Взаимодействие папилломавирусов с клеткой-хозяином
После инфицирования эпителиальной клетки вирусом папилломы человека (ВПЧ) и "раздевания" вириона, ДНК ВПЧ может существовать в двух формах: в виде кольцевой молекулы (эписомы) или линейной молекулы, интегрированной в геном клетки. Если геном ВПЧ персистирует в виде эписомы, то происходит либо нормальная репродукция вируса и при этом нормальное считывание генов вируса, начиная с промотора Р97, либо персистирующая эписома находится в "молчащем" состоянии. При нормальном считывании генов на первом этапе идет образование ранних белков Е6 , Е7 и т.д., которые необходимы для начала репликации ДНК папилломавирусов , а затем - синтез поздних белков: L1 , L2 , которые являются структурными. При нормальной репродукции вирусов временной интервал активности ранних генов короткий: транскрипция их быстро прекращается.
Перед тем как кольцевая молекула ДНК ВПЧ интегрируется в геном клетки, она должна перейти в линейную форму, при этом, как правило, разрыв кольцевой молекулы происходит в области локализации Е1 - Е2 . Следствием такого разрыва является нарушение транскрипции генов E1 , E2 , E3 , E4 , E5 и L1 - L2 ; с другой стороны, область URR и гены Е6 , Е7 не задеты разрывом и их транскрипция не нарушена. Таким образом, сохраняется возможность транскрипции генов Е6 , Е7 ВПЧ и накопление продукта этих генов в клетке. Как было показано в многочисленных исследованиях, именно избыточное содержание продуктов генов Е6 и Е7 , которое совершенно не соответствует уровню их содержания в норме при репродуктивной инфекции, является основной причиной иммортализации и трансформации эпителиальных клеток.
На рис. 2.36 представлена упрощенная схема взаимодействия вирусных генов и клеточных факторов при канцерогенезе эпителиальных клеток . Важнейшим элементом интегрированного генома является область URR , модулирующая экспрессию генов Е6 и Е7 , которая расположена на вирусном геноме непосредственно перед Е6-Е7. Область URR представляет собой участок ДНК протяженностью 800-1000 н.п., которая разделена на три зоны: 5'-концевая, центральная и З'-концевая. Последняя зона отвечает за инициацию транскрипции, и там расположен промотор для транскрипции вирусной мРНК, который обозначен как Р97. Кроме того, в этой области имеется два сайта для вирусной транскрипции гена Е2 , два сайта связывания для клеточных транскрипционных факторов Sp1 и YY1 . В центральной части расположены сайты для клеточных факторов AP1 , NF1 , Oct1 , TEF1 и TEF2 ; в 5'-концевой области - сигналы для терминации и полиаденилирования поздних вирусных транскриптов.
Важное значение для проявления функций генов Е6 и E7 имеет, прежде всего, клеточный фактор AP1 , основной функцией которого является участие в определении специфичности транскрипта и уровня дифференцировки транскрипционной активности URR . Другим важным регулятором URR является фактор YY1 , причем в данной системе он может функционировать и как активатор, и как репрессор транскрипции. Не останавливаясь на характеристике других клеточных факторов, следует только заметить, что TEF1 и TEF2 являются активаторами промотора Р97. Таким образом, из вышеизложенного видно, что регуляция транскрипции трансформирующих генов Е6 , Е7 носит сложный характер, т.к. эти факторы способны взаимодействовать не только непосредственно с областью URR вирусного генома, но и друг с другом.
Область URR контролирует экспрессию трансформирующих генов Е6 и Е7. В настоящее время доказано, что эти гены обладают трансформирующим потенциалом in vitro; трансформированные ими клетки способны индуцировать опухоли у бестимусных мышей; ингибирование экспрессии генов Е6 и Е7 вызывает в клетках реверсию трансформированного фенотипа. Продукт гена Е6 - белок, содержащий 150 а.о. Одной из главных мишеней действия продукта гена Е6 является продукт гена р53 - модулятора транскрипции. Его продукт специфически взаимодействует с ДНК, трансактивируя при этом такие важные гены, как p21 / WAF1 , который является ингибитором циклин-зависимых киназ, и bax , участвующий в апоптозе клеток. Взаимодействие продукта гена Е6 с продуктом гена р53 приводит к деградации последнего. Важно отметить, что Е6 ингибирует такие функции гена р53, которые являются определяющими в выполнении им супрессорных функций в опухолевом росте. Кроме того, активация гена р53 приводит к активации гетерологичных промоторов, уменьшению апоптоза , активации теломеразы и т.д.
Белок Е7 (98 а.о.) включает в себя три консервативных домена: CR1, CR2 и CR3, которые необходимы для проявления его биологической активности. Мишенью продукта гена Е7 является ген pRb (ген ретинобластомы) . Продукт гена Е7 способен к иммортализации кератиноцитов , а при котрансфекции с геном Е6 степень иммортализации сильно возрастает и переходит к трансформации. Следует отметить, что продукты гена pRb связаны с регуляцией клеточного цикла и их инактивация приводит к дерегулирующему эффекту на прохождение клеточного цикла и, в основном, индуцирует переход покоящихся клеток из G0-фазы в S-фазу . Характерной особенностью гена Е7 является его способность как к пролиферации клеток, так и к апоптозу, при этом последний может происходить по р53-зависимому или р53-независимому пути. Несмотря на то что продукты генов Е6 и Е7 по отдельности обладают определенным онкогенным потенциалом, совместное действие этих продуктов значительно усиливает онкогенный потенциал. Это свидетельствует о том, что вирусные гены могут функционально кооперировать в процессе клеточной трансформации.
Таким образом, механизм трансформирующего потенциала ВПЧ представляется в следующем виде: вирус содержит два трансформирующих гена, экспрессия которых в зараженных клетках трансформируется клеточными факторами, продукты этих трансформирующих генов тем или иным способом нарушают функции генов, играющих ключевые роли в клеточном цикле и пролиферации (p53 и pRb). Данное теоретическое представление механизма в общем виде объясняет процессы, которые происходят в клетках in vitro. Однако для возникновения и активного роста опухолей in vivo, как показано, необходимо накопление дополнительных мутаций в клеточном геноме, совокупность которых может приводить к селекции клона клеток и появлению моноклональной популяции, а ее размножение уже не может сдерживаться.
Таким образом, канцерогенез , например, шейки матки можно разделить на следующие этапы:
1) первичная инфекция ВПЧ;
2) персистенция генома ВПЧ в эписомной форме и возможная продукция вирусных частиц;
3) интеграция ДНК ВПЧ в клеточный геном (на 2-й и 3-й стадиях начинают проявляться функции генов Е6, Е7, нарушающих контроль деления клеток);
4) индукция мутаций в клеточной ДНК, вызывающей нестабильность клеточного генома;
5) селекция клона клеток с мутантной ДНК, содержащих интегрированную ДНК ВПЧ;
6) активное размножение данного клона клеток и рост опухоли.
Смотрите также:
