Что такое онкогенные ретровирусы

Обновлено: 19.04.2024

РЕТРОВИРУСЫ (Retroviridae) - семейство вирусов, объединяющим признаком для к-рых служит наличие в структуре вирионов ревертазы (обратной транскриптазы) — фермента, синтезирующего ДНК на матрице РНК вируса.

Впервые Р. были описаны в 1908 г. Эллерманном и Бангом (V. Ellermann, О. Bang), изучавшими возбудителей эритро- и миелобластозов птиц. Позже Ф. Раус (1911) описал вирус саркомы кур, получивший название вирус саркомы Рауса. По классификации 1970 г. эти и другие сходные вирусы были объединены в род лейковирусов (Leukovirus; греч. leukos белый, т. е. вирусы, обусловливающие злокачественное белокровие, лейкозы). В 1975 г. эти вирусы были включены в классификацию вирусов как онкорнавирусы [греч. oncos опухоль + RNA (англ. ribonucleic acid) — опухолевые РНК-содержащие вирусы]. Однако эти названия долго не просуществовали, поскольку, с одной стороны, в группу этих вирусов входили вирусы, не только обусловливающие лейкозы, но и приводящие к развитию сарком и опухолей молочной железы, а с другой — в эту группу были включены вирусы, не обладащие онкогенными свойствами, но содержащие ревертазу. Наличие ревертазы, обеспечивающей характерный для таких вирусов обратный (лат. retro назад) поток информации (от РНК к ДНК), и послужило основанием для образования названия этого семейства — Retrоviridae, включающего подсемейства онковирусов, спумавирусов и лентивирусов (табл.).

Наиболее изученными являются вирусы подсемейства онковирусов (Oncovirinae). Им присуща круглая форма, диаметр не превышает 100 нм, а плавучая плотность составляет 1,15—1,19 г/см 3 . Онковирусы содержат РНК, к-рая представлена двумя агрегированными идентичными 35 S-молекулами, состоящими примерно из 10 000 нуклеотидов, мол. вес (масса) каждой молекулы составляет ок. 3*10 6 дальтон, они соединены между собой водородными связями в области 5'-концов. Кроме этой высокомолекулярной РНК, обычно называемой 70 S-РНК, в составе вирионов выявляются также низкомолекулярные РНК (4—5 S), представляющие собой клеточные sPHK или гРНК. Все РНК структурно входят в состав нуклеоида (плавучая плотность 1,26—1,31 г/см 3 ), покрытого оболочкой. Это образование, получившее название сердцевины вириона (плавучая плотность 1,21 — 1,23 г/см 3 ), окружено внешней оболочкой, имеющей отростки и состоящей из внешней и внутренней мембран. Морфологические структуры у онковирусов имеют определенные родоспецифические различия (см. рис. к ст. Онкогенные вирусы). Так, у онковирусов С сердцевина крупная и расположена центрально, у онковирусов В и D сердцевина расположена эксцентрично; нуклеоид у онковирусов В круглый, а у онковирусов D — цилиндрический. Отростки у онковирусов В и С длинные, а у онковирусов D и подрода онковирусов С млекопитающих — короткие.

Помимо онковирусов А и С обычных размеров, описаны также их минимальные формы, размеры к-рых ок. 30—40 нм. Минимальные формы содержат все белки, присущие вирионам нормальных размеров, но значительно меньшие по размерам молекулы рибонуклеиновой кислоты.

Хим. состав онковирусов следующий: РНК — ок. 1—2%, белки (5—8 различных полипептидов) — 60—70%, липиды — 30—40% и углеводы — ок. 1—2%. Главный компонент оболочки — гликопротеид (500—1000 молекул в одном вирионе) с мол. массой 50—80 килодальтон; второй гликопротеид имеет мол. массу 22—45 килодальтон. Присутствуют также негликозилированные белки с мол. массой 15 и 12 килодальтон. В составе сердцевины выделяют главный внутренний белок (мол. масса 24—36 килодальтон) и дополнительные белки, среди к-рых ревертаза (10—20 молекул в вирио-не) и другие ферменты (ДНК-лигаза, ДНК-полимераза, экзо- и эндонуклеазы, РНК-метилаза и др.). Вирусы, относящиеся к одному виду, имеют идентичные (или близкие) главные внутренние белки, названные группоспецифическим антигеном (gs-антиген); подвиды, входящие в состав одного вида, отличаются по антигенным свойствам белков оболочки или отдельных дополнительных внутренних белков. Внутри подвида также могут существовать определенные варианты.

РНК онковирусов — носитель генетических свойств вириона. В ней различают гены, кодирующие синтез наружных белков (ген env), ревертазы (ген pol), внутренних белков (ген gag) и гены, ответственные за трансформацию инфицированных клеток (ген src). Утрата гена src не влияет на способность вирусов репродуцироваться в клетках, тогда, как утрата любого из трех других генов делает вирус дефектным, нуждающимся в вирусе-помощнике.

В лабораторных условиях онковирусы культивируют на животных, для к-рых они обладают онкогенной потенцией, и в клетках как первичных, так и перевиваемых клеточных культур. Цикл репродукции онковирусов в клетках состоит из двух фаз. Первая фаза начинается с адсорбции и проникновения вируса в клетку — процессов, не отличающихся от аналогичных процессов у любых вирусов (см.). Она завершается характерной для онкогенных вирусов (см.) интеграцией с клеточным геномом ДНК-провируса, т. е. ДНК, к-рая синтезировалась ревертазой; на матрице онковирусной РНК, В результате в геном одной зараженной клетки может встроиться от одной до пяти ДНК-провируса, Вторая фаза заключается в экспрессии интегрированной ДНК-провируса, к-рая, однако, не начинается, пока зараженные клетки не пройдут стадию митоза. В результате экспрессии ДНК-провируса образуются РНК онковирусов, затем белки вирусов и, наконец, онковирусы. Завершающим этапом в образовании онковирусов является выход их иа клетки, в процессе к-рого синтезировавшаяся сердцевина вируса связывается с внутренней поверхностью измененного участка плазматической мембраны клетки и по мере выхода из последней окружается этой мембраной.

Онковирусы не вызывают гибели клеток: инфицирование ими носит хронический характер. Репродукция онковирусов сопровождается антигенной конверсией клеток, поскольку на плазматической мембране клеток появляются неклеточные полипептиды — продукты генов env и gag. В случае наличия в геноме онковируса гена src в клетках синтезируется так наз. раковый белок, к-рый обусловливает трансформацию клетки в опухолевую (раковую).

Клетки могут получать геном онковирусов наследственным путем (вертикальный путь передачи). В этом случае все потомство особи, содержащей в своем геноме ДНК-прови-руса, также будет содержать в своей ДНК информацию для синтеза онковирусов. При этом не обязательно, чтобы в случае наследования клетками онковирусных геномов, происходила неизбежная реализация заключенной в них информации. Чтобы такая реализация имела место, необходимо воздействие на эти клетки определенных хим. соединений, известных под названием канцерогенов. Возможна, однако, и спонтанная индукция синтеза онковирусов.

Для выявления онковирусов в тканях (клетках) существует ряд взаимоподтверждающих друг друга методов. Широко применяются методы электронно-микроскопических исследований для обнаружения в клетках онковирусов, обладающих специфической структурой. Используются также методы физикохимические и биохимические (обнаружение вирусных частиц с характерной плавучей плотностью, содержащих 70 S— РНК и ревертазу), иммунологические (выявление в клетках специфических для онковирусов антигенов) и биологические (установление в опытах на животных или с клеточными культурами специфического биологического эффекта).

Онковирусы широко распространены у животных, причем для многих из них доказана роль этиологического фактора в возникновении опухолей (напр., вирус рака молочных желез мышей, вирус саркомы птиц и т. д.). Многими исследователями разделяется гипотеза Хюбнера и Тодаро (R. J. Huebner, G. J . Todaro), сформулированная в 1969 г., о том, что у человека (как и у животных) злокачественные опухоли могут возникать в результате активации унаследованных геномов ретровирусов. Однако у человека такие онковирусы не выявлены. Обнаружение в перевиваемых опухолевых клетках человека онковирусов, в частности подобных тем, что вызывали рак молочной железы у обезьян, большинство вирусологов считают лишь лабораторными вирусами-кон-таминантами. Одним из широко распространенных аргументов против этиологической роли онковирусов в патологии человека принято считать тот общеизвестный факт, что злокачественные опухоли человека не заразны.

Рис. 1. Электронограмма ультратонкого среза спумавирусов: 1 — вирусы внутри клетки; 2 — вирусы вне клетки; х 100 000.

Спумавирусы (Spumavirinae; англ. spume пена), или пенящие вирусы, синцитиальные, симпластообразующие вирусы,— подсемейство, объединяющее группу вирусов, к-рые при инфицировании эпителиоидных и фибробластных клеток обусловливают слияние этих клеток с образованием синцитиев, содержащих до 100 и более ядер, и появление в цитоплазме многочисленных вакуолей, что напоминает пену. Под электронным микроскопом спумавирусы (рис. 1) сходны с вирионами онковирусов А. Спумавирусы выделены от обезьян, кошек, хомяков, крупного рогатого скота и человека; вызывают персистентные бессимптомные инфекции у естественных хозяев и экспериментальных животных. Распространяются спумавирусы как респираторным путем (горизонтальный путь передачи), так и наследственным путем. Способность к опухолеобра-зованию или трансформации клеток, равно как и патогенность у этих вирусов, не установлены. Для инфекционного процесса, обусловленного спумавпрусами, свойственно медленное развитие: от момента инфицирования до выявления характерных специфических изменений в цитоплазме клеток проходит несколько недель. Внеклеточный вирус не обнаруживается; его распространение происходит непосредственно из клетки в клетку.

Лентивирусы (Lentivirinae; лат. lentus медленный) — подсемейство Р., объединяющее группу вирусов, характерной чертой к-рых является медленное развитие обусловленного ими инфекционного процесса (см. Медленные вирусные инфекции). Лентивирусы в естественных условиях выделяются только от овец. К ним относятся вирусы висна (рис. 2), мэди и прогрессирующей пневмонии овец. Морфологически они напоминают онковирусы С, размножаются в культурах клеток овец, вызывая симпластообразование. Имеются указания на способность вируса висна вызывать трансформацию клеток, однако опухоли эти вирусы не индуцируют. В антигенном отношении лентивирусы близки, что дает основание нек-рым исследователям рассматривать их как варианты одного и того же вируса.

Вирус мэди вызывает после длительного (2—3 года) инкубационного периода медленно прогрессирующую хроническую интерстициальную пневмонию, заканчивающуюся гибелью животных спустя год после появления признаков заболевания. При вскрытии павших овец у них обнаруживается лимфоцитарная диффузная периваскуляр-ная и перибронхиальная инфильтрация, диффузная пролиферация мезенхимы, увеличение перибронхи-альных, трахеобронхиальных и ме-диастинальных лимфатических узлов, отмечаются изменения ив ц. н. с. В эксперименте вирусом мэди удается инфицировать кроликов, морских свинок и мышей; помимо клеток овец, вирус мэди можно культивировать в клетках почек эмбрионов коров и надпочечников хомячков.

Вирус висна вызывает демиели-низирующее заболевание определенных пород овец, разводимых в Исландии. После инкубационного периода продолжительностью до 4 лет отмечаются симптомы поражения ц. н. с.: скованность, хромота, боковое отклонение головы, затем наступают парезы и параличи. Болезнь длится около месяца, все заболевшие овцы погибают. Патологоанатомические изменения характеризуются признаками диффузного энцефалита с демиелинизацией. При внутрилегочном инфицировании овец вирусом висна отмечаются те же изменения, что и при болезни мэди.

Прогрессирующая пневмония овец впервые была описана в Исландии, но затем наблюдалась во Франции, Голландии, Южной Африке. Инкубационный период может продолжаться до 3 лет. Симптомы заболевания сходны с наблюдавшимися при болезни мэди, однако патологоанатомическая картина несколько отлична от таковой при мэди. Через 3—12 мес. после появления первых симптомов заболевания наступает гибель животных в результате нарушения дыхания.

Таблица. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ СЕМЕЙСТВА РЕТРОВИРУСОВ (RETROVIRIDAE) ЖИВОТНЫХ

РНК-вирусы как причина развития рака - вирусный канцерогенез

Открытие вирусов, вызывающих злокачественные опухоли у животных, произошло еще на рубеже XIX и XX веков. В 1910 г. Пейтон Рауш обнаружил, что бесклеточный фильтрат из тканей птичьей саркомы может вызывать развитие аналогичной саркомы у цыплят. Примерно в это же время была доказана вирусная природа птичьего миелобластоза. Позднее было обнаружено, что часто проходит весьма значительный латентный период между инфицированием вирусом и развитием рака.

Тем не менее вплоть до 1960-х годов не существовало четких доказательств того, что инкорпорация вирусной ДНК в геном клетки является необходимым условием развития злокачественной трансформации, как не было и случаев выделения вирусной ДНК из раковых клеток.

РНК-содержащие вирусы вызывают развитие целого ряда различных опухолей у животных, при этом наиболее распространена индукция этими вирусами лимфом, лейкемий и сарком. Типичная структура таких вирусов - это две идентичные цепочки молекул РНК в сочетании с ферментом обратная транскриптаза, одетых в гликопротеиновую оболочку. При инфицировании вирусом его обратная транскриптаза заставляет клетки синтезировать ДНК, комплементарную вирусной РНК.

Эта ДНК затем встраивается в клеточные хромосомы, и на ее основе клетка уже сама начинает синтез новых вирусных белков, вирусных обратных транскриптаз и элементов гликопротеиновой оболочки. Из-за механизма их действия этот тип вирусов получил название ретровирусы. Все они имеют весьма схожий внешний вид на электронных микрофотографиях и являются самыми маленькими из известных вирусов.

Некоторые из ретровирусов (например, вирусы птичьего лейкоза, кошачьей и мышиной лейкемии) содержат в себе только три гена и обладают очень длительным инкубационным периодом с момента заражения до возникновения опухоли. Другие вирусы (например, вирус саркомы Рауса (ВСР)) вызывают очень быструю злокачественную трансформацию и могут быть выделены из культуры опухолевых клеток.

Показано, что вирус ВСР содержит особый ген (v-src), способный вызывать трансформацию фибробластов in vitro. Этот ген кодирует наработку протеинкиназы, которая фосфорилирует тирозин. К сожалению, действие этой протеинкиназы запускает целый каскад различных метаболических процессов, и очень сложно оценить, какой именно из них ведет к злокачественной трансформации.

В настоящее время известно, что и нормальные, и злокачественные клетки содержат в своем генотипе участки ДНК, сходные или идентичные ряду последовательностей онкогенных РНК-содержащих вирусов. Такие участки получили название клеточных прото-онкогенов (чтобы отличать их от вирусных онкогенов). Постулируется, что активация этих участков, возникающая в результате канцерогенного воздействия, запускает целую цепочку событий, ведущую в итоге к злокачественной трансформации клетки. Считается также, что ретровирусы инкорпорировали эти клеточные участки в свой геном в процессе эволюции.

В настоящее время мы лучше понимаем механизмы действия продуктов вирусной активации. Примером такого продукта является протеинкиназа, активируемая геном sre, а также целый ряд других вирус-индуцированных канцерогенов. Это и рецепторы к эпидермальному фактору роста, продуцируемые геном v-erb, и тромбоцитарный фактор роста (ТФР), кодируемый фрагментами гена v-sis, и целый ряд связывающихся с ядром клетки белков, продукцию которых вызывает вирус птичьей лейкемии.

Как нормальные, так и раковые клетки содержат в себе участки последовательностей ДНК, гомологичные РНК онкогенных вирусов. Если происходит экспрессия или активация под действием канцерогенов этих клеточных онкогенов, это ведет к злокачественной трансформации клеток.

Онкогенная и злокачественная трансформация.
На стадии А нормальная клетка, которая характеризуется низкой протоонкогенной активностью, продуцирует фактор роста (х) или белки дифференцировки или рецепторы (у).
Канцерогены повышают активность протоонкогенов, что дает начало неопластической трансформации.
По другому механизму: при заражении ретровирусом происходит внедрение в ДНК клетки вирусных промоторов или онкогенов (Б), что также ведет к увеличению онкогенной активности и последующей злокачественной трансформации.

Первым ретровирусом, для которого была однозначно доказана связь со злокачественными новообразованиями, был вирус Т-клеточной лейкемии человека (ВТКЛ-1), выделенный из клеток хронической кожной Т-лимфомы. Этот вирус довольно широко распространен, может передаваться половым путем, через кровь, особенно в среде наркоманов, и от беременной женщины к плоду. Первоначально эндемический ареал циркуляции данного вируса был в основном представлен тропическими странами, однако в настоящее время в США серопозитивная реакция на вирус обнаруживается у каждого из 4000 человек населения. Кроме Т-клеточной лейкемии вирус вызывает тропический спастический паралич.

После 20 лет наблюдения за серопозитивными пациентами оценено, что риск развития последнего заболевания составляет около 5%. Один из вирусных генов, а именно tax-ген, вызывает увеличение продукции клеточного интерлейкина-2 (ИЛ-2) и его рецепторов, что является основным фактором, стимулирующим деление Т-клеток.

Ретровирусы могут вызывать опухолевые заболевания не напрямую, а опосредованно, как это было показано для вируса иммунодефицита человека (ВИЧ-1), вызывающего развитие СПИДа. Случаи развития рака у ВИЧ-инфицированных рассмотрены в одном из обзоров. Отмечается, что у ВИЧ-инфицированных наиболее часто развиваются три типа опухолей: мгновенная или высокозлокачественная В-клеточная лимфома; саркома Капоши (СК, которую вызывает другой вирус — герпесвирус ГСК, или герпесвирус 8); карцинома шейки матки.

До разработки эффективных методов терапии ВИЧ-инфицированных более 40% из них заболевали тем или иным видом рака. Тем не менее связь этого вируса с развитием онкологических заболеваний скорее всего косвенная и опосредована развитием общей хронической иммунодепрессии организма, которая и позволяет другим канцерогенным вирусам вызывать рак. В-клеточные лимфомы также характеризуются довольно сложным патогенезом. Хотя В-клетки не поражаются вирусом ВИЧ-1, они могут быть мишенью для других типов вирусов, например для вируса Эпштейна-Барра (ВЭБ). Рак шейки матки у женщин также развивается на основе вторичной вирусной инфекции — вируса папилломы человека (ВПЧ), на фоне общей иммунодепрессии, вызванной ВИЧ-1. По причине общего снижения иммунных реакций организма все эти опухоли развиваются особенно быстро и агрессивно.

Показано, что РНК-содержащий вирус гепатита С значительно увеличивает риск заболевания гепатоклеточной карциномой. У больных, инфицированных этим вирусом, риск развития раковой опухоли возрастает в 100 раз, но механизмы его канцерогенного действия в настоящее время почти не изучены. Если больной заражен еще и вирусом гепатита В, риск развития рака печени возрастает многократно. На земном шаре одним или обоими из этих вирусов заражено около миллиарда человек.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Онкогенные РНК-геномные вирусы. Онкогенные ретровирусы. Свойства онкогенных рнк-вирусов.

Онкогенные РНК-геномные вирусы представлены ретровирусами, включёнными в подсемейство онковирусов. Онкогенные ретровирусы широко распространены в природе: они найдены как у различных позвоночных (птиц, человека), так и у беспозвоночных и способны вызвать развитие опухолей у своего хозяина.

Их онкогенный потенциал обусловлен наличием обратной транскриптазы (РНК-зависимой ДНК-полимеразы), обеспечивающей образование из вирусной РНК ДНК-геномного провируса.

Первоначально под контролем обратной транскриптазы в цитоплазме клетки происходит превращение вирусного РНК-генома в неинтегрированную линейную ДНК. В ходе этого процесса происходит дупликация последовательностей РНК, после чего ДНК принимает кольцевую, замкнутую форму.

Затем вирусная ДНК интегрируется в клеточный геном. Встраивание определяет повторяющиеся LTR- [от англ. [ong terminal repeat, длинные концевые повторы] последовательности, имеющиеся на концах провируса.

За счёт инвертированных комплементарных повторов на концах LTR-последовательности проявляют свойства транспозонов и вставочных элементов. После интеграции в хромосомы клетки вирусная ДНК становится матрицей для синтеза вирусного РНК-генома и вирусной иРНК.

Вирус, захвативший клеточный протоонкоген, становится опс+-вирусом, и его легко обнаружить по трансформирующему эффекту на инфицированные клетки, которые начинают бурно размножаться.

Онкогенные ретровирусы вызывают развитие опухолей трёх групп: солидных опухолей (сарком и раков), острых лейкозов (лимфом, миелобластом) и хронического лимфоидного лейкоза.

На основании морфологических и антигенных различий онкогенные ретровирусы разделены на пять типов: А, В, С, D и Т-лимфотропные вирусы.

Наибольшее количество онкогенных вирусов относят к типу С (вызывают лимфоретикулярные новообразования). По своему онкогенному потенциалу все известные онкогенные ретровирусы разделяют на две разграниченные группы:

Высокоактивные опухолеродные вирусы, индуцирующие неопластические заболевания с коротким инкубационным периодом (например, вирус саркомы Рауса).

Вирусы с умеренной активностью, вызывающие развитие неоплазий после длительного латентного периода (например, HTLV).

За редким исключением все вирусы первой группы — двухкомпонентны и состоят из вируса-помощника и дефектного вируса, ответственного за патогенность (см. также главу 5h\B отличие от ДНК-содержащих вирусов, большинство ретровирусов относительно безвредно для клетки-хозяина. Для большинства ретровирусов характерна высокая специфичность по отношению к чувствительным клеткам, и лишь некоторые из них могут инфицировать клетки разных видов животных.

По характеру распространения среди хозяев выделяют экзогенные и эндогенные ретровирусы.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Лучшие виниры подробности на сайте.

Онкогены и протоонкогены как причины рака

• Онкогены способствуют росту и делению клеток
• Супрессоры опухолей подавляют рост и деление клеток
• В геноме клеток присутствует много протоонкогенов
• Опухолеродные вирусы несут онкогены
• В результате генетических изменений протоонкогены могут превратиться в мощные онкогены

Действие на клетку мутагена может вызвать повреждение генов, являющихся положительными или отрицательными регуляторами роста и пролиферации клеток. Для обеспечения хорошо сбалансированного функционирования контрольной системы обычно, в противоположных направлениях, действуют два типа регуляторных генов. Положительные регуляторы, которые обеспечивают нормальные процессы роста и деления клеток, называются протоонкогенами.

После мутации эти гены активируются, превращаясь в онкогены. Отрицательные регуляторы, которые обычно функционируют, ограничивая пролиферацию, называются супрессорами опухоли. Эти гены становятся участниками процесса канцерогенеза, когда они инактивируются за счет мутации, лишая клетку способности подавлять опухолевый рост.

Чтобы понять, каким образом исследования ретровирусов привели к открытию онкогенов, давайте совершим краткий экскурс в историю. Онкогены были открыты раньше, чем опухолевые супрессоры. Начало этих исследований восходит к работе Пейтона Рауса, который в 1910 г. описал вирус, выделенный из опухоли соединительной ткани (саркомы) крыла цыпленка, которого принес к нему в лабораторию на Лонг-Айленде местный фермер.

Когда Раус измельчил саркому и профильтровал тканевой экстракт, он обнаружил вещество, которое проходило через фильтр и при последующем введении здоровому цыпленку индуцировало у него развитие саркомы соединительной ткани. Раус повторил эксперимент, введя профильтрованный экстракт от второго цыпленка третьему, у которого вскоре также на месте инъекции развилась саркома. Поскольку агент, вызывающий образование опухоли, проходил через фильтр, то, по определению, он соответствовал вирусу, а не бактериям (которые, по размерам будучи гораздо крупнее, должны были задерживаться фильтром).

Гораздо позже выяснилось, что обнаруженный Раусом вирус, который стали называть вирусом саркомы Рауса (RSV), сильно отличается от большинства других вирусов, которые попадают в клетку, размножаются там и затем вызывают ее гибель с высвобождением вирусных частиц, инфицирующих соседние клетки. RSV, наоборот, сохранял жизнеспособность инфицированной клетки. Инфицированная клетка быстро приобретала многие черты, свойственные раковым, включая способность к росту в суспензии, измененяла форму и приобретала способность образовывать опухоль (т. е. превращалась в злокачественную); иными словами она становилась трансформированной.

Более того, когда инфицированные и трансформированные клетки росли и делились, у них в потомстве продолжали проявляться признаки рака. В этих клетках присутствовал геном RSV, благодаря чему у них поддерживался злокачественный рост. Фактически злокачественный рост становится наследуемым признаком, передающимся от клетки к потомству, и для проявления которого необходимо постоянное присутствие генома RSV.

Анализ RSV, проведенный в начале 1970-х гг., показал, что он представляет собой ретровирус, содержащий молекулу одноцепочечной РНК, небольшого размера. Было продемонстрировано, что за наступление всех канцерогенных изменений под действием RSV отвечает один ген, обозначенный src, который поэтому стал считаться онкогеном. Для ряда исследователей оказались крайне неожиданными далеко идущие последствия деятельности этого гена, поскольку они свидетельствовали о том, что ген может проявлять плейотропное действие, т. е. способен одновременно индуцировать в клетке множество изменений. Такой спектр изменений позволяет клеткам, трансформированным под действием RSV, размножаться в тканях цыпленка, что в конце концов приводит к развитию крупной опухоли.

К своему удивлению, в 1975 г. исследователи обнаружили, что в здоровых клетках также присутствует обычный вариант гена src, который, очевидно, играет существенную роль в развитии здоровых клеток и организма. Такая обычная версия вируса была названа протоонкоген, поскольку она могла служить предшественником онкогена, переносимого RSV.

Оказалось, что src ген стал частью генома RSV после того, как предок ретровируса, с отсутствующим собственным src геном, инфицировал клетку цыпленка, сделал копию клеточного src гена (иногда называемого c-src) и включил ее в свой геном. После приобретения src гена гибридный вирус превратил его в онкоген (v-src). После этого получившийся опухолевый вирус — теперь RSV — мог трансформировать инфицированные клетки, переводя их в опухолевые. На рисунке ниже показаны структуры белков v-Src и c-Src.

Было также показано, что ряд других онкогенных ретровирусов обладают приобретенными и измененными нормальными клеточными генами, подобно тому как это имеет место в случае RSV. Вирус птичьего миелобластоза захватил ген myc; вирус крысиной саркомы Харви несет H-ras, а вирус кошачьей саркомы несет онкоген fes. В каждом случае эти онкогены, связанные с вирусом, образовались из предсуществующего нормального клеточного протоонкогена.

Следовательно, в геноме животных содержится довольно много этих протоонкогенов, существование которых подтверждается наличием генома того или иного трансформирующего ретровируса.

Другая группа онковирусов вызывает трансформацию клеток по совершенно другому механизму. Для этих вирусов характерен геном, состоящий из двухцепочечной ДНК, и к ним относится вирус папилломы, вызывающий образование бородавок и рак кожи у кроликов, а также карциному шеи у человека. К этой же группе принадлежит вирус SV40 и полиомы, которые вызывают различные опухоли у грызунов, а также вирусы, имеющие отношение к вирусу герпеса, такие как вирус Эпштейна-Барра (EBV), который является причиной развития лимфом у африканского населения и карцином носоглотки в странах Юго-Восточной Азии. ДНК-содержащие онкогенные вирусы продуцируют белки, индуцирующие опухоли (онкобелки), которые не имеют ничего общего с обычными белками, регулирующими рост здоровых клеток.

Напротив, онкобелки связываются с ними и нарушают их функции. Например, SV40, аденовирус и вирус папилломы продуцируют белки, которые связываются и инактивируют белки-супрессоры опухоли. При этом они создают в клетке примерно такое же состояние, которое наблюдается, когда клетка теряет функцию генов-супрессоров опухолей при их инактивации в результате мутации. Рисунок ниже иллюстрирует, каким образом вирусные онкобелки связываются с клеточными белками.

Работы по онкогенным вирусам позволили сделать три вывода, которые способствовали нашему пониманию молекулярных основ происхождения опухолей. Во-первых, клеточный геном содержит многочисленные протоонкогены. Во-вторых, в результате генетических изменений, по крайней мере вызванных ретровирусами, эти протоонкогены способны превращаться в активированные онкогены. В-третьих, каждый из этих генов, превратившись в активированный онкоген, может оказывать плейотропное действие, формируя ряд особенностей раковых клеток.

Вместе с тем, исследования ДНК-содержащих онкогенных вирусов помогли понять молекулярные механизмы действия генов-супрессоров опухолей.

Сравнение первичных структур вирусного и клеточного белка Src показывает,
что они различаются несколькими аминокислотами.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Инфекция, вызванная онкогенными вирусами, является причиной 15,4% заболеваний раком по всей земле. Первый онкогенный вирус, который был идентифицирован — это куриный вирус саркомы Рауса в 1911 году. Десятилетиями позже были обнаружены серии других онкогенных вирусов, в том числе вирус папилломы Шопа (вирус папилломы кроличьего хвоста), вирус опухоли молочной железы мыши, аденовирус, вирус SV40 (обезьяний вирус sv40). Теория опосредованного вирусом онкогенеза в итоге была экспериментально продемонстрирована в 1976 году Гарольдом Вармусом и Майклом Бишопом путем превращения инфицированных клеток в опухолевые вирусом саркомы (ген v-src вызывает образование опухоли после захвата протоонкогена человеческой клетки в результате трансдукции).

Несмотря на то, что онкогенные вирусы нашли в исследованиях онкогенной активности животных клеток, они были не в состоянии преобразовать человеческие клетки. Теория вирусного онкогенеза в человеческой клетке оставалась спорной до 1965 года, когда вирус Эпштейн-Барр (EBV) был обнаружен в клетках лимфомы Беркитта. В ходе последующих исследований, в том числе выделении Т-лимфотропного вируса человека (HTLV) из клеток Т-клеточной лимфомы и выявлении роли папилломовирусов человека с высокой онкогенной активностью в развитии рака шейки матки, был определен путь для понятия человеческих онкогенных вирусов. Обнаружение связи между герпес-вирусом и саркомой Капоши (KSHV) и лимфомой и между полиомавирусом клеток Меркеля (MCV) и карциномой клеток Меркеля (MCC) подчеркнуло возможность открытия еще большего количества онкогенных вирусов с помощью современных технологий. Далее каждый вирус будет рассмотрен отдельно.

Вирус Эпштейн-Барр

Вирус Эпштейн-Барр (ВЭБ, EBV) — ДНК-содержащий вирус, который преимущественно поражает B-лимфоциты, также является митогеном для них; вызывает лимфопролиферативные болезни (лимфома Беркитта, носоглоточная карцинома, NK-клеточная лейкемия, лимфома Ходжкина и т.д.), а также инфекционный мононуклеоз. Вирионы вируса были обнаружены при электронной микроскопии биоптата лимфомы Беркитта в начале 1964 года Энтони Эпштейном и Ивонной Барр.

Строение. ВЭБ имеет вирусный капсидный антиген (VCA), ядерные антигены-EBNAs 1, 2, 3, 3a, 3b, 3c; латентные мембранные протеины (LMPs) 1, 2 и две маленькие Эпштейна-Барр-кодируемые РНК (EBER) молекулы — EBER1 и EBER2. EBNAs и LMPs являются ДНК-связывающими белками, считающимися необходимыми для развития инфекции и фиксации.

Промотор репликации плазмидного вектора показан оранжевым. Короткие толстые зеленые стрелки представляют экзоны, кодирующие латентные белки: (EBNAs 1, 2, 3A, 3B and 3C, and EBNA‑LP, LMPs 1, 2A and 2B, BHRF1,BARF1). Короткие голубые стрелки сверху представляют наиболее транскрибириуемые полиаденилированные ВЭБ-кодируемые РНК (EBER1, EBER2). Средняя длинная зеленая линия представляет транскрипцию ВЭБ при 3-ем типе латентности, в которой белки EBNA транскрибированы с промотора Ср или Wp. Различные EBNA кодированы индивидуальными мРНК, которые сгенерированы различным сплайсингом одного и того же длинного первичного транскрипта. Внутренняя красная линия представляет транскрипт EBNA1, который берет начало от промотора Qp при 1 и 2 типе латентности.

необходим для трансформации В-лимфоцитов;
функционирует как конститутивный активатор рецептора ФНО и имеет сходство с CD-40 рецептором;
активирует сигнальные пути, которые делают вклад в онкогенный эффект.

В зависимости от набора экспрессируемых вирусных генов в пораженных клетках выделяют три типа латентности (I, II и III тип), характерные для различных видов лимфом: I тип подразумевает избирательную экспрессию EBNA-1 при ВЭБ-положительной лимфоме Беркитта; II тип заключается в экспрессии EBNA-1, LMP-1 и LMP-2 и является отличительным признаком ВЭБ-положительной ходжкинской лимфомы, периферических T/NK-клеточных лимфом; латентность III типа, характеризуемая экспрессией всего набора из девяти латентных белков ВЭБ, наблюдается при лимфопролиферативных поражениях, возникающих у пациентов с тяжелым иммунодефицитом (после трансплантации паренхиматозных органов или стволовых клеток, ВИЧ-инфекции). Тип латентности определяет восприимчивость инфицированных клеток к различным иммунотерапевтическим тактикам. Индуцированные ВЭБ злокачественные новообразования связаны с экспрессией латентных генов. У большинства иммунокомпетентных носителей ВЭБ вирус не индуцирует опухолевый процесс. Новообразования развиваются при комплексном взаимодействии ВЭБ, иммуногенетических факторов, факторов внешней среды (паразитарных инфекций — чаще, малярии, недоедании, потреблении пищи, содержащей канцерогены) и иммунодефицита (ВИЧ-инфекция, трансплантация).

Папилломавирусы человека

Описано около 200 папилломавирусов. Вирусы передаются при контактах через микротравмы кожи и слизистых оболочек, а также половым путем. Папилломавирусы человека вызывают доброкачественные кожные, генитальные, оральные и конъюнктивальные папилломы; индуцируют пролиферацию эпителия, обладают онкогенным потенциалом. С папилломавирусом, особенно ПВЧ-5 и ПВЧ-8, тесно связано развитие немеланомных разновидностей рака кожи. Различают низкоонкогенные папилломавирусы, вызывающие бородавки, которые не малигнизируются, и высокоонкогенные, способные вызвать рак шейки матки, — ПВЧ-16, 18, 31, 33, 35, 45, 51, 52, 58.

Строение. Капсид икосаэдрический, состоит из двух капсидных белков (L1-L2), формирующих 72 пентамера. Геном — двунитевая циркулярная ДНК; имеет в зависимости от вируса восемь ранних генов (E1-E8) и два поздних гена (L1-L2). Гены E6-E7 обладают онкогенной активностью.

Патогенез. В целом, для развития продуктивного поражения ВПЧ (высокого или низкого риска) требуется, чтобы вирус имел доступ к эпителию базального слоя как только эпителиальный барьер был подвержен риску. Папилломавирусы должны инфицировать делящуюся клетку, чтобы стать признанными как малое количество копий ядерной эписомы, и для развития стойкого поражения первичная инфицированная клетка, вероятно, должна быть похожа на долгоживующую эпителиальную стволовую клетку или похожую на нее. Кроме того, связанные с заживлением ран изменения в местном микроокружении, включая увеличение количества факторов роста, могут играть ключевую роль в создании резервуара инфекции в базальном слое. Способность ВПЧ инфицировать, и реплицироваться, и управлять прогрессированием рака зависит от функции вирусного белка, положении в эпителии, где эти белки экспрессируются. Как только инфицированные базальные клетки поделились и в конечном итоге вошли в парабазальный слой, они начинают проходить программу экспрессии генов, которая связана с дифференциацией. Амплификация вирусного генома обычно происходит в срединно-эпителиальных слоях, тогда как сбор и выход вируса происходит вблизи наружной поверхности эпителия.

Несмотря на то, что эффективная амплификация генома требует комбинированного действия множественных продуктов вирусного гена, включая E6, E7, E2 и кодированную вирусом геликазы E1, поддержание репликации в базальном слое эпителия может зависеть от факторов репликации клетки хозяина. Программа, зависящая от дифференциации, которая происходит в надбазальных слоях эпителиальной клетки, включает как временные изменения в активности промотора, так и изменения в шаблонах сплайсинга мРНК, которые облегчают производство различных продуктов вирусных генов на разных стадиях во время программы дифференциации. Функция вирусного белка далее регулируется посттрансляционной модификацией, включая фосфорилирование и протеолитическое деление клетки.

Герпесвирус, ассоциированный с саркомой Капоши

KSHV, или человеческий герпесвирус 8, был обнаружен в 1994 году как член семейства гамма-герпеса человека, присоединившись к ВЭБ. Инфекция иммунокомпрометированных индивидуумов с KSHV была связана с развитием саркомы Капоши, полученной из эндотелиальных клеток, и по меньшей мере двумя B-лимфоцит лимфопролиферативными заболеваниями: первичная выпотная лимфома и многоцентричная болезнь Кастлмана. Однако изучение патогенеза и онкогенеза KSHV затруднено отсутствием значимой модели животных и восприимчивой клеточной культуры.

Онкогенное действие. Две иммортализованные клеточные линии, KS Y-1 и SLK, когда-то использовались для исследований KS и KSHV, но в KS Y-1 были также обнаружены клетки линии рака мочевого пузыря T 24, что затруднило дальнейшую работу. Первичные эмбриональные метанефрические мезенхимальные клетки-предшественники почек крысы восприимчивы к инфекции и трансформации KSHV, но из них распространяются ограниченное количество инфекционных вирионов. Линии B-клеток, полученные из первичной выпотной лимфомы, обычно заражаются KSHV на латентной стадии и могут быть индуцированы для получения малого количества вирионов KSHV, но первичные B-лимфоциты из периферической крови или тонзиллярной ткани являются устойчивыми к инфекции KSHV, и для их инфицирования может потребоваться совместный рост с KSHV-позитивными клетками.

KSHV кодирует несколько важных белков, которые обладают некоторой онкогенной активностью для индуцирования пролиферации клеток, иммортализации, трансформации и передачи сигналов; производства цитокинов; иммунного контроля; антиапоптозной активности; и ангиогенеза. К ним относятся вирусные латентные белки, латентный ассоциированный ядерный антиген (LANA), vFLIP (FADD (Fas-ассоциированный белок с доменом смерти), подобный ферменту, ингибирующему синтез интерферона или ингибирующему белок каспазы 8 (FLICE)), vCyclin и вирусные литические белки G-белкового рецептора (vGPCR), интерферон-регуляторный фактор 1 (vIRF-1) и K1. Хотя истинную онкогенную природу каждого белка еще предстоит определить, накопление доказательств указывает на то, что каждый из них вносит свой вклад в онкогенез KSHV. Таким образом, полный спектр вызванной KSHV злокачественности может потребовать, чтобы несколько онкогенных продуктов работали вместе в присутствии клеток хозяев и экологических факторов. Например, как LANA, так и vIRF-1 нацелены на клеточный опухолевый супрессор p53. LANA также ингибирует pRB и PP2A.vCyclin, активатор CDK4 6,198, подавляет p27kip1, ингибитор CDK199 и вызывает реакцию на задержку старения G1, результаты от гиперактивации NF-κB. vFLIP и K1 активируют путь сигнала NF-κB для предотвращения апоптоза B-клеток. vGPCR и K1 влияют на сигнальные пути AKT и NF-κB и способствуют ангиопролиферативному и воспалительному поражению саркомой Капоши.

Т-лимфотропный вирус человека (HTLV)

T-лимфотропный вирус человека (HTLV) относится к семейству ретровирусов, является возбудителем T-клеточного лимфолейкоза взрослых. Вирус впервые был изолирован в 1980 году от больного Т-лимфомой.

Геном. Gag, Pol и Env являются вирусными структурными белками, другие — вирусными регуляторными/вспомогательными белками. За исключением гена hbz, который кодируется минус-цепью провирусного генома HTLV из 3'-LTR, все остальные гены кодируются плюсовой нитью по направлению 5'-LTR. Следует отметить, что 5'-LTR часто удаляется или метилируется по мере прогрессирования заболевания. Кроме того, на поздних стадиях лейкемиогенеза в гене tax часто возникают нонсенс- или миссенс-мутации. Хотя белок tax и ген HBZ индуцируют опухоли у трансгенных мышей, а p12 проявляет слабую онкогенную активность, ни один из вирусных белков/генов, кроме tax, не требуется для опосредованного HTLV-1 опухолеобразования. Продукт tax гена действует на терминальные повторы LTR, стимулируя синтез вирусной иРНК, а также образование рецепторов IL-2 на поверхности зараженной клетки.

Рисунок 3. Gag, Pol и Env вирусные регуляторные/вспомогательные белки HTLV

Рисунок 4. К леточные пути вирусного онкобелка tax

Патогенез. Проникновение HTLV-1 в клетку человека охарактеризовывает начало выживания и репликации вируса. HTLV-1 связывается с рецептором клеток, имеющих необходимый антиген, что инициирует процесс инвазии. Рецепторный комплекс состоит из транспортера глюкозы (GLUT1), гепаринсульфат протеогликана (HSPG) и рецептора VEGF-165 нейропилина-1 (NRP-1). HTLV-1 взаимодействует с HSPG. Процесс слияния происходит через комбинацию GLUT1 с HSPG/NRP-1, после чего ядро, содержащее вирусную РНК, доставляется в цитоплазму клеток-мишеней. После обратной транскрипции HTLV-1 встраивает свой геном в генома хозяина, чтобы сформировать провирус, окруженный двумя LTR на 5' и 3' концах. Затем провирус транскрибируется и кодирует структурные, регуляторные и вспомогательные белки. Впоследствии вирусные геномные РНК и Gag, Env и Gag-Pol белки переносятся в плазматическую мембрану, чтобы начать собираться в зрелую вирусную частицу.

Вирусы гепатита

Вирус гепатита В (HBV) и вирус гепатита С (HCV) представляют собой несвязанные вирусы, имеющие тропность к гепатоцитам и реплицирующиеся в них. Около 2 миллиардов человек инфицированы HBV, и более 350 миллионов человек становятся хроническими носителями. Только 5-10% взрослых, которые приобретают инфекцию, становятся хроническими носителями, у 30% развиваются прогрессирующие хронические заболевания печени: гепатит, фиброз, цирроз и, наконец, гепатоцеллюлярная карцинома (HCC).

Патогенез. HCC, индуцированная посредством HBV и HCV, развивается в области воспаления и регенерации, что является результатом хронического повреждения печени, а это в свою очередь указывает на то, что патогенез HCC иммунно-опосредован. Эти вирусы постоянно реплицируются в культуре клеток без явных повреждений и смерти клеток, подразумевая, что они являются не цитопатическими. Постоянная репликация вируса является фактором риска для образования HCC, потому что воспаление часто приводит к длительным хроническим заболеваниям печени CLD без выведения вируса. В этом контексте HBV и HCV генерируют белки, подавляющие иммунитет, который должен контролировать хронические инфекции. HBV- и HCV-кодированные белки изменяют экспрессию гена хозяина и клеточный фенотип, что является признаком рака. Эти изменения способствуют независимой от фактора роста пролиферации, сопротивлению к ингибированию роста, инвазии тканей и метастазированию, ангиогенезу, перепрограммированию энергетического метаболизма и устойчивости к апоптозу. Хроническое воспаление также способствует генетической нестабильности в клетках опухоли. Вклад HBV в развитие HCC включает в себя экспрессию гена гепатита Bx (HBx) и, возможно, усеченные пре-S или S-полипептиды карбоксимицина; основной белок и неструктурные (NS) белки NS3 и NS5A HCV способствуют онкогенной трансформации. Изменения в экспрессии гена хозяина, которые способствуют возникновению опухолевого генеза, также, похоже, поддерживают репликацию вируса и/или защиты вирусных гепатоцитов от иммунного опосредованного повреждения и разрушения.

Иммунитет играет важную роль в исходе острых инфекций. Быстрый, сильный и мультиспецифичный ответ против многих белков вирусов гепатита В (HBV) и гепатита C (HCV) приводит к острой инфекции, устраняемой клеткой-хозяином.

Источники

Oncogenes and RNA splicing of human tumor viruses. Masahiko Ajiro & Zhi-Ming Zheng.(September 2014)

Carcinogenic human papillomavirus infection. Mark Schiffman, John Doorbar, Nicolas Wentzensen, Silvia de Sanjosé, Carole Fakhry, Bradley J. Monk, Margaret A. Stanley & Silvia Franceschi.( December 2016)

Human T-cell lymphotropic virus type 1 and its oncogenesis Lan-lan ZHANG, Jing-yun WEI, Long WANG, Shi-le HUANG, Ji-Long CHEN.(2017)

Immunoblastic Lymphoma in Persons with AIDS-Associated Kaposi's Sarcoma: a Role for Kaposi's Sarcoma–Associated Herpesvirus. Eric A Engels M.D., Stefania Pittaluga M.D., Denise Whitby Ph.D., Charles Rabkin M.D., Yoshiyasu Aoki M.D., Elaine S Jaffe M.D. & James J Goedert M.D.(may 2003)

Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus ORF34 is essential for late gene expression and virus production. Mayu Nishimura, Tadashi Watanabe, Syota Yagi, Takahiro Yamanaka & Masahiro Fujimuro( march 2017)

Саркома Капоши: патогенез и основы терапии Н.С. Потекаев, Г.А. Паньшин, Н.П. Теплюк, Н.С. Арсентьев, Е.Ю.,Вертиева,Г.И. Махов, Е.С. Сизова, В.С. Пауков, М.Г. Карташова. (март 2013)

Human T-Cell Lymphotropic Virus: A Model of NF-κB-Associated Tumorigenesis. Zhaoxia Qu and Gutian Xiao(June 2011)

Immune responses and immunopathology in acute and chronic viral hepatitis. Eui-Cheol Shin, Pil Soo Sung & Su-Hyung Park(July 2016)

Pathogenic mechanisms in HBV and HCV-associated hepatocellular carcinoma. Alla Arzumanyan, Helena M. G. P. V. Reis and Mark A. Feitelson(February 2013) Epstein–Barr virus: more than 50 years old and still providing surprises. Lawrence S. Young, Lee Fah Yap & Paul G. Murray( September 2016)

Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. В.В. Зверев, А. С. Быков.

Читайте также: