Онкогенные вирусы

Геном состоит из структурных и  регуляторных генов. Последовательность структурных генов от 5^,- конца к 3^,- концу следующая: gag-pol-env.

Gag кодирует синтез группоспецифических антигенов капсида, основными из которых являются белки капсида с p27-p30. Pol кодирует ревертазу. Env кодирует белки шипов оболочки.

Структурные гены с двух сторон ограничены длинными концевыми повторами, получившими название LTR (long terminal repeat, англ.), которые выполняют регуляторную функцию. В их состав входят сайты, связывающие затравку, которой является тРНК, и клеточные полимеразы. Кроме того, имеется ген-трансактиватор, являющийся усилителем транскрипции.

По краям LTR ограничены повторяющимися последовательностями, которые представляют участки узнавания в процессе интеграции провируса в геном клетки.

Культивирование вирусов. Не культивируются на куриных эмбрионах, культивируются в организме чувствительных животных, а также культурах клеток.

Репродукция вирусов. Онковирусы проникают в клетку путем эндоцитоза. После освобождения из вакуоли нуклеокапсида начинает функционировать ревертаза. Этот процесс включает 3 этапа:

• синтез ДНК, на матрице РНК, при использовании тРНК в качестве затравки;
• ферментативное расщепление матричной РНК;
• синтез комплементарной нити ДНК на матрице первой нити ДНК.

Все три этапа осуществляются ревертазой. Благодаря наличию на LTR инвертированных повторов, линейная двухцепочечная ДНК замыкается в кольцо и интегрирует в ДНК клетки.

Транскрипция участков хромосомы, соответствующих геному провируса, осуществляется с помощью клеточной РНК-полимеразы 2.

Существуют две большие  группы онковирусов: эндогенные и экзогенные.

Эндогенные онковирусы являются составными элементами генома всех органов и тканей организма человека и животных и передаются потомству от одного поколения другому, т. е. «вертикально», подобно обычным клеточным генам. Эндогенные онковирусы не являются онкогенными для представителей того вида животного, в клетках которого они находятся в виде постоянного генетического элемента.

Экзогенные онковирусы распространяются «горизонтально» от одной особи другой в форме вирионов.

Механизм  онкогенеза, вызываемого онковирусами, связан с функционированием оnс-генов, которые имеются в геноме всех клеток человека и животных. В нормальных здоровых тканях этот one-ген находится в неактивном состоянии, в так называемой форме про-онкогена. В настоящее время известно более двух десятков оnс-генов, функционирование которых приводит к трансформации клетки. Например, src-ген связан с развитием саркомы Рауса у кур, ras-ген опосредует развитие саркомы у крыс.

Включение в геном клетки ДНК-провируса может приводить к активации one-гена, результатом чего будет развитие трансформации клетки. Кроме того, в процессе исключения ДНК-провируса из хромосомы клетки опс-ген может встроиться в вирусный геном и в составе вирусного генома попасть в новые клетки в активном состоянии.

Последовательность одного и того же протоонкогена может определять трансформирующую активность онковирусов разных животных.

Активация протоонкогена может  быть результатом увеличения транскрипционной активности вследствие действия трансактиватора, расположенного на LTR генома провируса, а также результатом перестройки генетического материала, как следствие включения провируса в геном клетки.

Помимо онковирусов активацию  протоонкогена могут вызвать  мутагены, подвижные генетические элементы.

Онковирусы чувствительны к  эфиру, детергентам, формалину, инактивируются при температуре +56 "С. Устойчивы к УФ-лучам и низким температурам.

К семейству Retroviridae относится примерно 150 видов вирусов, вызывающих развитие опухолей у животных, и только 4 вида вызывают опухоли у человека: HTLV-1, HTLV-2, ВИЧ-1, ВИЧ-2.

Вирусы Т-клеточного лейкоза человека

К семейству Retroviridae роду Deltaretrovirus относятся вирусы, поражающие CD4 Т-лимфоциты, для которых доказана этиологическая роль в развитии опухолевого процесса у людей: HTLV-1 и HTLV-2

Вирус HTLV-1 {human T-lymphotropic virus) является возбудителем Т-клеточного лимфо-лейкоза взрослых. Вирус был изолирован в 1980 г. от больного Т-лимфомой. Он является экзогенным онковирусом, который, в отличие от других онковирусов, имеет два дополнительных структурных гена: tax и rex.

Продукт tax-гена действует на терминальные повторы LTR, стимулируя синтез вирусной иРНК, а также образование ИЛ-2 рецепторов на поверхности зараженной клетки.

Продукт rex-гена определяет очередность трансляции вирусных и РНК.

HTLV-2 был изолирован от больного волосисто-клеточным лейкозом. Отличается от HTLV-1 по группоспецифическим антигенам.

Оба вируса передаются половым, трансфузионным и трансплацентарным путями. Заболевания, вызываемые вирусами, характеризуются медленным развитием (инкубационный период — до 20 лет с момента заражения) и летальным исходом. Патогенез и течение инфекции напоминают таковые ВИЧ-инфекции, так как при обеих инфекциях поражается иммунная система. В крови у больных можно обнаружить антитела к вирусам. Заболевания встречаются среди представителей населения определенных географических регионов: в Сахаре, на Антильских островах, островах Юга Японии, а также в России (Восточная Сибирь, Дальний Восток). Эпидемиология Т-клеточных лейкозов изучена недостаточно. Специфическая профилактика и лечение не разработаны.

ДНК-содержащие онкогенные вирусы

Для многих ДНК-содержащих онкогенных вирусов механизмы вызываемого ими онкогенеза схожи. Это связано с тем, что большинство таких вирусов вызывают трансформацию непермиссивных клеток, т. е. тех клеток, в которых они не реплицируются с формированием нового поколения вирионов.

Существенным шагом  в осуществлении онкогенеза ДНК-содержащими вирусами является экспрессия так называемых «ранних» генов. Эти гены кодируют набор белков, называемых Т- (англ. tumor — опухоль) антигенами, большинство из которых локализуется в ядре, но некоторые — в клеточной мембране.

В механизм онкогенеза, вызываемого  ДНК-содержащими вирусами, также  вовлечены клеточные белки, являющиеся продуктами опухоль-супрессирующих генов: р53 и Rb.

Семейство Papillomaviridae включает в себя вирусы папилломы человека, кроликов, коров, собак. Вирусы папилломы человека вызывают продуктивную инфекцию только в дифференцированных клетках плоского эпителия. Размножающиеся клетки базального слоя не способны к поддержанию полного репродуктивного цикла.

Инфекционная природа бородавок человека впервые была описана в 1907г. Первое сообщение о связи между папилломатозными поражениями и раком было сделано в 1922 г. в отношении редкого наследственного заболевания — эпидермодисплазии веруциформис. Роль папилломавирусной инфекции в развитии этих поражений была определена много позже. В 1968 г. возникло подозрение, что РШМ связан с инфекцией вируса герпеса типа 2 (Herpesvirus simplex 2, HSV 2). Безуспешные попытки выделить HSV 2 из биопсий РШМ способствовали поиску других кандидатов на роль этиологических факторов РШМ среди агентов, эпидемиология которых предполагала половой путь передачи. Поэтому в 1972 г. началась экспериментальная работа по изучению возможного участия вирусов папиллом в развитии РШМ. Приняв во внимание некоторые сообщения о редких превращениях кондилом гениталий в злокачественные опухоли, наиболее вероятным кандидатом вирус, который предположительно присутствовал в кондиломах гениталий. В 1970-е гг. почти одновременно две группы исследователей установили множественность вирусов семейства HPV (сегодня охарактеризовано >100 типов). В 1980—1982 гг. были опубликованы работы по выделению и характеристике ДНК двух типов HPV из кондилом гениталий и папиллом гортани. Хотя эти ДНК не были найдены в новообразованиях шейки матки, при использовании этих проб для гибридизации в мягких условиях впервые удалось клонировать и охарактеризовать HPV типов 16 и 18 непосредственно из биопсий РШМ и предрака аногенитальной области.

Последующие исследования, проведенные в ряде лабораторий, выявили ДНК этих типов почти в 70% всех тестированных биопсий. В дополнение к этому позднее было обнаружено большое число других типов, что в результате привело к выявлению ДНК HPV практически во всех цервикальных биопсиях, подвергнутых тщательному анализу. Помимо встречающейся наиболее часто ДНК HPV 16 в аногенитальных раках и в 25% случаев рака ротовой полости и глотки были обнаружены ДНК HPV типов 18, 31 и 33.

Вирус лишен внешней оболочки. Капсид диаметром 50-55 нм имеет форму икосаэдра  и состоит из 72 капсомеров. Внутри капсида находится двухцепочечная кольцевидная ДНК, содержащая около 7900 пар оснований. Вирус не имеет внешней оболочки. Капсид вируса состоит из 72 капсомеров. Детальный анализ молекулы ДНК ВПЧ стал возможен после разработки методики расщепления ДНК с использованием эндонуклеаз и анализа этих фрагментов с помощью гель-электрофореза. Данный метод позволил определить характерные картины расщепления ДНК и создать физическую карту расположения точек расщепления в геноме различных папилломавирусов

Известные типы папилломавирусов человека сходны по своей генетической структуре. Генетический материал вируса представлен  кольцевой двухцепочечной молекулой  ДНК длиной около 8000 пар оснований, что соответствует массе около 5 млн Д. Одна из нитей ДНК содержит 9 открытых рамок считывания, которые потенциально кодируют до 10 протеинов, и регуляторный участок генома. Другая нить ДНК некодирующая. У всех папилломавирусов сходная организация генома. Он содержит раннюю область (Е), позднюю область (L) и длинную некодирующую последовательность, регулирующую транскрипцию (LCR).

МЕХАНИЗМЫ ЗЛОКАЧЕСТВЕННОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ КЛЕТОК, ИНФИЦИРОВАННЫХ HPV ВЫСОКОГО РИСКА

Некоторые инфекционные агенты действуют как непрямые канцерогены. Они либо индуцируют подавление иммунитета, что в результате приводит к активации других опухолеродных вирусов, либо предотвращают апоптоз и допускают последующую пролиферацию поврежденных клеток. HPV высокого риска являются типичными прямыми канцерогенными факторами. Два ранних вирусных гена Е6 и Е7 не только требуются для развития предрака шейки матки, но необходимы также для поддержания злокачественного фенотипа опухолевых клеток. Их молчание в клетках РШМ обычно приводит к апоптозу или иммортализации. Многоэтапная прогрессия РШМ, от начала инфицирования HPV до развития инвазивного рака, продолжается обычно 15—20 лет, причем каждый этап характеризуется усилением активности генов Е6/Е7 в инфицированных пролиферирующих клетках. Экспрессия Е6/Е7 наиболее выражена в раке in situ и инвазивном раке. Прогрессия сопровождается модификацией клеточных генов в путях передачи сигнала. Неспособность презентировать эпитопы вирусных антигенов на клеточной поверхности регулируется генами HLA I класса, которые, как считают, отвечают за персистенцию HPV инфекции в течение более двух лет почти у 10% инфицированных женщин (у остальных женщин в этот период происходит иммунологическое очищение от вируса). Два дополнительных мутационных события несомненно вносят вклад в дальнейшее развитие прогрессии. Одно состоит в изменении регуляции ингибиторов циклинзависимых киназ p16^INK4  и p14^ARF. Эти белки контролируют функционирование вирусных онкобелков в нормальных пролиферирующих клетках. Ингибирующее действие p16^INK4 на клеточную пролиферацию блокируется белком Е6. Это преодолевается функционированием Е7, который напрямую стимулирует циклины Е и А. Белок p14^ARF негативно влияет на Е7 через активацию р53. Это подавляется экспрессией Е6, что в результате ведет к деградации р53. Таким образом, оба вирусных онкогена взаимно дополняют друг друга. Потеря второго регуляторного каскада путем модификации специфических клеточных генов, как считают, соответствует клинической стадии развития легких поражений плоскоклеточного эпителия (low squamous intraepithelial lesions (LSIL)) и «иммортализованному» росту таких клеток в условиях культуры тканей (in vitro).

Третий транскрипционный контроль находится под воздействием паракринного механизма регуляции, который, очевидно, проявляется в результате секреции макрофагами специфических цитокинов, в первую очередь фактора некроза опухоли а. В HPV-инфицированных клетках, сохраняющих способность к пролиферации, этот механизм подавляет большинство вирусных транскриптов. На поздних стадиях прогрессии потеря этого контроля сопровождается высоким уровнем экспрессии вирусных онкобелков. Клинически это соответствует развитию тяжелых поражений плоскоклеточного эпителия (high squamous intraepithelial lesions (HSIL)), раку in situ и, вероятно, после дополнительных генетических изменений приводит к инвазивному раку с образованием метастазов. Схема этого типа прогрессии представлена на рис 1. Индивидуальные этапы прогрессии схематически отражены на рис. 2.

Два важнейших для понимания  функций Е6 и E7 результата были получены в 1989 и 1990 гг. Открытия Диссоном в 1989 г. взаимодействия Е7 с pRb и Вернесом и Шехтером в 1990 г. взаимодействия Е6 с р53 с деградацией последнего определили молекулярные подходы к изучению функции вирусных онкобелков и внесли вклад в понимание основ вирусного канцерогенеза. В обоих случаях это взаимодействие приводит к деградации соответствующих клеточных белков. Особые последствия для ряда внутриклеточных сигнальных путей обусловлены образованием комплекса между Е6 и Е6/Е3-убиквитинлигазой, которое приводит к инактивации теломеразы, деградации нескольких PDZ-белков, регулирующих внутриклеточные пути, и активации комплекса циклина D с cdk 4/6 (циклинзависимыми киназами 4/6). Последнему противодействует высокая индукция p16^INK4 как результат взаимодействия Е7 с pRb, сопровождаемого деградацией pRb. Некоторые дальнейшие взаимодействия вирусных онкобелков с компонентами клетки хозяина, описанные в последние годы, остаются за рамками этого обзора.

ВАКЦИНАЦИЯ ПРОТИВ HPV РАЗНЫХ ТИПОВ

Накопление данных об иммунологическом контроле за персистирующей инфекцией HPV высокого риска породило надежду на возможность предотвращения РШМ путем вакцинации. Интерес фармацевтических компаний к производству вакцины против HPV вырос только после того, как были опубликованы эпидемиологические данные, подтверждающие экспериментальные доказательства.

Доступные сегодня вакцины созданы  на основе вирусоподобных частиц, которые были получены путем встраивания открытых рамок считывания L1 и L2 HPV 16 в векторную систему вируса оспы, что привело к исключительно высокой экспрессии L1 в дрожжах. Экспрессия открытой рамки считывания L1, кодирующей мажорный капсидный белок, приводит к образованию пустых капсидных структур, вирусоподобных частиц (virus-like particles (VLP)). После очистки и добавления специфических адъювантов эти VLP были использованы для вакцинации. Сегодня доступны и используются в клинике две вакцины: одна содержит VLP HPVтипов 6, 11, 16 и 18, а другая - HPVтипов 16 и 18. Поскольку НРV типа 16 обнаруживают в >50% и HPV типа 18 почти в 20% всех РШМ, ожидается, что эти вакцины должны защитить в 70% случаев от РШМ и предраковых поражений. Последние данные также показывают, что существует перекрестная защита от HPV типа 31, родственного HPV типа 16, и от HPV типа 45, родственного HPV 18, что может поднять уровень защищенности до 80%.