Онкогенные вирусы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

«Онкогенные вирусы»

Онкогенные вирусы (от греч. onkos - объемная масса) - это вирусы, способные вызывать развитие опухолей у лабораторных животных, у природных хозяев и трансформировать клетки в культуре тканей.

Историческая справка.

Рак известен человечеству с древних времен. Злокачественные опухоли были найдены на древнеегипетских и центрально-американских мумиях, имеющих возраст примерно 5 тысяч и 2 тысячи лет, соответственно, а само заболевание описано в папирусах 1600 г. до н.э. (является копией документа, написанного около 3000 г. до н.э.) и 1550 г. до н.э. Кроме людей раком болеют млекопитающие, птицы, рептилии и рыбы.

В начале XX в., вскоре после открытия вирусов, ученых заинтересовало, не могут ли вирусы вызывать рак? Ответ оказался неутешительным.

В 1908 г. французские ученые О. Банг и В. Эллерман показали, что фильтрующиеся агенты вызывают лейкоз (рак крови) у кур. Для доказательства вирусной этиологии заболевания они использовали методику фильтрования материала и многократно повторяемую перевивку его чувствительным животным. Это открытие, как и открытие Ивановского, обнаружевшего первый вирус, осталось почти незамеченным.

В 1911 г. американский ученый Пейтон Раус (1879-1970 гг.) обнаружил, что куриная саркома может перевиваться не только клетками, но субмикроскопическими агентами, экстрагируемыми из клеток. Хотя поначалу другие ученые не приняли открытия Рауса, многочисленные эксперименты в последующие годы доказали его правоту, и в 1966 г. Раус был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине. Во всем мире теперь эта саркома известна как саркома Рауса. В течение 25 лет после открытия Рауса было описано 18 вирусов, вызывающих саркомы у птиц.

В 1933 г. Р. Шоуп установил фильтруемость возбудителя папилломы и рака кроликов. У диких кроликов вирус обычно вызывает развитие доброкачественной опухоли, а у домашних кроликов вызванные им папилломы практически всегда перерождаются в злокачественные опухоли.

В 1936 г. Д. Биттнер доказал вирусное происхождение рака молочной железы у мышей. Экспериментально было показано, что вирус передается с молоком матери.

В начале 40-50 гг. ХХ в. было окончательно установлено, что все ранее открытые фильтрующиеся агенты являются вирусами.

В 1946 г. выдающийся советский вирусолог Лев Александрович Зильбер сформировал теорию вирусного канцерогенеза.

Впоследствии вирусы, вызывающие разнообразные виды рака у животных стали выделять все чаще и чаще.

В 1951 г. А. Гроссе открыл вирус лейкоза мышей. Вирус мышинного лейкоза сыграл важную роль при исследовании строения и размножения онкогенных вирусов.

В 1957 г. С. Стюарт открыл вирус полиомы мышей. Вирус полиомы широко распространен у диких мышей, у которых он не вызывает видимых заболеваний. Однако при выращивании на культуре тканей и последующем введении в достаточном количестве новорожденным мышам, хомякам, морским свинкам или кроликам может вызывать развитие злокачественных опухолей.

В середине 1950-х гг. американский ученый Ренато Далбекко показал, что вирус полиомы, подобно умеренным фагам, интегрируется в геном клетки, после чего может вызвать ее злокачественную трансформацию.

В 1960 г. из культур клеток почек африканской зеленой мартышки был выделен еще один онкогенный вирус из этого семейства - вирус симиан-40 (SV-40), в клетках которой он быстро размножался и вызывал их гибель.

В начале 60-х г. была доказана возможность онкогенной трансформации клеток in vitro, индуцированных вирусами культур клеток. В настоящее время установлена вирусная природа ряда опухолей млекопитающих и птиц. Многие онкогенные вирусы получены в клеточных культурах, хорошо изучены в морфологическом и биохимическом отношении. В те же годы начинается интенсивное молекулярно-биологическое изучение онкогенных вирусов и механизмов трансформации нормальных клеток в опухолевые. В 70-х г. появились многочисленные сообщения о вирусной контаминации нормальных и опухолевых клеточных культур и возможной роли онкогенных РНК-вирусов.

В настоящее время уже известно более 200 вирусов - возбудителей опухолей животных, входящих в состав разных семейств и 2 вируса, вызывающие Т-лейкозы человека.

В 80-х гг. ХХ в. усиленно изучался вопрос о связи между вирусами и раком у человека. Долгое время ученые не могли доказать, что в клетках раковой опухоли есть вирусы, которые после выделения могут вызывать злокачественную трансформацию (малигнизацию) клеток человека. Однако постепенно такие данные накопились. Было показано, что в мозге больного лейкозом содержится фактор, вызывающий ускорение развития этого заболевания. Затем удалось доказать вирусную этиологию лимфогрануломатоза. В настоящее время установлено, что к вирусам, причастным к раковым заболеваниям человека, относятся ДНК-содержащие вирусы (вирусы Эпштейна-Барра и другие герпес-вирусы, гепатита В и несколько вирусов папиллом) и ретровирусы (вирусы Т-клеточного лейкоза). Вирусная этиология большинства форм рака, сарком, лейкозов человека - остается гипотезой. Сейчас можно считать установленной вирусную этиологию рака шейки матки и некоторых других опухолей урогенитального тракта, носоглоточной карциномы и некоторых видов лейкозов.

Вирусогенетическая теория рака.

В 1946 г. выдающийся советский вирусолог Лев Александрович Зильбер впервые предложил вирусогенетическую теорию рака.

Основные положения вирусогенетической теории рака:

1. Геномы вирусов в виде провируса встраиваются в хромосомный аппарат клетки, вызывая ее трансформацию и создавая опухолевый фенотип.

2. Вирус наследственно превращает нормальную клетку в опухолевую.

3. Опухолевое действие вирусов на клетки принципиально отличается от инфекционного действия: в отличие от других заболеваний вирусного происхождения рак - это патологический процесс, а не инфекционный.

4. Вирус не играет роли в размножении возникших клеток.

Суть этой теории состоит в том, что при онкогенезе ДНК вирусного происхождения внедряется (интегрируется) как фрагмент в ДНК клетки и становится составной частью клеточного генома. Поэтому при электронно-микроскопическом исследовании опухолей далеко не всегда в их клетках можно обнаружить вирус. Эта интеграция - начальное звено в цепи процессов превращения нормальной клетки в раковую.

Вирусные ДНК, интегрированные в клеточный геном, называются провирусами. В геноме одной клетки может содержаться несколько интегрированных провирусных ДНК.

Впервые возможность интеграции вирусных геномов в геном клетки была установлена на умеренных фагах. При заражении бактериальных клеток фагами может либо развиться острая инфекция, заканчивающаяся лизисом бактериальной клетки и выходом из нее новых фаговых частиц, либо произойти интеграция генома фага с геномом бактериальной клетки. В середине 1950-х гг. американский ученый Ренато Далбекко показал, что вирус полиомы, подобно умеренным фагам, либо размножается обычным путем и вызывает острую инфекцию клеток, либо его геном интегрируется в геном клетки, после чего может вызвать ее злокачественную трансформацию.

Таким образом, трансформированные клетки приобретают ряд новых свойств (способность вызывать злокачественные опухоли у лабораторных животных).

«Каким бы путем опухолеродный вирус ни проник в организм человека, долгое время он ничем не проявляет своего присутствия. В этом нет ничего удивительного. Он мало болезнетворен. Ему нужны особые условия, чтобы проявить болезнетворность, и пока этих условий нет, вирус вполне безобиден». (Л.А. Зильбер.)

Объяснение возникновения рака интеграцией вирусного и клеточного геномов, данное Л.А. Зильбером, было понятно для ДНК-содержащих вирусов. Серьезным возражением против теории Л.А. Зильбера явилось открытие большого числа онкогенных РНК-содержащих вирусов (онкорнавирусов), вызывающих опухоли у птиц и млекопитающих, поскольку вирусная РНК не может встраиваться непосредственно в геном клетки согласно триаде ДНК-РНК-белок. Между ДНК- и РНК-содержащими опухолеродными вирусами существуют кардинальные различия. При заражении клеток ДНК-содержащими вирусами происходит либо репликация, приводящая к инфекции, либо интеграция геномов, приводящая к трансформации клетки. РНК-содержащие вирусы индуцируют только трансформацию нормальной клетки в злокачественную, т.е. при заражении клетки таким вирусом должна происходить интеграция их геномов.

Только в 1970 г. американские ученые Г. Темин и С. Мицутани и независимо от них Д. Балтимор разрешили эту загадку. Они доказали возможность передачи генетической информации от РНК к ДНК. Это открытие перевернуло центральную догму молекулярной биологии о том, что генетическая информация может переноситься только в направлении ДНК-РНК-белок. Пять лет понадобилось Г.Темину для обнаружения фермента, осуществляющего перенос информации от РНК к ДНК, - РНК-зависимой ДНК-полимеразы. Этот фермент получил название обратной транскриптазы. Т.е., была доказана возможность образования на матрице вирусной РНК ее ДНК-копии.

Г. Темину удалось не только получить фрагменты ДНК, комплементарные заданной цепи РНК, но и доказать что ДНК-копии могут встраиваться в геном клеток и передаваться потомству.

Группа РНК-содержащих вирусов, в цикле развития которых по геномной РНК с помощью обратной транскриптазы осуществляется синтез ДНК, встраивающейся затем в геном клетки хозяина, получила название ретровирусов (Retroviridae - от REversed TRanscription).

В семейство ретровирусов входят вирусы саркомы Рауса, миелоцитоматоза, саркомы мышей Харви и Молони, лейкоза птиц, ретикулоэндотелиоза птиц, лейкоза мышей, Т-клеточного лейкоза человека, иммунодефицита человека.

Генетика канцерогенеза

Каждая эукариотическая клетка содержит набор генов, кодирующих синтез веществ, обеспечивающих ее жизнедеятельность, а также ее запрограммированную гибель - апоптоз. Под воздействием различных факторов генетическая программа может изменяться, и клетка преждевременно погибает, либо начинает бесконтрольно делиться, давая начало неопластическому росту. Для таких клеток характерна высокая частота мутаций, вызывающих изменение структуры или локализации одного или нескольких генов.

Мутации первого типа приводят к гиперактивности «стимулирующих» генов. Эти гены доминантны и для их фенотипического проявления достаточно мутации в одной из двух клеточных копий таких генов. Измененная копия называется «онкоген», а его нормальная аллель «протоонкоген». Мутации протоонкогена в онкоген может дать начало опухолевому росту.

Мутации второго типа приводят к инактивации «ингибирующих» генов. Эти гены рецессивны, поэтому обе клеточные копии гена должны быть инактивированы, чтобы освободить клетку от ингибирующего контроля. Ингибирующие гены обозначают как гены-супрессоры опухолевого роста.

Классификация протоонкогенов, подвергающихся влиянию онковирусов:

1. Протоонкогены, кодирующие протеинкиназы - представлены протоонкогенами, гомологичными по первичной структуре онкогенам, белковые продукты которых обладают протеинкиназной активностью и локализующиеся на мембранах трансформированных клеток.;

2. Ядерные протоонкогены - представлены генами, кодирующие белки, локализованные в ядре;

3. Протоонкогены, кодирующие факторы роста - представлены генами, продукты которых служат факторами роста;

4. Вставочные (инсерционные) протоонкогены - представлены генами, в месте локализации которых происходит встраивание онкогенных ретровирусов;

5. Протоонкогены транслокации - участки (локусы) клеточного генома, способные вовлекаться в процесс транслокации (перемещения) генов.

Механизмы онкогенной активности вирусов.

Вирусы могут оказывать прямое трансформирующее действие, либо непрямое промоторное действие.

Молекулярно-генетические исследования вируса саркомы Рауса позволили выявить конкретный ген, ответственный за трансформацию клеток (1970 г., Г. Мартин).

В настоящее время выявлено более 20 таких генов. Они получили название онкогенов. Онкоген - это ген вирусного генома, ответственный за трансформацию клеток.

Вирусы, содержащие онкоген в своем геноме обозначают как onc⁺-вирусы. Однако вирусы часто утрачивают онкоген и соответственно трансформирующую активность; в этом случае их обозначают onc^--вирусы.

В зависимости от особенностей структуры вирусного генома выделяют:

· Независимые онкогены - транслируется в виде отдельного белка;

· Слитные онкогены - транскрибируются в виде РНК, кодирующей опухолевый белок.

В геноме клеток всех организмов существует набор генов, аналогичных вирусным онкогенам по последовательности нуклеотидов - протоонкогены. Протоонкоген - это набор генов клеточного генома, аналогичных вирусным онкогенам по последовательности нуклеотидов.

Доказано, что на определенных этапах эмбриогенеза протоонкогены работают как нормальные гены, обеспечивая процессы дифференцировки зародыша. Затем они находятся в репрессированном состоянии.

Согласно молекулярной теории происхождении опухолей, рак - болезнь регуляции генов и вирус играет в ней роль пускового механизма.

Возможно, онковирусы - нормальные компоненты организма, принимающие участие в процессах клеточного цикла, дифференциации и пролиферации.

Большую роль в развитии рака может играть действие химических и физических канцерогенов, а также старение организма. Например, у кур, зараженных вирусом птичьей оспы, при смазывании кожи метилхолантреном развивается рак кожи. Нанесение дегтя на кожу кролика, зараженного вирусом папилломы Шоупа, сокращает латентный период и увеличивает частоту образования опухолей.

Классификация онкогенных вирусов.

Онкогенные вирусы подразделяют на ДНК- и РНК-содержащие.

ДНК-содержащие вирусы относятся к 6 семействам:

1. Papillomaviridae - более 100 вирусов папилломы человека и множество папилломовирусов животных.

2. Polyomaviridae (от лат. рoly - много, oma - опухоль) - обезьяний вирус SV-40 (вызывает острые вакуолизирующие нефриты у зеленых мартышек), вирус полиомы мышей, вирусы человека ВК и JC.

Раньше семейства Papillomaviridae и Polyomaviridae входили в одно семейство Papovaviridae.

3. Adenoviridae - 37 вирусов человека, множество аденовирусов животных (например, 24 вируса обезьян и 9 вирусов крупного рогатого скота) - обладают онкогенным действием только у животных.

4. Herpesviridae - ВПГ-1 и 2, ЦМВ, вирус Эпштейна-Барр и онкогенные вирусы приматов, лошадей, кур, кроликов, лягушек.

5. Hepadnaviridae - вирус гепатита В человека, гепатита североамериканского сурка, гепатита земляных белок и гепатита уток.

6. Poxviridae - вирус фибромы Шоупа у кроликов, вирус миксомы кролика, вирус Яба и танапоксвирус, вызывающие гистиоцитомы у приматов, вирус контагиозного моллюска.

РНК-содержащие опухолеродные вирусы разделяются на 4 класса.

1. Вирусы типа А - к типу А относят дефектные вирусные частицы или незрелые формы других онковирусов.

2. Вирусы типа В - вирус рака молочных желез мышей, лейкоза морских свинок.

3. Вирусы типа С - возбудители лейкозов и сарком у животных, например, вирус саркомы Рауса вызывают саркомы у птиц, млекопитающих.

4. Вирусы типа D - вирус, выделенный при раке молочных желез обезьян-резус, Т-лимфотропные вирусы человека 1 и 2 типов.

Опухолеродные вирусы, как правило, видоспецифичны, т.е. поражают животных только определенного вида. Но из каждого правила есть исключения. Например, вирусом куриной саркомы можно заразить крыс, кроликов, хомячков, обезьян, ящериц и даже змей.

вирус онкогенный канцерогенез мутация

Вирусы, вызывающие развитие опухолей у человека

Характеристика онкогенных вирусов

Онкогенные ДНК-геномные вирусы.

Семейства Papillomaviridae и Polyomaviridae выделены в самостоятельные из семейства Papovaviridae, поэтому имеют сходную структуру.

Вирионы имеют форму икосаэдра, размеры - 45-50 нм, простую организацию, геном представлен двунитевой кольцевой ДНК, тип симметрии нуклеокапсида - кубический.

Папилломавирусы (более 100 типов) обуславливают возникновение доброкачественных эпителиальных опухолей: кожные бородавки, остроконечные кондиломы, папилломы гортани, предположительно вирус принимает участие в развитии злокачественных новообразований мочеполовых путей и других форм рака. Особенно высокой трансформирующей активностью обладают 2, 5, 8, 11, 16, 18 и 30 серовары, геномы которых обнаруживаются в клетках остроконечных кондилом, карцином шейки матки и гортани, бородавчатой эпидермодисплазии.

Полиомавирусы обнаружены в латентном состоянии в хромосомах различных млекопитающих. У человека развития опухолей не вызывают, однако при введении новорожденным мышам, крысам, кроликам вызывают саркомы и карциномы. Вирус SV-40=ОВ (обезьяний вирус) вызывают острые вакуолизирующие нефриты у зеленых мартышек. Вирусы ВК и JC (инициалы пациентов, от которых впервые были выделены) вызывают поражения только у лиц с иммунодефицитами.

Семейство Herpesviridae имеет вирионы сферической формы, размеры - 140-210 нм, сложноорганизованные, геном представлен двунитевой кольцевой ДНК, тип симметрии нуклеокапсида - кубический. Герпесвирусы трансформируют клетки in vitro, их геномы обнаружены в различных опухолях. ВПГ-2 - рак шейки матки и опухоли урогенитального тракта (в 1996 г. ВОЗ официально признала основными возбудителями рака шейки матки 16 и 18 серовары ВПГ-2), ВГЧ-4 (Эпштейна-Барр) вызывает лимфому Беркитта и назофарингеальную карциному, ВПГ-8 - саркому Капоши.

Семейство Hepadnaviridae: форма вирионов - сферическая, размеры - 42-50 нм, организация - сложная, геном представлен двухнитевой кольцевой молекулой ДНК, тип симметрии нуклеокапсида - кубический. Вирус гепатита В может обуславливать развитие первичного рака печени.

Семейство Poxviridae имеет вирионы кирпичеобразной формы с закругленными углами, крупные размеры - 220-450Ч140-260 нм (различимы с помощью светового микроскопа), сложноорганизованные с внешней липидной оболочкой, покрытой продолговатыми чешуйками (10-40 нм), геном - двунитевая линейная ДНК, концы которой замкнуты ковалентными связями, тип симметрии нуклеокапсида - гантелеобразный (вирусная сердцевина имеет собственную оболочку, в местах вогнутостей которой располагаются латеральные тельца - роль их окончательно не установлена). Для человека онкогенен вирус контагиозного молллюска, вызывающий одноименное заболевание.

Семейство Adenoviridae: вирионы имеют форму икосаэдра, размеры - 70-90 нм, организацию - простую, геном - двунитевая линейная ДНК, тип симметрии нуклеокапсида - кубический. Обладают онкогенным действием у животных (аденовирусы 12, 18 и 31 серотипов индуцируют саркомы у новорожденных хомячков и трансформируют культуры клеток грызунов).

Онкогенные РНК-геномные вирусы.

Семейство - Retroviridae

Подсемейство - Oncovirinae

4 рода онкогенных вирусов

Alpharetrovirus

Betaretrovirus

Gammaretrovirus

Deltaretrovirus

Онкогенные ретровирусы подразделяются на 4 морфологических типа - А, В, С, Д.

Всего семейство Retroviridae насчитывает 150 видов вирусов, вызывающих опухоли у животных, и 2 - у человека (HTLV-I и HTLV-II).

Представлены вирионами сферической формы, размеры - 90-130 нм, сложноорганизованные, геном - двунитевая +РНК, тип симметрии нуклеокапсида - кубический. Их онкогенный потенциал обусловлен наличием обратной транскриптазы (РНК-зависимая ДНК-полимераза).

Антигены ретровирусов:

· gag - группоспецифический внутренний антиген;

· pol - полимеразный протеин;

· env - белки оболочки;

· известно около 30 онкоангигенов.

Особенности репродукции:

1. Адсорбция на чувствительной клетке (для HTLV-I, II CD4-лимфоциты).

2. Проникновение в клетку путем эндоцитоза.

3. Депротеинизация.

4. Эклипс-фаза с участием обратной транскриптазы (ревертазы):

? синтез ДНК на матрице РНК при использовании тРНК в качестве заправки;

? ферментное расщепление матричной РНК;

? синтез комплементарной нити ДНК на митрице первой нити ДНК.

5. Линейная двухцепочечная ДНК замыкается в кольцо и интегрируется в ДНК клетки-хозяина.

Культивирование:

Не культивируются в куриных эмбрионах, выращивают в организме чувствительных животных и культурах клеток.

По своему онкогенному потенциалу все известные онкогенные ретровирусы подрезделяются на:

· Высокоактивные опухолевые вирусы - индуцируют новообразования с коротким инкубационным периодом (например, вирус саркомы Рауса).

· Вирусы с умеренной активностью - вызывают развитие неоплазий после длительного инкубационного периода (например, HTLV-I, II).

По характеру распространения среди хозяев выделяют:

· Экзогенные ретровирусы - распространяются горизонтально от одной особи к другой. К ним относят: вирус саркомы Рауса, Т-лимфотропные вирусы человека 1 и 2 типов=HTLV-I и HTLV-II (от англ. Human T-lymphotropic virus) - передаются половым и трансфузионным путями.

· Эндогенные ретровирусы - передаются вертикально, а их генетическая информация стала составной частью клеточного генома всех органов и тканей человека и животных (HTLV-I и HTLV-II могут передаваться и вертикально). Эндогенные онковирусы не являются онкогенными для представителей того вида, в клетках которого они находятся в виде постоянного генетического элемента.

Размещено на Allbest.ru