Свойства опухолеродных ДНК-содержащих вирусов

Семейство: Вирус	Способность трансформировать культуру клеток	Способность индуцировать опухоли у лабораторных животных	Способность вызывать рак
Полиомавирусы: Ру мыши SV40 обезьян BKV человека JCV человека	+ + + +	+ + + +	- - - -
Папиломавирусы: Животных Птиц Человека	+ + +	+ + +	- - Рак шейки матки
Аденовирусы: Животных Человека	+ (все) +	+ (С-Е) +	+ -
Герпесвирусы: Вирус простого герпеса Цитомегаловирус Вирус Эпштейна-Барр	+ + +	- - +	- - Лимфома Бёркетта, рак носоглотки
Гепаднавирусы: Грызунов, птиц Крупного рогатого скота Человека (HBV)	- - -	- - -	+ - Гепатоцеллюлярная карцинома

Онкогенность ДНК-содержащих вирусов обусловлена наличием у них так называемых трансформирующих генов, кодирующих трансформирующие антигены (Т-АГ), которые выполняют те же функции, что и продукты онкогенов ретровирусов и онкогенов раковых клеток.

Этих функций две:

1. Создание условий неограниченного роста — обозначается термином иммортализация. Функция реализуется в ядре клетки и обеспечивается генами, кодирующими большой Т-АГ полиомавирусов, E1A-АГ аденовирусов и онкогеном myc. Продукты этих генов влияют на механизм программируемой клеточной гибели — апоптоз, сдвигая регуляторные процессы в сторону неограниченной пролиферации клеток.

2. Создание условий для появления фенотипических признаков полной трансформации — изменение морфологии клетки и формирование опухоли. Эта функция закодирована в среднем Т-АГ полиомавирусов, Е1В-АГ аденовирусов и семействе онкогенов ras.

Клетки, трансформированные onc-содержащим и ДНК-геномными вирусами, приобретают целый ряд новых биологических свойств, что обусловлено активацией или репрессией специфических клеточных генов в результате действия Т-АГ. Происхождение Т-АГ не определено. Т-гены не гибридизуются с клеточной ДНК, в то время как онкогены ретровирусов, по всей вероятности, произошли от клеточных генов. В то же время, недавно установлено, что Т-гены аденовирусов (Е1А) структурно родственны онкогенам ретровирусов myc и myb, а онкогены v-myc (вирусный онкоген) и c-myc (клеточный онкоген) содержат целые участки, гомологичные участкам генома цитомегаловируса.

Аденовирусы (Adenoviridae)

Семейство включает крупные, с характерной морфологией ядерные вирусы, поражающие позвоночных (млекопитающих и птиц).

Вирионы безоболочечные, с икосаэдрическим типом симметрии капсида (Т = 25) размером 60-90 нм, организованного по принципу ансамблей. В состав вириона входит 11 полипептидов. Капсид состоит из 252 капсомеров — 240 гексонов и 12 пентонов. Гексоновый капсомер — это тример, состоящий из трех молекул белка II. Пентоны расположены на вершинах икосаэдра и состоят из основания пентона (5 молекул белка III) и фимбрии (3 молекулы белка IV). Длина фибрилл различается у аденовирусов разных серотипов. В ряде случаев один вирион может содержать фибриллы разной длины, например 8,5 нм и 47 нм. Кроме этого в состав капсида входит еще пять минорных белков (VI, VIII, IX, IIIa,1Va).

Геном — линейная днДНК размером до 36 т.п.н., ассоциирована с щелочным белком VII и небольшим полипептидом µ, образует шесть петель нуклеопротеина. Эти петли упакованы в ДНК-белковый комплекс белком V, который на вершинах икосаэдра ассоциирован с капсидным белком VI. Геномная ДНК на 5'-концах каждой цепи содержит терминальный белок 55 кД, ковалентно связанный с инвертированными концевыми повторами, длиной 100-140 п.н., в зависимости от серотипа вируса.

Аденовирусы инфицируют клетки высокодифференцированных тканей — скелетных мышц, легких, головного мозга, сердца, желудочно-кишечного тракта. Местом первичной репликации вируса являются эпителиальные клетки бронхов. Вирус адсорбируется на клеточной поверхности за счет взаимодействия фимбрий с клеточными рецепторами, входящими в суперсемейство иммуноглобулинов. После этого во взаимодействие вовлекается RGD-мотив пентонового основания, который взаимодействует с клеточными интегринами. Вирус проникает в клетки путем рецепторного эндоцитоза, который осуществляется с участием цитоскелета — актиновых филаментов, динеина и микротрубочек. В эндосоме капсид вириона частично разрушается вирусной протеиназой. В ядро проникает только ДНК вируса, которая инициирует первичную транскрипцию.

Транскрипция протекает в две стадии: ранняя транскрипция осуществляется до репликации ДНК, поздняя — после. На ранних этапах транскрибируются четыре так называемых кассетных гена — Е1, Е2, ЕЗ и Е4. Их продукты, в свою очередь, стимулируют репликацию вирусной ДНК, выключают синтез клеток хозяина и активируют 5 других кассетных генов L1-L5, кодирующих структурные белки.

Процессинг первичных аденовирусных транскриптов протекает по механизму альтернативного сплайсинга. Предполагается, что в процессе сплайсинга принимают участие особые вирус-ассоциированные (VA) РНК, которые представляют собой небольшие нетранслируемые РНК, синтезируемые РНК-полимеразой III. Необходимо отметить, что наличие сплайсинга у аденовирусов сделало эти вирусы моделью для изучения ряда общебиологических процессов в клетках эукариот.

Репликация ДНК аденовирусов идет с использованием белок-нуклеотидной затравки по полу консервативному механизму без образования репликативных вилок путем вытеснения цепи. Цепи ДНК аденовирусов могут образовывать кольца за счет взаимодействия геномных белков или инвертированных повторов. В связи с этим, среди специалистов обсуждается возможность реализации модифицированной модели катящегося кольца.

Сборка вирусных частиц происходит в ядре, однако этот сложный многоступенчатый процесс начинается в цитоплазме со сборки капсомеров с участием так называемого «белка подложки». В ядре, в первую очередь, происходит самосборка пустых капсидов из капсомеров гексона, которая идет через образование наномеров. Следующим этапом сборки является стадия «легкого капсида», в состав которого включены белки сердцевины.

Голая ДНК, имеющая на левом конце богатый тимином упаковочный сигнал, входит в капсид через одну из открытых вершин — стадия «молодого вириона». На этой стадии в составе вириона обнаруживаются также белки пентона. На последней стадии морфогенеза происходит протеолитическое расщепление всех предшественников. Часть белков деградирует, при этом частицы уплотняются и становятся недоступными для нуклеаз. Из ядра вирионы выходят в результате серьезных изменений в проницаемости ядерной мембраны, а из клетки — путем дезинтеграции цитоплазматической мембраны.

Взаимодействие аденовирусов с клеткой может проявляться тремя типами инфекции: продуктивной, персистирующей и трансформирующей.

Стратегия выживания аденовирусов направлена на подавление апоптоза инфицированной клетки. Установлен целый ряд молекулярных взаимодействий, обеспечивающих вирусу преодоление механизмов клеточной защиты. Продукт ранней транскрипции гена Е1А влияет на уровень транскрипции клеточного фактора p53, который является опухолевым супрессором генов апоптоза. Продукт Е1В является аналогом клеточного протоонкогена Bcl-2 и регулирует клеточное деление. Один из продуктов группы генов ЕЗ (gp19K) взаимодействует с молекулами гистосовместимости первого класса, чем препятствует их доставке на поверхность клетки. В результате, инфицированная аденовирусом клетка не узнается цитотоксическими B-лимфоцитами. Еще один путь блокирования апоптоза заключается в том, что продукты генов E3 участвуют в удалении Fas(CD95) молекулы, опосредующей апоптоз, с клеточной поверхности и ее деградации. Аденовирусы также блокируют активность ферментов, участвующих в каталитическом расщеплении клеточных белков, которое происходит при апоптозе.

На основе генома аденовирусов созданы векторы, выражающиеся в клетках млекопитающих. Способность этих векторов экспрессироваться в гемопоэтических и эпителиальных клетках широкого круга хозяев, производить устойчивые интеграны, включающие большие (до 7,5 т.п.н.) последовательности, делают аденовирусные векторы перспективными в терапии инфекционных заболеваний. Аденовирусные векторы могут быть использованы: для введения генов, которые приведут к супрессии опухоли и ее элиминации (терапия рака); для доставки генов в ткани с целью исправления дефектных генов (генная терапия); для доставки генов, экспрессия которых будет препятствовать развитию болезни (добавочная терапия).

В семействе выделено два рода, представители которых не имеют антигенной общности. Однако, внутри каждого рода вирусы объединены родоспецифическим антигеном, детерминанты которого расположены внутри гексона.

1. Mastadenovirus — включает 53 серотипа (вида) аденовирусов животных (обезьяны, крупный рогатый скот, свиньи, овцы, лошади, козы мыши) и 51 серотип аденовирусов человека, Типоспецифические антигены ассоциированы с фибрами и с поверхностью гексонов.

Аденовирусы человека по гемагглютинирующим свойствам распределены на группы I-IV, по молекулярным характеристикам (электрофоретическому белковому профилю и рестриктному профилю ДНК) — на подгруппы от A до F. Аденовирусы человека могут трансформировать клетки крысы в культуре и вызывать опухоли у этих животных. Это свойство, впервые описанное в 1962 г., было использовано еще для одной классификации вирусов. По этому признаку выделяют:

— высокоонкогенные аденовирусы, которые индуцируют опухоли у новорожденных крыс в течение месяца;

— слабоонкогенные вирусы, которые индуцируют опухоли реже и только через длительный период времени;

— неонкогенные (подгруппы C-F), не трансформируют клетки крысы в культуре.

У человека аденовирусы вызывают острые респираторные заболевания, фарингоконъюнктивиты у детей, конъюнктивиты, инфекции дыхательных путей, гастроэнтериты, редко менингоэнцефалит и геморрагический цистит.

2. Aviadenovirus — включает 21 серотип вирусов птиц (кур, индеек, гусей, фазанов, уток). Аденовирусы этого рода реплицируются не только в организме птиц. Известны случаи трансформации клеток млекопитающих. У птиц аденовирусы вызывают геморрагический энтерит, «мраморную» болезнь селезенки, водянку, отек и закупорку легких.

Биология и иммунологя рака   Раковые клетки имеют ряд особенностей, среди которых можно выделить следующие: — безудержный, неуправляемый пролиферативный рост. Раковые клетки отличаются абсолютной автономностью; — раковые клетки внедряются в другие ткани, метастазируют из основного очага, проникая через стенку кровеносных и лимфатических сосудов. Раковые клетки, отделившиеся от опухоли и попавшие в лимфу, задерживаются в лимфоузлах. В результате происходит увеличение лимфатических узлов — раковая лимфаденопатия. То есть, метастазирование бластомы (опухоли) осуществляется через кровеносные и лимфатические сосуды; — канцерогенез рассматривается как перерождение генетической программы клетки, то есть трансформация. Опухоль — это клон трансформированных клеток. Две основные теории канцерогенеза гласят, что, во-первых, трансформация обусловлена соматическими мутациями соответствующих клеток. Во-вторых, возможна избирательная активация латентных, запрещенных генов и клонов клеток. Все это приводит к бесконтрольной пролиферации. От первых трансформированных клеток до возможного диагностирования очага проходит в среднем 5 лет. После 30 удвоений в опухоли скапливается до 1 млрд. клеток и весит она 1 г. Но новообразования обнаруживаются, когда количество опухолевых клеток достигает 100 млрд. и опухоль весит 10-100 г. Предложивший вирусогенетическую теорию происхождения опухолей выдающийся советский микробиолог, вирусолог, иммунолог Лев Зильбер посвятил экспериментальной онкологии многие годы жизни. Его целью было создание противоопухолевой вакцины. Большим вкладом в науку явилась его монография «Учение о вирусах». Основная идея вирусогенетической теории происхождения опухолей заключается в том, что при определенных условиях нуклеиновая кислота вируса может интегрировать в геном клетки. При этом возникает трансформация. Пусковым механизмом в этом процессе может быть действие физических и химических канцерогенов. Именно поэтому охрана и защита окружающей среды рассматриваются как профилактика рака. Как указано в предыдущем разделе, некоторые РНК- и ДНК-содержащие вирусы онкогенны, могут трансформировать инфицированные ими клетки и тем самым индуцировать образование опухоли. Понимание онкогенных вирусов перекрывается с признанием существования многочисленных протоонкогенов. Протоонкогены, как правило, первично можно рассматривать как физиологические гены. В ряде случаев они подвергаются нормальному транскрибированию и синтезу соответствующего продукта, например, факторов роста некоторых клеток и тканей. Таким образом, утрата нормальной регуляции экспрессии протоонкогенов превращает их в онкогены. Возможны разные механизмы трансформации — пространственное перемещение протоонкогенов в процессе хромосомных перестроек транслокации генов. Например, доказана возможность транслокации участков хромосомы 8, содержащей протоонкоген c-myc и участка 18 — в хромосому 14. Эти перестройки являются основой для развития различных вариантов B-клеточных лимфом и других опухолей. Например, лимфома Бёркетта вызывается вирусом Эпштейна-Барр, который относительно часто присутствует в организме в латентном состоянии или может вызвать инфекционный мононуклеоз. Вирусы являются причиной развития некоторых T-клеточных острых лейкозов взрослых. Примером является вирус HTLV-I, который по ряду свойств сходен с ВИЧ-1. Отличием является то, что HTLV-I вызывает трансформацию и пролиферацию T-лимфоцитов, а не разрушение клеток, как ВИЧ-1. При многих лимфомах происходит комплексное воздействие на организм и вируса и дополнительного эндемического фактора, что связано с генетикой популяций, этносов и биогеохимическими экологическими нишами. Например, эндемической нишей для T-клеточного острого лейкоза взрослых являются Южные Японские острова. Следует подчеркнуть, что злокачественные заболевания закономерно возникают на фоне иммунодефицита. Различные вторичные иммунодефициты являются основополагающим фоном возникновения рака. Патологическая пролиферация клеток, которая начинается с одной единственной трансформированной клетки, возникает в результате вторжения онковирусов, генной трансформации, превращения протоонкогенов в онкогены. Исключительное значение придается и действию различных химических и физических мутагенов. В пролиферативные процессы могут вовлекаться принципиально различные клетки. Малигнизации потенциально могут быть подвержены все клетки организма. Основой процесса является ослабление эффективности иммунной защиты. При этом преобладают супрессорные влияния. То есть, при всех злокачественных заболеваниях возникает тотальный иммунодефицит. Рак развивается на фоне иммунодефицитов различного происхождения и приводит к дальнейшей супрессии иммунной системы. В этом заключается порочный круг развития болезни. Современное направление иммунологической онкологии рассматривает, прежде всего, клеточный иммунитет как основу противобластоматозной защиты. В реализации клеточного иммунитета принимают участие, в первую очередь, цитотоксические T-лимфоциты и натуральные киллеры (NK-клетки). Иммунодефицит с селективным или преимущественным дефектом NK-клеток проявляется высокой чувствительностью не только к раковым процессам, но и к вирусным инфекциям, например, к развитию диссеминированной герпетической инфекции. Итак, состояние иммунной системы во многом определяет возможность развития опухолей. Конкретных причин и механизмов несколько: снижение клеточного иммунитета; нарушение синтеза интерферона и цитокинов, а также других факторов, например растворимых рецепторов цитокинов. Следует подчеркнуть, что онкогенные антигены, которые представлены на поверхности раковой клетки, являются слабыми и распознавание их затруднено. Ученик Зильбера, известный профессор Г.И. Абелев, сформулировал ряд общих принципов, которые имеют первостепенное значение для понимания антигенной структуры опухолей, возможностей их иммунодиагностики и иммунотерапии, в том числе и с помощью моноклональных антител. Эти принципы следующие: — возникновение опухоли из одной единственной клетки (моноклональность); — происхождение опухолей в ряде случаев из клеток-предшественников, что создает наибольшую злокачественность; — наличие в опухолях вирусного происхождения полипептидов, кодируемых вирусным геномом. Возникновение опухолевой ткани из клеток-предшественников ведет к появлению в них особых эмбриональных антигенов. Это альфа-фетопротеин при опухолях печени и яичка; раково-эмбриональный антиген при опухолях кишечника; «общий» антиген при острых B-клеточных лейкозах; трофобластический антиген при хориоэпителиомах и другие. Таким образом, при многих опухолях в клетке возникает возврат к эмбриональным путям белкового и углеводного обмена и, как следствие этого, появление в опухолевых клетках эмбриональных протеинов, используемых в иммунодиагностике в качестве онкомаркеров.

Nota bene! Обратите внимание!

К числу вирусов, ответственных за возникновение опухолей человека следует отнести вирусы прямого действия - вирусы папиллом, которые являются этиологическим фактором опухолей шейки матки и содержат собственные трансформирующие гены, два типа ДНК- содержащих вирусов – вирус гепатита В, ассоциированный с опухолями печени, и два герпес-вируса - Эпстайна-Барр, ассоциированные с раком носоглотки и лимфомой Беркитта, а на фоне иммунодефицитаобусловливает развитие лимфом, и вирус герпеса типа 8

, связанный с саркомой Капоши. Известно, что Т-лимфотропный вирус человека (HTLV) индуцирует Т-клеточный лейкоз у взрослых. Вирусы гепатита B (HBV) и вирусы гепатита С (HCV) способствуют развитию карциномы печени, они относится к числу вирусов непрямого действия, поскольку не содержит в своем составе онкогена, а онкогенный потенциал проявляет путем активации клеточных генов, участвующих в процессах пролиферации. Что касается обоих герпес-вирусов, то их структура настолько сложна, что все имеющиеся экспериментальные данные об онкогенном потенциале отдельных участков генома этих вирусов носят пока еще предварительный характер но выяснено, что герпесвирус, ассоциирован с саркомой Капоши (KSHV), - ретроперитональный фиброматоз. Идентифицирован также один РНК-содержащий ретровирус - вирус Т-клеточного лейкоза взрослых (HTLV I), который охарактеризован как этиологический фактор у больных со сравнительно редким и эндемичным видом лейкоза (Т-клеточный лейкоз взрослых - ATL), заболевание, распространенное главным образом в Японии и странах Карибского бассейна. В отличие от онкогенных ретровирусов животных, Т-лимфотропный вирус человека типа 1 в отличие от онкогенных ретровирусов животных, а его трансформирующие свойства связывают с белком Tax, а его трансформирующие свойства связывают с белком Tax способный активировать различные факторы, в том числе цитокины, стимулирующие клетки к активной пролиферации.

Фильм: http://vira-ss.narod.ru/video/cancer.avi