterminada segons l'estudi d'accessibilitat, com a poc estructurada i tallar l'RNA del virus. De l'anàlisi de mutacions, però, es dedueix que la regió estudiada és variable. Tot i dirigir el ribozim cap a la zona més accessible, la variació de la diana podria afectar la interacció amb la seqüència guia i per tant disminuir l'eficiència de tall. Si es proposés una estratègia terapèutica consistiria en un atac simultani de vàries dianes.D'altra banda i derivat d'un resultat inesperat on s'ha observat en els experiments control que l'extracte de RNasa P humana tallava l'RNA viral en absència de seqüències guia externes, s'ha caracteritzat una nova interacció entre l'RNA del VHC i la RNasa P humana. Per a la identificació de l'enzim responsable dels talls s'han aplicat diferents tècniques que es poden dividir en mètodes directes (RNA fingerprinting) i indirectes (immunoprecipitació i inhibicions competitives). Els resultats demostren que la ribonucleasa P humana, i no un altre enzim contaminant de l'extracte purificat, és la responsable dels dos talls específics observats i que es localitzen, un a l'entrada interna al ribosoma (IRES) i molt a prop del codó AUG d'inici de la traducció i l'altre entre la regió codificant estructural i no estructural. La ribonucleasa P és un dels enzims del metabolisme del tRNA que s'utilitza per identificar estructures similars al tRNA en substrats diferents del substrat natural. Així doncs, el fet que la ribonucleasa P reconegui i talli el genoma del VHC en dues posicions determinades suggereix que, a les zones de tall, el virus conté estructures semblants al substrat natural, és a dir estructures tipus tRNA. A més, tot i que el VHC és molt variable, els resultats indiquen que aquestes estructures poden ser importants per el virus, ja que es mantenen en totes les variants naturals analitzades. Creiem que la seva presència podria permetre al genoma interaccionar amb factors cel·lulars que intervenen en la biologia del tRNA,particularment en el cas de l'estructura tipus tRNA que es localitza a l'element IRES. Independentment però de la seva funció, es converteixen en unes noves dianes terapèutiques per a la RNasa P. S'ha de replantejar però l'estratègia inicial ja que la similitud amb el tRNA les fa susceptibles a l'atac de la ribonucleasa P, directament, en absència de seqüències guia externes. / Hepatitis C virus is a human pathogen causing chronic liver disease in 170 million people worldwide. The virus is classified within the family Flaviviridae. The RNA genome is single-stranded and functions as the sole mRNA species for translation. It comprises a 5'-untranslated region, which functions as an internal ribosome entry site, and a long open reading frame, which encodes a polyprotein precursor of about 3010 amino acids, that is cleaved into structural (core, envelope 1, envelope 2 and p7) and non-structural (NS-2, NS-3, NS-4 and NS-5) proteins; followed by a 3' non-coding region. Analyzing significant numbers of cDNA clones of hepatitis C virus (HCV) from single isolates provides unquestionable proof that the viral genome cannot be defined by a single sequence, but rather by a population of variant sequences closely related to one another. In the infected patient, a master (the most frequently represented sequence) and a spectrum of mutant sequences may be isolated at any given time during chronic infection. This manner of organizing genetic information, which characterizes most RNA viruses, is referred to as quasispecies. HCV resistance to treatment (either alone or in combination with ribavirin) is one of the most important clinical implications predicted by the quasispecies model suggesting the necessity to seek new therapies. HCV therapeutic strategies based on ribozyme cleavage are leading candidates. The ribozyme activity of Ribonuclease P (RNase P) is among proposed antiviral agents. RNase P is a ubiquitous cellular endonuclease and one of the most abundant and efficient enzymes in the cell. This enzyme is a ribonucleoprotein complex that catalyzes a hydrolysis reaction to remove the leader sequence of precursor tRNA to generate the mature tRNA. Substrate recognition by the RNase P ribozyme does not rely on sequence requirements but on structural features of the RNA substrate. Custom-designed ribo-oligonucleotides, which hybridize with the target, called external guide sequences (EGSs), may provide the RNA structure which RNase P recognizes and cleaves in the hybridized complex. Recognition of structures instead of sequences may represent a great advantage in the fight against variable viruses because single or even double mutations in the target may be tolerated for RNase P recognition. One of the major aims of this work is to cleave HCV RNA using the RNase P ribozyme guided by EGS. To expand investigation of targeting in the HCV genome we assessed accessibility and low potential of variation of the target RNA since it is described that are crucial requirements for ribozyme therapy against viral infections. In the hepatitis C virus, the sequence of the 5' non coding region is conserved but the highly folded RNA structure severely limits the number of accessible sites. We have considered an internal genomic region whose sequence variation has been widely investigated. We have first mapped the accessibility of the genomic RNA to complementary DNAs within an internal genomic region. We performed a kinetic and thermodynamic study. Accordingly, we have designed and assayed four RNase P ribozymes targeted to the selected sites. Considerations on RNA structural accessibility and sequence variation indicate that several target sites should be defined for simultaneous attack. While performing targeting experiments on HCV RNA transcripts with RNase P we have found that, surprisingly, purified RNase P (peak activity) from HeLa cells cleaved HCV genomic RNA efficiently at two sites in the absence of EGSs. We report the techniques used to prove that the cleavage is specific to human RNase P (indirect methods: immunoprecipitation and competitive inhibition), and to show where cleavage occurs (direct method: RNA fingerprinting). We have confirmed that human RNase P is responsible for HCV RNA processing and that the two cleavages sites are in the IRES HCV domain, close to AUG initiator triplet, and in the E2/NS2 junction fragment (between structural and non structural coding region). To define cleavage by RNase P as a general property of HCV, viral sequences obtained from different patients were compared for RNase P cleavage accessibility. Cleavage was consistently observed in all sequences tested although with different efficiencies. Since RNase P recognizes and cleaves tRNA-like structures, we believe that such recognition by RNase P is an indication for the presence of two possible tRNA-like structures in the HCV genome. Comparison of such results at the two HCV RNase P cleavage sites should help us to understand in greater detail HCV substrate structure, tRNA mimicry, rules underlying recognition by human RNase P, and, in the particular case of the IRES motif, possible participation in translation. Whatever the role of such tRNA-like structures, such a strong tendency to maintain them might be important in the development of therapeutic strategies against the virus because they can represent highly susceptible targets for RNase P.