Propiedades antivirales de las proteínas y péptidos de la leche RAVINDER NAGPAL1, CHAITANYA. S1, MONICA PUNIYA2, AARTI BHARDWAJ3, SHALINI JAIN4 AND HARIOM YADAV4* 1Microbiología láctea, 2Nutrición de ganado de lácteos, 4Bioquímica animal, Instituto Nacionald e Investigación Láctea, Karnal 132001, Haryana, Instituto Meerut de Ingeniería y Tecnología, Meerut-250002, U.P., India. *Email: yadavhariom@gmail.com Traducción al Español, Dr. en C. Nicolás Padilla Raygoza, Facultad de Enfermería y Obstetricia de Celaya, Universidad de Guanajuato, México padillawarm@gmail.com

Introducción Las proteínas y péptidos de la leche poseen propiedades biológicas más allá de su significancia nutriológica. En 1987, lactoferrina (LF) - Virus asociado a leucemia (FLV) Proteínas y péptidos de la leche modificadas químicamente.

Proteínas con actividad antiviral: Lactoferrina (LF) Lactadherina Glicoproteína Inmunoglobulina (Ig)

Lactoferrina (LF) Hierro multifuncional unido a glicoproteína Liberada en el estómago por pepsin cleavage a pH ácido LF - Actividad antiviral para virus DNA y RNA

ACCIÓN DE VIRUS ENVUELTOS POR LF: Virus de la inmunodeficiencia humana (HIV) Citomegalovirus humano (CMV) Virus del herpes simplex tipo 1 y 2 (HSV) Virus de la hepatitis B, C y G Papilomavirus humano (HPV) y Alfavirus

Rotavirus Enterovirus Poliovirus Adenovirus y Calicivirus felinos - Virus no cubiertos: Rotavirus Enterovirus Poliovirus Adenovirus y Calicivirus felinos

Efectos antivirales de las proteínas Virus (Cubierto) Proteína Comentarios/acción propuesta HIV LF Leche bLF & hLF bloquea la absorción de HIV-1 por células objetivos Inhibe la unión de HIV-1 a receptor en CD4 HSV-1 y 2 bLF y hLF se une a las partículas virales y efecto sinérgico con acyclovir HCMV Interfiere con virus en células objetivo Regulación de células asesinas Efecto antiviral sinérgico con cidofovir

HCV Alfavirus Hantavirus HPV LF Une a proteínas de cubierta viral E1 y E2 bLF administrado oralmente puede ser efectivo en combinación con interferón Alfavirus hLF inhibe interacción de virus con receptores sulfato heparan Hantavirus Efecto sinérgico con ribavirina sobre la replicación viral HPV Interfiere con la interiorización del virus en la células del huésped

Comentarios/acción propuesta Virus (No envuelto) Proteína Comentarios/acción propuesta Rotavirus Lactoadhesina Glicoproteína de alto peso molecular; leche de vaca Concentrado de Ig Lactoadhesina protege a los alimentados al seno de la infección Efectiva in vitro; el modo de acción no se conoce Un efecto in vivo; 100 veces más alto que el obtenido con leche humana

PV LF Se une a células objetivo Virus humano de la influenza Inhibe la hemoaglutinación por los virus FCV bLF interfiere con la absorción de virus por las células objetivo Adenovirus bLF y hLF compiten con virus por receptores comunes de membrana

Mecanismos antivirales de LF

Mecanismo de acción Primero, LF parece interactuar con los receptores de la superficie celular, tales como los glicosaminoglicanos los cuales son sitios de unión para muchos virus. Segundo, LF se une directamente a partículas virales e inhibe la adsorción viral a células objetivo.

Efectividad antiviral: Las diferencias en secuencia de aminoácidos de región antiviral Cadenas de Glycan y el número de puente disulfuro entre hLF y bLF HIV, HSV, CMV y adenovirus, reconocen proteoglicanos de la superficie celular (heparina y sulfato de heparina) como receptores.

Entrada de HIV-1 en las células objetivo Mediada por glicoproteina gp-120 y gp-41 Receptor CD4 y co-receptores CCRS, CXCR4 Fusión de membranas celulares y virales

Cont… Interacción entre el curva V3 y heparan sulfato adhiere el virus a la superficie celular Componentes positivamente cargados (AMD3100 y ALX40-4C) bloquean la replicación de VIH-1, interactúan con co-receptores cargados negativamente.

Purificación de las proteínas y péptidos de la leche de vaca α-S2 Caseína, LFcina-B bovina y k-caseína bovina Hidrólisis con pepsina Cromatografía de intercambio de cationes Fragmentos obtenidos caracterizados por HPLC y ESI-MS

β-caseína bovina y β lactoglobulina son modificadas por ácido maleico Cont… β-caseína bovina y β lactoglobulina son modificadas por ácido maleico (Ikura et al., 1984) As2-caseína es modificada con 3-hidroxiftalico anhídrido El grado de modificación checado con orto-ftaldialdeído. (Berkhout et al., 1997)

Métodos para checar propiedades antivirales ELISA Ensayo MTT Método de radioisótopos

1. ELISA Adicione proteína de leche(1-10 µM ),antes de adicionar el virus VIH-1 Supresor T1 del crecimiento de la línea celular en medio RPMI con 10% FCS a 37 ºC en 5% CO2 Virus sembrado en un pico de producción y almacenado a - 70 ºc Cuantificado en antígeno CA-P24 ELISA

2. Ensayo MTT Línea celular MT2 T infectada con VIH-1 - aumentó la concentración de proteínas de la leche. Después de 5 días de post-infección Células vivas convierten el MTT {3-(4,5-dimethylethiazole-2-ly)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) Producto azul (formazina)

3. Método de radioisótopo Vaso de cultivo celular (Nunclon de 24 placas) Inhibidores de proteínas no específicas Adiciones aupresor de células T1 en un medio completo (RPMI) Etiquete radiactivamente con 125 I-bLF e incube las placas de 4 ºc a 37 ºc por 1 hora Cantidad de radioactividad recuperada fue determinada por contador Gamma.

Resistencia a lactoferrina Aislamiento HIV-1 LA1 cultivado en presencia de 10µM bLF Células libres de virus son pasadas a células supresoras T1 no infectadas. Observe la formación masiva de sincitio en el cultivo Muestra del virus es tomada después de varios días.

5. Prueba para infección paralela con y sin LF Cont… 5. Prueba para infección paralela con y sin LF 6. Células infectadas congeladas a -80 ºc para análisis subsecuente de DNA 7. PCR amplificada , Gel purificada y clonada en una vector clonador. 8. Múltiples clones son insertados como fragmento Bam H1 en el clono moclecular PLA I 9. Pruebe su capacidad de replicación con y sin bLF

Sin actividad antiviral los péptiodos cargados negativamente Proteínas purificadas de la leche y su efecto en la replicación de VIH-1 Sin actividad antiviral los péptiodos cargados negativamente b-caseína 1-28 kcaseína 1-10 y CMP-A y CMP- B a 10 mM Inhibición viral completa - proteína de la leche cargada negativamente modificada químicamente 3HP-CN

Péptidos cargados positivamente nisina y lactoferricina Cont… Péptidos cargados positivamente nisina y lactoferricina 10 µM - moderadamente inhiben VIH-1 100 µM - completa inhibición pero se observa citotoxicidad bLF significativamente inhibe a concentración de 0.1-1.0 µM LF humana - proteína nativa y recombinante moderadamente actúan como inhibidores a concentración de 3.1 µM

Inhibición de lactoferrina de CXCR4 y CCR5-usando virus Lactoferrina tiene cargas positivas y negativas a pH fisiológico Eso interfiere con la interacción virus-co-receptor Estos VIH-1 usados para infectar línea celular U87CD4 que fueron transfectadas con CXCR4/CCR5

bLF es 69% y 64% identica a hLF y mLF respectivamente Cont… bLF es un componente superior anti- VIH-1 comparado con LF humana y LF murina, en cualquier forma, nativa o recombinante bLF es 69% y 64% identica a hLF y mLF respectivamente Plasma bovino y proteínas de la leche están ampliamente disponibles Estas proteínas industriales son producidas a gran escala, a través de simples modificaciones químicas

Cont… Provee antivirales relativamente baratos para administración local o sistémica Uso sistémico de proteínas de la leche químicamente modificadas en el humano puede ocasionar mayor toxicidad y problemas de inmunogenicidad Excepto la suc-HAS & 3HP-LA que muestra bajo nivel de toxicidad e inmunogenicidad

Propiedades antivirales de otras proteínas de la leche Lactadhesina Glicoproteina Inmunoglobulina (Ig)

Lactoadhesina : Receptor que se une a virus Ácido siálico juega un papel importante en su acción antiviral Lactoadhesina humana protege a los lactantes alimentados al seno contra infección sintomática por rotavirus

Glicoproteína: Fracción de alto peso molecular de la leche de bovinos Efectiva contra rotavirus humano in vitro Inmunoglobulina láctea: Hiperinmunizada con rotavirus humano durante la gestación de vacas. 100 veces- leche humana 10 veces – IG comercial

Péptidos antivirales derivados de las proteínas de la leche Lactoferricina GMP Complejo mucina

Efecto antiviral de péptidos Virus Péptido Comentarios/modo de acción propuesto HSV-1 y 2 LFcina Un efecto in vitro; más débil que LF: produce un efecto sinérgico con acyclovir HCMV, FCV, Adenovirus Un efecto in vitro; más débil que LF

Virus (Cubierto) Péptido Comentarios Virus Epstein–Barr GMP Previene cambios morfológicos en linfocitos de sangre periférica Virus (No cubierto) Rotavirus Complejo mucina; leche humana Inhibe replicación de rotavirus in vitro y previene gastroenteritis in vivo

Fomento de actividad antiviral por modificación química Modificaciones químicas dan lugar a cambios en las cargas sobre las proteínas de la leche lo cual puede fomentar sus propiedades antivirales (Swart, Harmsen, et al., 1999; Waarts et al., 2005) Dos principales formas: Acilación para aumentar cargas negativas Aminación para aumentar cargas positivas

Cont… Succinilación y aconitilación de LF tienen efectos más fuertes anti- VIH-1 (2-4 veces más activos que la LF original) (Swart, Harmsen, et al.,1999) Algunas otras proteínas - b-Lg, a-La y HSA, también han incrementado el efecto contra VIH-1 y VIH-2 (Jiang, Lin, Strick, Li, & Neurath, 1996) Cargas negativas adicionales fueron introducidas a través de modificaciones de residuos de lisina.

Cont… b-Lg modificada con ácido 3- hydroxyphthaloyl (3HP) interfirió con la infección por HIV-1, HSV-1 y 2, y HCMV (Berkhout et al., 2002; Swart, Kuipers, et al., 1996) También se encontró que 3HP-a-La y 3HP-as2-caseína fueron también efectivos contra HIV-1

Aumento de carga positiva neta sobre LF Cont… 3-HP-b-Lg podría ser un agente eficaz para prevenir transmisión vaginal de infecciones por el virus herpes virus. Aumento de carga positiva neta sobre LF Aminación deroga su efecto anti-VIH pero incrementa el efecto anti-HCMV Acilación inhibe propiedades anti-HCMV de LF pero es efectiva contra el virus de la influenza.

Conclusión Proteínas de la leche mejoran la salud de pacientes afectyados por infecciones virales. LF bovina mostró considerable acción inhibitoria contra la mayoría de los virus. Resultados de investigación emprendidas a la fecha, primariamente bajo condiciones in vitro. En años recientes, efectos in vivo han sido reportados en modelos de ratones y ratas.

Cont… A corto plazo, para prevención y terapia de infecciones virales en animales y humanos. Beneficios de algunas de las modificaciones químicas observadas in vitro podrían explorarse. Para aplicaciones específicas en atención en salud de humanos y animales.