Cómo citar este artículo: Santos-López G, Márquez-Domínguez L, Reyes-Leyva J, Vallejo-Ruiz V. Aspectos generales de la estructura, la clasificación y la replicación del virus del papiloma humano. Rev Med Inst Mex Seguro Soc. 2015;53 Supl 2:S166-71.
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Recibido: 22/10/2014
Aceptado: 15/05/2015
Gerardo Santos-López,a Luis Márquez-Domínguez,a Julio Reyes-Leyva,a Verónica Vallejo-Ruiza
aLaboratorio de Biología Molecular y Virología, Centro de Investigación Biomédica de Oriente, Instituto Mexicano del Seguro Social, Metepec, Atlixco, Puebla, México
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Virus del papiloma humano (VPH) hace referencia a un grupo de virus que se encuentra a su vez en un grupo mayor denominado comúnmente papilomavirus, y que se ubica taxonómicamente en la familia Papillomaviridae. Los papilomavirus son virus pequeños, no envueltos con genoma de ADN de doble cadena y que tienen afinidad por el tejido epitelial. Muchos de ellos están asociados con infección en humanos; producen lesiones en piel (verrugas) y en mucosas (condilomas), pero también están asociados con algunos procesos malignos en epitelio, como cáncer cervicouterino y otros tumores del tracto anogenital. La familia Papillomaviridae contiene 16 géneros, los cuales son nombrados con una letra griega como prefijo y con la terminación papillomavirus; por ejemplo: Alphapapillomavirus, Betapapillomavirus, etcétera. Desde el punto de vista clínico, los papilomavirus humanos que infectan la mucosa del tracto genital (los cuales están ubicados en el género Alphapapilomavirus) han sido divididos en dos grupos: los de bajo riesgo, que se asocian principalmente con verrugas genitales benignas, y los de alto riesgo, que presentan un alto potencial oncogénico y son los agentes etiológicos del cáncer cervicouterino. En este artículo revisamos algunos aspectos sobresalientes de la estructura, el ciclo replicativo y la clasificación de los virus de papiloma humano.
Palabras clave: Virus de papiloma humano, VPH de alto riesgo, Clasificación del VPH.
Human papillomavirus (HPV) refers to a group of viruses which belongs to a larger group, commonly referred to as papillomaviruses. These viruses are taxonomically located in the Papillomaviridae family. Papillomaviruses are small, non-enveloped with a genome of double-stranded DNA and they have affinity for epithelial tissue. Many of them are associated with human infection; they induce benign lesions of the skin (warts) and mucous membranes (condylomas), but they are also associated with some epithelial malignancies, such as cervical cancer and other tumors of the urogenital tract. Papillomaviridae contains 16 genera, which are named with a Greek letter prefix and the termination papillomavirus, e.g., Alphapapillomavirus, Betapapillomavirus, etcetera. From the clinical point of view, human papillomaviruses infecting the genital tract (which are located in the genus Alphapapilomavirus) have been divided into two groups: those of low risk, associated with benign genital warts, and those of high risk, with oncogenic potential, which are the etiological agents of cervical cancer. In this paper we review some relevant aspects of the structure, replication cycle and classification of human papillomaviruses.
Keywords: Human papillomavirus, High risk HPV, HPV classification.
Los papilomavirus comprenden un grupo de virus pequeños, no envueltos con genoma de ADN de doble cadena, los cuales tienen afinidad por el tejido epitelial. Muchos de ellos están asociados con infección en humanos; producen lesiones en piel (verrugas) y en mucosas (condilomas), pero también están asociados con algunos procesos malignos en epitelio, especialmente con cáncer cervicouterino y otros tumores de tracto anogenital, así como de cabeza y cuello.1-3
La asociación entre verrugas humanas y virus se documentó desde principios del siglo XX, cuando el italiano G. Ciuffo reportó que a partir de un filtrado libre de células se podía reproducir la presentación de verrugas. Más tarde, en 1935, R. Shope y E.W. Hurst demostraron que los papilomavirus pueden causar carcinoma de piel en un modelo de conejo y unos años más tarde la presencia del virus pudo ser comprobada visualmente mediante microscopía electrónica con los trabajos de M.J. Strauss en 1949.1,4,5
Fue hasta principios de la década de 1970 que H. zur Hausen propuso que un virus podría ser el agente etiológico del cáncer cervical en humanos. Y en la década de 1980 su grupo demostró con un análisis de Souther blot la presencia de ADN de dos tipos de virus de papiloma en biopsias de cáncer cervical, nuevos por aquel entonces: los virus de tipo 16 y los de tipo 18.4-6 Durante el tiempo transcurrido, desde entonces muchos trabajos de investigación han definido la importancia del VPH en el cáncer y han mostrado que es el principal factor de riesgo para el desarrollo de cáncer cervicouterino y que existen variedades de estos virus que están directamente relacionadas con estos procesos de transformación y otras que no, lo cual permite tener herramientas para el diagnóstico y tratamiento de este importante problema de salud pública.
Las partículas del VPH son icosaédricas, no presentan envoltura y miden entre 52 y 55 nm de diámetro. La cápside está constituida por 72 capsómeros pentaméricos de la proteína más abundante (L1) en un arreglo con número de triangulación (T) de 7 (figura 1). Otra proteína de la cápside denominada L2 se asocia internamente a un subgrupo de capsómeros formados por L1. Los viriones son resistentes a tratamientos con éter, ácidos y calor (50° por una hora). En los viriones no se han encontrado componentes de naturaleza lipídica ni glicosídica.1,7,8 Dentro de la cápside se ubica el genoma viral, que está constituido por ADN de doble cadena covalentemente circularizado.1,9
Figura 1 Estructura de los papilomavirus. A) Imagen en 3D de un virión que ha sido reconstruido por medios informáticos a partir de imágenes obtenidas por microscopía crioelectrónica y de la proteína L1 cristalizada. Obtenida de VIPER db: http://viperdb.scripps.edu/info_page.php?VDB=1l0t, consultado el 24 de mayo de 2013. B) Diagrama de la cápside del VPH, donde se observa la proteína principal de la cápside L1, así como el genoma viral empaquetado con histonas celulares. Obtenida de Viral Zone: http://viralzone.expasy.org/
El genoma de los papilomavirus mide entre 6800 y 8400 pares de bases (pb) y se encuentra asociado con proteínas del hospedero, las histonas H2a, H2b, H3 y H4, en una estructura del tipo de la cromatina del hospedero.8,10
El genoma ha sido dividido en tres regiones principales: una región reguladora no codificante de aproximadamente 1 kb, la cual se denomina región larga de control (LCR, long control region); una región que incluye genes de expresión temprana, que dan origen a proteínas no estructurales y una región que contiene los genes de expresión tardía, que dan origen a dos proteínas estructurales. En total se encuentran 9 o 10 marcos de lectura abierta y en todos los papilomavirus están localizados en una sola de las hebras del ADN genómico (figura 2).1,11
Figura 2 Diagrama del genoma del virus de papiloma humano tipo 16. Se trata de un genoma de doble cadena circularizado de 7904 pares de bases. Se señalan los promotores PE y PL, para la expresión de los genes tempranos y tardíos, respectivamente, así como de los elementos PAE y PAL, que son señales de poliadenilación para los genes tempranos y tardíos, respectivamente. En la parte superior se observa una amplificación de la región larga de control (LCR) con diferentes elementos de respuesta a factores de transcripción virales y celulares. Figura tomada y modificada de Doorbar et al.12
La LCR contiene elementos de respuesta para factores de transcripción celulares, tales como AP1, SP1, Oct1, etcétera, así como para las proteínas virales E1 y E2, que controlan la replicación y la expresión del genoma viral. Particularmente, se ha determinado que el VPH 16 posee elementos conocidos como PE (o p97) y PL (o p670), que son promotores que regulan la expresión de genes tempranos y tardíos, respectivamente, así como la presencia de ARNm con modificaciones de corte y empalme (splicing) durante la diferenciación de las células epiteliales.12
Los marcos de lectura se agrupan en dos conjuntos denominados genes de expresión temprana (E, early) y genes de expresión tardía (L, late). En el primer grupo se encuentran E1, E2, E4, E5, E6 y E7, mientras que en el segundo se encuentran L1 y L2.11,12 En algunos papilomavirus se pueden identificar dos marcos de lectura adicionales, denominados E3 y E8.13
Las proteínas codificadas en el genoma que forman parte de la estructura del virión son solo dos: L1 y L2. Las demás proteínas virales cumplen diferentes funciones durante el ciclo replicativo. En el cuadro I se resumen las funciones generales de las proteínas del VPH.
Los papilomavirus tienen una alta especificidad por células epiteliales escamosas. En estas células es donde se lleva a cabo la síntesis de nuevas partículas virales. El ciclo replicativo de los papilomavirus se divide comúnmente en dos etapas, denominadas temprana y tardía. Estas etapas están ligadas al estado de diferenciación de la célula epitelial presente en el tejido.1,11,12
El establecimiento del virus en el tejido requiere de la infección de los queratinocitos basales, frecuentemente a través de lesiones o abrasiones en el tejido, lo cual sugiere que es necesaria la presencia de células con actividad mitótica.12 La introducción de los viriones en la célula es iniciada por la interacción de la proteína L1 con heparán-sulfato y sindecano 3 en la superficie celular.14,15 Se ha implicado también a la integrina alfa-6 en el ingreso del virus a la célula, cuya interacción induce señales que llevan a inhibir la apoptosis a través de Ras/MAP y PI3K/Akt.16,17
La mayoría de los papilomavirus parece entrar a la célula mediante endocitosis dependiente de clatrina mediada por receptor. El desnudamiento del virión y la salida del genoma viral ocurren en el endosoma. Posteriormente la proteína L2 y el genoma migran al núcleo. Hay varios trabajos que muestran la importancia de la proteína L2 en este proceso.1,11,12
Una vez dentro del núcleo, el genoma es transcrito en una serie de procesos complejos que involucra la presencia de múltiples promotores, patrones diversos de modificación del ARNm (splicing), así como una producción diferenciada de los mismos entre distintas células.1
La E1 y la E2 son de las primeras proteínas en expresarse, lo cual genera un control en el número de copias del genoma viral episomal (no integrado al genoma celular). Esas proteínas se mantienen entre 20 y 100 copias por célula. Ambas forman un complejo para reclutar la maquinaria de polimerización celular y factores accesorios para la replicación del genoma.1,11 En la capa suprabasal la expresión de los genes E1, E2, E5, E6 y E7 contribuye al mantenimiento del genoma viral e induce la proliferación celular, incrementando el número de células susceptibles de ser infectadas, lo cual redunda en una mayor producción viral. En las zonas donde se encuentran las células más diferenciadas se mantiene la expresión de los genes E1, E2, E6 y E7, además se comienza a expresar el gen E4, que tiene la función de amplificar la replicación del genoma viral, incrementando significativamente el número de copias del genoma, mientras que se activa la transcripción de los genes tardíos L1 y L2, involucrados en el ensamble y en la salida de los nuevos viriones.11,12,18
Las funciones tardías de los papilomavirus, tales como la síntesis de ADN viral, de las proteínas de la cápside, así como el ensamble de los viriones ocurren exclusivamente en queratinocitos diferenciados. La regulación transcripcional de los genes tardíos es dirigida por un promotor específico que solo responde en queratinocitos diferenciados. Poco es lo que se sabe del proceso de ensamble y liberación de las partículas virales; sin embargo, la encapsidación del genoma es asistida por L2 y es facilitada por E2. Las partículas se han observado en la capa granular del epitelio, pero no en estratos inferiores. Se asume que el virus no es citolítico y la liberación de las partículas virales no ocurre antes de la capa cornificada del epitelio queratinizado; sin embargo, los mecanismos son aún desconocidos.1,11,12,18
Las proteínas E6 y E7 han sido ampliamente estudiadas y se sabe que son muy importantes en la transformación celular. La proteína E6 de los virus de alto riesgo, por ejemplo, es capaz de unirse e inducir la degradación de la proteína supresora de tumores p53, lo cual hace que la célula infectada no entre en proceso de apoptosis y pueda seguir albergando el virus. Algo similar sucede con la proteína E7, que se une e induce la degradación de la proteína supresora de tumores pRB con consecuencias similares. Se ha asociado selectivamente a la proteína E6 y su efecto sobre p53 en la discriminación de virus de alto riesgo con los de bajo riesgo, ya que los primeros poseen una proteína E6 muy activa contra p53, mientras que la E6 de los virus de bajo riesgo tiene una menor afinidad por p53 y estos casi no tienen efecto sobre ella.2,19,20
Otra importante característica, usualmente asociada a los virus de alto riesgo, es que el genoma viral se integra al genoma de la célula, mientras que en los virus de bajo riesgo el genoma permanece de manera episomal. Este proceso de integración se ha asociado con el paso de una lesión de alto grado a cáncer invasivo. Se ha reportado que en más de la mitad de los casos de cáncer con infección VPH 16 y la mayoría con infección por VPH 18 tienen integrado el genoma viral. No se han identificado de manera específica sitios en los que se da la integración del genoma viral; sin embargo, se ha detectado que ocurre en sitios frágiles de regiones de inestabilidad genómica. En las etapas tempranas de la infección los genes E6 y E7 son reprimidos por la proteína E2; empero, cuando el genoma viral se integra al genoma celular, se interrumpe el gen E2 y se pierde la síntesis de su proteína y por tal motivo las proteínas E6 y E7 se incrementan, con lo cual la célula puede ser transformada, inmortalizada y consecuentemente puede aparecer el cáncer.2,19-21
La clasificación de los papilomavirus ha sido algo complicada debido a varios factores. A diferencia de otros virus, los papilomavirus no generan una respuesta inmunitaria humoral consistente, ya sea en humanos o en otros mamíferos, por lo cual no ha sido posible desarrollar un sistema de clasificación por serotipos, a lo cual se agrega la carencia de modelos de infección celulares o de animales de laboratorio.8,22
Para la clasificación inicial de los papilomavirus se toman dos criterios básicos: a) el hospedero, ya que se trata de virus que son altamente específicos de especie, y, b) las secuencias genéticas, que permiten la distinción entre diferentes aislamientos de manera detallada.8 La secuencia más utilizada para la clasificación de los papilomavirus es la del gen L1, que es altamente conservado, aunque se han utilizado también otros genes como E6 y E7. Se establece un nuevo tipo de papilomavirus cuando las secuencias del gen L1 varían en más de 10 % respecto a tipos virales ya conocidos. Si la diferencia es de 2 a 10 %, se les clasifica como subtipos virales y si la diferencia es menor a 2 % se definen como variantes virales.23,24
Un hecho importante que puede causar confusión es que desde el hallazgo de los primeros papilomavirus se empezó a utilizar la palabra tipo y un número, para denominar a los diferentes virus descubiertos, lo cual puede llevar a pensar que un tipo es equivalente a una especie de papilomavirus.6,8 De acuerdo con la clasificación actual en una especie, pueden estar virus que han sido nombrados como tipos diferentes; por ejemplo, en la especie virus del papiloma humano 16, se incluyen los virus tipos 16, 31, 33, 35, 52, 58 y 67. Este dato puede consultarse en la versión en línea de la clasificación de los papillomavirus del Comité Internacional de Taxonomía Viral (http://ictvdb.bio-mirror.cn/Ictv/fs_papil.htm, con acceso el 24/05/2013).
En resumen, los papilomavirus forman una familia denominada Papillomaviridae, la cual contiene hasta el año 2013, un total de 170 miembros reconocidos como papilomavirus humanos.24 Los miembros están agrupados en 16 géneros, los cuales son nombrados con una letra griega como prefijo y con la terminación papillomavirus. Por ejemplo: Alphapapillomavirus, Betapapillomavirus, etcétera. Dentro de cada género existen las especies; por ejemplo, en el género Alphapapillomavirus hay 15 especies, entre ellas el virus de papiloma humano 16, que, como hemos mencionado, tiene variedades genéticas que pueden ser nombradas con un número diferente.6,8
Desde el punto de vista clínico, los papilomavirus humanos que infectan la mucosa del tracto genital (los cuales están ubicados en el género Alphapapilomavirus) han sido divididos en dos grupos: los de bajo riesgo, que se asocian principalmente con verrugas genitales benignas y los de alto riesgo, que presentan un alto potencial oncogénico y son los agentes etiológicos del cáncer cervicouterino.25
En un trabajo multinacional (de nueve países) en 2003 se analizaron muestras de cáncer cervical de 1918 mujeres, con las cuales se propuso la clasificación epidemiológica de VPH de alto o bajo riesgo, de acuerdo con la presencia de tipos determinados en las muestras analizadas.26 Básicamente se propusieron 15 tipos de VPH como de alto riesgo: (16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59, 68, 73 y 82); tres tipos como de probable alto riesgo (26, 53 y 66) y 12 como de bajo riesgo (6, 11, 40, 42, 43, 44, 54, 61, 70, 72, 81 y CP6108).
En un análisis de 2012 se reporta que el VPH tipo 16 es causante del 54.4 % de los casos de cáncer cervicouterino en el ámbito global, seguido por el tipo 18 con 16.5 %, mientras que los tipos 52, 31, 45, 33 y 58 como causantes del 3 al 5 % de los casos.27
Los virus tipo 16 y tipo 18 son los mejor estudiados desde diferentes puntos de vista; por ello, se cuenta con información más detallada de su variación genética, lo cual ha llevado a su subclasificación en variantes. Así, el virus tipo 16 presenta las variantes europea (E), asiática (As), asiático-americana (AA), norteamericana (NA), africana-1 (Af1) y africana-2 (Af2),28 mientras que el tipo 18 presenta las variantes europea (E), africana (Af) y asiático-amerindia (AAI).29
Con el fin de facilitar la nomenclatura de los papilomavirus de importancia médica, se ha creado otra forma de nombrarlos. Todos los papilomavirus que están relacionados con cáncer se ubican en el género Alphapapillomavirus. Al graficar un árbol filogenético, los virus constituyentes pueden quedar agrupados en ramas que, en lugar de ser nombradas como especie, lo cual ya se mencionó en este texto, se pueden numerar progresivamente del 1 al 14, formando grupos que se han nombrado como alfa 1 o A1 hasta alfa 14 o A14.24,30 Así, por ejemplo en el grupo alfa 9 se encuentran los virus tipo 16, 31, 33, 35, 52, 58 y 67, es decir, que están ubicados en la especie virus del papiloma humano tipo 16, como se mencionó previamente.
Aunque los virus de papiloma han sido ampliamente estudiados por su importancia en relación con la salud humana, aún falta investigar muchos aspectos de la estructura, el ciclo replicativo y la patogénesis para poder enfrentar los problemas que causan. No obstante, también hace falta realizar estudios epidemiológicos en diferentes poblaciones para definir si existen más tipos virales asociados con cáncer y también para definir la clase de vacunas y los tipos virales que deberán contener en el futuro, así como establecer mejores formas de identificación y clasificación genética de los virus y su potencial para causar cáncer.
Declaración de conflicto de interés: los autores han completado y enviado la forma traducida al español de la declaración de conflictos potenciales de interés del Comité Internacional de Editores de Revistas Médicas, y no fue reportado alguno que tuviera relación con este artículo.