Legame tra capside virale e patogenesi: cosa c’è di nuovo

L’infezione da HIV-1 ha inizio quando la glicoproteina dell’envelope virale si lega al recettore CD4 e ai co-recettori CCR5/CXCR4 espressi sulla membrana plasmatica delle cellule del sistema immunitario. Successivamente, la membrana virale si fonde con la membrana plasmatica della cellula bersaglio, causando il rilascio del capside (CA) virale nel citoplasma (1). Fino a poco tempo fa si riteneva che il CA proteggesse il genoma virale e prevenisse l’attivazione dell’immunità innata nelle prime fasi dell’infezione. Evidenze recenti invece suggeriscono il suo coinvolgimento in più aspetti del ciclo infettivo, in particolare nelle fasi di traslocazione del materiale genetico virale nel nucleo e nei passaggi che precedono l’integrazione (1).

Un ruolo multistadio

Infatti, per molti anni si è ritenuto che il capside di HIV-1 dovesse andare incontro a un rapido disassemblaggio (uncoating) immediatamente dopo l’ingresso nella cellula, al fine di consentire alla trascrittasi inversa (RT) di accedere ai deossinucleotidi trifosfato (dNTP) citoplasmatici necessari per la sintesi del DNA. Modelli più recenti indicano invece che possa rimanere strutturalmente integro durante il trasporto verso il nucleo, con uncoating variabile in fasi differenti del ciclo replicativo: precoce dopo la fusione, progressiva verso l’involucro nucleare, o tardivo in prossimità del nucleo, immediatamente prima dell’integrazione.

Secondo tali modelli, il CA potrebbe acquisire una permeabilità selettiva che consentirebbe l’ingresso dei dNTP, preservando al contempo l’associazione tra il genoma virale e gli enzimi del complesso di replicazione RT e l’integrasi. Ulteriori evidenze suggeriscono che specifici pori presenti nella struttura del capside possano facilitare il passaggio dei dNTP senza compromettere l’integrità del core virale (2).

Il ruolo del CA, nel ciclo replicativo fisiologico di HIV-1, è quindi quello di sviluppare un meccanismo di metastabilità altamente regolato. Un uncoating prematuro porta, infatti, alla degradazione del genoma virale, all’integrazione in regioni genomiche meno compatibili con la replicazione o, peggio, all’attivazione del sistema immunitario innato. Il CA ha quindi un ruolo nella sopravvivenza e replicazione di HIV molto più rilevante di quanto si pensava, motivo per cui si è puntato su molecole che ne alterano le funzioni più che la struttura. Ciò spiega anche la loro elevata efficacia, attive a concentrazioni picomolari, inferiori rispetto agli inibitori di RT e integrasi.

Diversi studi indicano che il CA regoli la metastabilità tramite l’interazione con cofattori dell’ospite (3). Sono stati identificati quattro siti del CA coinvolti nel legame con proteine cellulari (Tabella 1).

Il core del CA non è solo protettivo, ma può anche facilitare il trasporto nel nucleo interagendo con fattori dell’ospite e con il complesso del poro nucleare (NPC) (4,5). Queste interazioni dipendono in particolare dal legame con nucleoporine cellulari, come Nup35, Nup153 e POM121, che riconoscono il CA attraverso motivi fenilalanina-glicina (FG) e ne facilitano l’ingresso nel nucleo. Parallelamente, anche fattori cellulari solubili come CypA e CPSF6 si legano a siti specifici del CA. CypA al residuo P90 nel NTD e CPSF6 alla tasca centrata sul residuo N74 tra NTD-CTD.

Interazioni con l’ospite

Mutazioni in queste posizioni (P90A e N74D) compromettono tali interazioni, impedendo al virus di legare correttamente questi fattori. L’interazione precoce con CypA e CPSF6 sembra preparare il complesso virale per un corretto riconoscimento del NPC e per un ingresso nucleare efficiente. Quando queste interazioni vengono meno, il virus altera il proprio percorso verso il nucleo e le modalità di ingresso, con possibili conseguenze sull’efficienza dell’infezione (5). La complessità delle funzioni del CA spiega perché piccole mutazioni possano compromettere profondamente la replicazione virale. Questi elementi spiegano anche perché, una volta che il capside muta per sfuggire alla pressione farmacologica (resistenza), la gran parte delle mutazioni determina anche un profondo calo della fitness virale. Questo contribuisce al forte effetto antivirale di lenacapavir, che resta significativo anche in presenza di resistenze.

In aggiunta, evidenze emergenti suggeriscono un ruolo funzionale dell’interazione tra CA e fattori dell’ospite anche nelle fasi successive all’ingresso nel nucleo. Infatti, dopo che HIV-1 è entrato nel nucleo, il CA continua a interagire con fattori dell’ospite influenzando direttamente le fasi successive, in particolare l’integrazione del DNA virale nel genoma della cellula. Ad esempio, l’interazione CA-CPSF6 regola il targeting dell’integrazione di HIV-1 verso specifiche regioni del genoma dell’ospite chiamate speckles nucleari (NS) (6). Si tratta di compartimenti dinamici, ricchi di fattori coinvolti nel processamento dell’RNA e associati a cromatina trascrizionalmente attiva. Insieme ad altri cofattori come LEDGF/p75 (6), HIV-1 tende quindi localizzarsi in prossimità di queste regioni attive, dette SPADs (aree di cromatina associate agli speckles). Questo fenomeno molecolare è vantaggioso per HIV-1, poiché l’integrazione in regioni ricche di geni aumenta la probabilità di una trascrizione efficiente del provirus, e quindi una maggior probabilità di alta efficienza replicativa. Inoltre, studi recenti indicano che l’uncoating avviene in gran parte proprio negli speckles nucleari e che il legame con CPSF6 contribuisce a mantenere il CA stabile fino a questa fase (6). Quando tale interazione viene perturbata, ad esempio tramite farmaci che bersagliano il CA, il comportamento del virus cambia in modo significativo. Il complesso virale non riesce più a rimanere negli speckles e di conseguenza, il CA tende a disgregarsi in maniera meno controllata e in sedi non ottimali. Questo porta il virus a integrare il proprio DNA in regioni del genoma più periferiche e meno ricche di geni.

Inoltre, tra l’uncoating e l’integrazione sembra esistere una finestra temporale molto breve, il che implica che questi due eventi devono essere finemente coordinati.
Se il CA si apre nel contesto spaziale e temporale corretto, l’integrazione risulta efficiente; al contrario, se questo equilibrio viene alterato, l’intero processo diventa meno favorevole per il virus.

Inibire il CA e le sue funzioni

Infine, il CA coordina anche passaggi chiave durante le fasi tardive dell’infezione da HIV-1. Ad esempio, durante l’assemblaggio virale, il CA è coinvolto nella formazione di una struttura reticolare esamerica nel virione immaturo (7) e regola anche la formazione del capside maturo a forma conica nel virione durante la fase di maturazione (8).

Tutti questi elementi indicano con chiarezza che alterare il CA e le sue funzioni agisce in modo significativo, quasi drammatico, sulla replicazione virale, e spiega l’importanza clinica dei farmaci in grado di inibire il CA e le sue funzioni.

Negli ultimi decenni sono stati chiariti molti aspetti delle interazioni tra CA e ospite. Mutazioni nel CA possono alterare il legame con proteine cellulari e influenzare diversi fenotipi virali, rivelando siti di vulnerabilità sfruttabili a fini terapeutici. Tuttavia, la perdita di alcuni fattori dell’ospite (come CypA e CPSF6) può avere effetti limitati sulla fitness, pur modificando uncoating, ingresso nel nucleo e integrazione del genoma virale (Tabella 2) (9).

Gli inibitori del CA rappresentano una delle più recenti e promettenti innovazioni nella terapia e prevenzione dell’HIV. A differenza di molte altre classi di antiretrovirali, che agiscono su un singolo passaggio della replicazione virale, questi farmaci interferiscono in più momenti. Questo meccanismo multistadio suggerisce un potenziale ruolo nel limitare la formazione di nuovi reservoir virali, riducendo la diffusione dell’infezione a nuove cellule. Tuttavia, come per le altre terapie antiretrovirali, la soppressione della replicazione virale non comporta l’eliminazione del reservoir latente già presente, che persiste sotto forma di DNA provirale integrato nelle cellule dell’ospite. Pertanto, anche nel caso degli inibitori del capside, l’azione è sulla replicazione e non sulla presenza del virus, che rimane integrato nei reservoir indipendentemente dalla capacità di replicare.

Recentemente, il primo farmaco mirato al CA, lenacapavir (GS-6207), è stato approvato dalla Food and Drug Administration degli Stati Uniti per il trattamento di alcuni individui infetti da HIV-1 il cui carico virale non può essere controllato con altre opzioni terapeutiche antivirali (10). Sebbene l’applicazione clinica sia limitata, l’approvazione di GS-6207 rappresenta una pietra miliare importante per la terapia antivirale, al fine di un adeguato posizionamento di questa classe non solo nelle fasi avanzate, ma anche in quelle più precoci in cui, di principio, questi farmaci potrebbero avere un’efficacia particolarmente elevata.

Dualismo terapeutico

In sostanza, siamo quindi di fronte a un forte dualismo terapeutico. Da un lato, farmaci sempre più efficaci nel bloccare stabilmente la replicazione virale. Dall’altro, nessuno di questi farmaci modifica direttamente e in modo significativo la persistenza del reservoir latente, che rappresenta ancora una sfida significativa nella lotta contro l’HIV. Pertanto, aumenta la forbice tra la nostra capacità di bloccare il virus, impedendo la progressione di malattia, e la capacità del virus di rimanere nell’ospite, pronto a ripartire non appena la pressione farmacologica viene eliminata. Per questa ragione, a fronte del grande successo degli inibitori del CA, ulteriori ricerche devono essere messe in atto per portare a nuove strategie finalizzate al controllo del reservoir.

In conclusione, il CA gioca un ruolo cruciale in molteplici fasi del ciclo infettivo, dalla protezione del materiale genetico virale all’ingresso nel nucleo e all’integrazione nel genoma dell’ospite. Le sue interazioni con i cofattori dell’ospite sono fondamentali per la metastabilità del capside e per il corretto andamento dell’infezione. L’importanza del CA come obiettivo terapeutico è evidente, poiché gli inibitori del capside offrono un approccio innovativo che interferisce in diverse fasi della replicazione virale.

1. Toccafondi E, Lener D, Negroni M. HIV-1 Capsid Core: A Bullet to the Heart of the Target Cell. Front Microbiol. 2021;12:652486.
2. Li C, Burdick RC, Nagashima K, et al. HIV-1 cores retain their integrity until minutes before uncoating in the nucleus. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021;118(10):e2019467118.
3. Morling KL, ElGhazaly M, Milne RSB, Towers GJ. HIV capsids: orchestrators of innate immune evasion, pathogenesis and pandemicity. J Gen Virol. 2025;106(1):002057.
4. Dwivedi R, Prakash P, Kumbhar BV, et al. HIV-1 capsid and viral DNA integration. mBio. 2024;15(1):e0021222.
5. Xue G, Yu HJ, Buffone C, et al. The HIV-1 capsid core is an opportunistic nuclear import receptor. Nat Commun. 2023;14(1):3782.
6. Burdick RC, Patro SC, Bare E, et al. HIV-1 uncoating location dictates sites of integration. Nat Commun. 2026 Apr 9. Epub ahead of print.
7. Briggs JAG, Riches JD, Glass B, et al. Structure and assembly of immature HIV. Proc Natl Acad Sci U S A 2009;106:11090-11095.
8. Mattei S, Glass B, Hagen WJH, et al. The structure and flexibility of conical HIV-1 capsids determined within intact virions. Science 2016;354:1434–1437.
9. Saito A, Yamashita M. HIV-1 capsid variability: viral exploitation and evasion of capsid-binding molecules. Retrovirology. 2021;18(1):32.
10. Bester SM, Adu-Ampratwum D, Annamalai AS, et al. Structural and mechanistic bases of viral resistance to HIV-1 capsid inhibitor lenacapavir. mBio. 2022;13:e0180422.