ImpactU Versión 3.11.2 Última actualización: Interfaz de Usuario: 16/10/2025 Base de Datos: 29/08/2025 Hecho en Colombia
Modelo integrado para la caracterización in silico del efecto de la diversidad genética sobre regiones estructuradas codificantes y no codificantes del virus del Dengue
La diversidad y evolución genética del virus Dengue (DENV) ha sido un tema de atención en virología abordado para comprender las interacciones que surgen entre él y sus hospederos lo cual involucra descifrar el desarrollo de sus mecanismos de evasión frente a los sistemas de defensa encargados para continuar el curso natural de su ciclo viral. No obstante, algunos de estos temas se han abordado por separado, por lo tanto es importante explorar con más detalle el rol que la diversidad codificada en el genoma viral deja como huellas acumuladas a lo largo del tiempo de circulación en diferente nichos geográficos, además de detallar si éstas podrían estar relacionadas con las estrategias de adaptación de DENV adquiridas frente a la presión de selección propuesta por cada factor involucrado durante su trayectoria entre hospederos. Hasta ahora, mucho de los estudios se han concentrado en comprender el posible impacto que dicha presión selectiva tiene sobre la composición del virus a nivel de su secuencia genómica, centrado prioritariamente hacia algunos genes por tipo de interés y a sus correspondientes productos traducidos en proteínas. Algunos de ellos han explorando individualmente la proporción de mutaciones por serotipos o genotipos, estableciendo posibles efectos sobre la estructura y consiguiente función de las proteínas virales implicadas en la progresión del ciclo viral. Sin embargo, poco se ha avanzado en el estudio de la estructura secundaria del genoma viral, ya que siendo el genoma una molécula de tipo RNA, adquiere características particulares al plegarse, para lo cual intervienen interacciones favorables entre pares de nucleótidos. En especial para diferentes especies del género Flavivirus, dentro del cual se ha clasificado a DENV, han sido previamente estudiadas las regiones RNA estructuradas, altamente conservadas ubicadas en los extremos 3’ y 5’ no traducibles (UTRs) del genoma viral. Estos extremos son cruciales para los ciclos replicativos, la eficiencia en la traducción del genoma viral y la formación de pequeños RNA no codificantes (ncRNAs) tipo fragmentos de RNA subgenómicos (sfRNA) típicos de flavivirus. Noempero, muy poco ha progresado el estudio de ese tipo de fragmentos, su diversidad funcional, estructural y nucleotídica teniendo en cuenta su origen derivado de las secuencias con potencial de plegarse provenientes desde la subregión genómica codificante o traducible del genoma, conocida como CDSs. Así mismo, menor es el alcance adelantado en relación a la existencia de huellas de procesos selectivos sobre estas subregiones estructurables, en comparación con el que se ha detallado desde la perspectiva funcional y codificante del genoma de DENV o asociado con la distribución geográfica de las cepas circulantes. Por otro lado, con el fin de contribuir a las investigaciones que analizan los efectos de selección natural a nivel de estas subregiones genómicas en el DENV, se desarrolla esta tesis. Para ello se seleccionaron los CDS y poliproteínas de genomas registrados principalmente en la base de datos ViPR hasta el año 2017, derivados de aislados humanos reportados de países hiperendémicos y con reportes para los cuatro serotipos de DENV, ubicados geográficamente sobre el trópico, región donde predomina la circulación de los vectores Aedes aegypti y Aedes albopictus, procurando una búsqueda exhaustiva hasta obtener una muestra equitativa no redundante de secuencias para cada serotipo por país. Para el análisis de partida, con el fin de detectar variabilidad inter e intra-serotipos se realizaron alineamientos múltiples de secuencias de los CDS, los cuales fueron ingresados como inputs para el cálculo de diversidad y estudios de selección codónica; también fueron empleados durante el proceso de computo dispuesto para calcular las regiones estructuradas conservadas y sobre ellas un análisis selectivo discriminado por subregiones genómicas. Posterior a la predicción estructural para secuencias de RNA, se identificaron y organizaron las regiones estructuradas ultra conservadas de RNA en ventanas clasificadas de acuerdo a los 12 bloques subgenómicos delimitados por cada gen(incluyendo la región 2K, sugerida como péptido señal putativo de NS4B para su traslocación en el retículo endoplásmico, removido por peptidasas celulares). A continuación, se realizaron dos tipos de análisis de selección. El primero de tipo codónico sobre los CDS completos de alineamientos por país, región y serotipo, discriminando por gen los tripletes de nucleótidos con mutaciones que como resultado conllevasen a mutaciones sinónimas (S) y no sinónimas (NS) a nivel de aminoácido. El segundo consistió en un análisis de selección dinucleotídica para los RNAs predichos con posible plegamiento sobrelapados por gen. A fin de detectar patrones de selección compartidos o no se clasificaron las mutaciones S y NS tanto para codones traducibles como para su contraparte estructurada en RNA. Con el propósito de establecer un caso de seguimiento transversal, se delimitó un seguimiento particular de las subestructuras de RNA mejor calificadas que compartían este tipo de características, localizadas dentro del bloque subgenómico codificante para la Envoltura del Serotipo 3 (DENV-3), a las cuales se les realizó una exploración adicional de epítopes como piloto del epitoviroma de DENV seguido por un estudio estructural del efecto mutacional sobre la estructura tridimensional de la proteína codificada. Para ello se prepararon los archivos con coordenadas 3D en formato PDB existentes en el Protein Data Bank, pre-procesadas para realizar la sustitución de rotámeros de las NS de mayor interés identificadas para ENV-D3 para terminar con un análisis de dinámica molecular mediado por el programa Amber. De los análisis llevados a cabo en este trabajo se determinó que en concordancia con la bien documentada selección purificadora que presenta el virus Dengue a nivel genómico, se identificaron alrededor de quince ventanas estructuradas ultra conservadas de RNA representativas dependiendo del gen, para los 4 serotipos y simultáneamente referidas con escasas sustituciones NS bajo selección diversificadora para aminoácidos en su componente codificado. En contraste, presentan predominantes sustituciones sinónimas que son compatibles para promover laconservación de estructura de estos plegamientos RNAs. Sin embargo la presencia de regiones estructuradas altamente conservadas identificadas dentro del ORF (Open Reading Frame) de algunos genes fue ocasional, potencialmente asociado al modelo de evolución por serotipo, en función del tipo de la estrategia de ventana utilizada, efecto compensatorio mostrado y homología por alineamiento. Lo dicho hasta aquí contempla la posibilidad de que el eventual mecanismo de diversificación de este flavivirus en sus cuatro serotipos, favorezca simultáneamente la posibilidad de formar estructuras ultra conservadas de RNAs y a su vez conservar las regiones codificantes de donde provienen; aunque se requerirá una definición y validación de su funcionalidad por anotación y expresión como potenciales ncRNA, ya que hasta el momento para DENV se desconoce la función de estas subregiones estructuradas. Del análisis usado como guía para el análisis exploratorio del epitoviroma y del efecto de las sustituciones de aminoácidos sobre la estructura tridimensional de ENV-D3, se observó que aunque se puedan calcular efectos estructurales, estos son mínimos y procuran conservar la estructura previamente establecida o nativa; sin embargo basados en su ubicación por dominios funcionales y su naturaleza química, algunos podrían estar dinamizando la presentación antigénica o de interacción de la superficie con la membrana. Esto podría sugerir que detrás de un cambio de residuo puede co-existir otro tipo de beneficio molecular que aumente la utilidad de su “limitado” recurso genético, que pudiese ser entendido como aleatorio si de selección natural episódica se habla; sin embargo, corroborar si le confiere una ventaja adaptativa particularmente a este serotipo queda fuera del alcance de este trabajo. Como resultado, para el presente trabajo se diseñó, complementó y empleó una estrategia computacional unificada que proporciona un modo de explorar de forma continua la diversidad de la información codificada en el genoma del DENV, desde perspectivas transversales de la bioinformática. Este estudio in silico permitió detectar ydescribir simultáneamente selección en tres niveles de representación del genoma, inicialmente nucleotídica en estructuras primarias de CDS y trinucleotídica atribuida a los codones codificantes para las poliproteínas virales. En segunda instancia de tipo dinucleotídica en estructuras 2D de RNA generadas de las subregiones codificantes del genoma y 3D indicado por el estudio del efecto de sustituciones NS sobre las coordenadas de una proteína cristalizada usada como plantilla. Finalmente, se oferta una contribución al estudio molecular del DENV gracias a la información aportada y la metodología aplicada, enriquecida por una selección rigurosa de recursos y métodos bioinformáticos que facilitan en un futuro, su reproducción para inspecciones transversales similares de otras moléculas y especies virales. Así mismo es posible considerar que estos resultados sean de apoyo a dilucidar mejor la compleja interacción DENV-hospedero y propositivamente en el posible uso de algunos de los elementos detectados aquí para el desarrollo de vehículos tradicionales o alternativos, que puedan contrarrestar los efectos en el deterioro de la salud que ocasiona el virus en la patología que desarrolla, particularmente basado en la continuación del epitorviroma modelo de este flavivirus de interés en salud pública mundial.