KasvajaviirusedOnkobioloogia

Taavi Päll lektor, Tallinna Tehnikaülikool

2/39

Tuumor-/onkoviiruste avastamine

Lindude leukeemia viraalne ülekanne1908 aastal näitasid Taani teadlasedVilhelm Ellerman (1871-1924) ja OlufBang (1881-1937) et lindude leukeemia(avian viral leukemia) kandub viraalsel teelüle.

·

4/39

Rousi kana sarkoomi mudeli skeem1909-11 aastatel katsetas Francis Peyton Rous (1879-1970) talle uurimiseks toodud kanasarkoomiga ja leidis samuti, et seda tuumorit on võimalik kanadel üle kanda vähi rakkudestsõltumatult.

·

Pilt: The Biology of Cancer. Garland Science.

5/39

Rous pälvis selle töö eest 1966 aastal Nobeli preemia

6/39

Peale esialgseid avastusi oli onkoviiruste alal tükkaega vaikus

1930-ndatel kirjeldati Richard E. Shope (1901-1966) and E. Weston Hursti (1900-1980) pooltküülikute papilloomiviirus ja John Joseph Bittneri poolt (1904-1961) hiirte piimanäärmeviirus (mouse mammary tumor virus, MMTV).

1950-ndatel avastati Ludwig Grossi (1904-1999) poolt hiirte leukeemiaviirus (retroviirus) jahiirte polüoomiviirus

·

·

7/39

Möödunud sajandi 50-ndatel aastatel, kui olihiirte peal leitud seosed leukeemia javiirusnakkuse vahel, tekkis hüpotees, et vähkon viirushaigus.

Vähk võib olla nakkav

8/39

Viirused põhjustavad rakkudetransformatsiooni

Tähelepanekud:

Rousi sarkoomiviirus muudab broblaste1950-ndate lõpus ja 1960-ndatel uurisid Harry Rubin ja Howard Temin Rousi sarkoomiviirust(RSV) koekultuuris, kasutades kana fibroblaste (CEF)

RSV nakatatud CEF-id moodustavadkolooniad (foci/clusters)

kolooniaid moodustavad rakud onmuutunud morfoloogiaga(trasformeerunud) ja sarnanevadsarkoomi rakkudega

·

·

10/39

Transformeerunud rakkude iseloomulikudomadused

kontakt-inhibitsiooni kadumine

sõltumatus adhesioonist (anchorage independence) -- rakud kasvavad mitmes kihis

poolduvad ~lõpmatult (immortaliseerumine)

sõltumatus kasvufaktoritest, rakkude jagunemine ei arresteeru kasvufaktorite eemaldamisel

kõrge gükoositransport

tumorigeensus: moodustavad peremees-loomas tuumoreid

·

·

·

·

·

·

11/39

Vähki indutseeriva toimega on väga erinevadviirusedTUUMORVIIRUS VIIRUSPEREKOND GENOOMI SUURUS (KB)

DNA viirused

B­hepatiidi viirus (HBV) hepadna 3

SV40/polüoomi (polyoma) papova 5

inimese papilloomiviirus 16 (HPV) papova 8

inimese adenoviirus 5 adenoviirus 35

inimese herpesviirus 8 (HSV­8; KSHV) herpesviirused 165

Shope fibroomiviirus poxviirused 160

RNA viirused

Rousi sarkoomiviirus (RSV) retroviirused 9

inimese T­raku leukeemia viirus (HTLV­I) retroviirus 9

12/39

Inimesel otsiti vähkidest pikalt RSVsarnast lihtsat retroviirust, kuid vähigaseoses leiti ainult komplekssedretroviirused nagu HTLV­I ja HIV­1/­2.

“

”

13/39

Seitse viirustPraegusel ajal hinnatakse, et viirused vastutavad 10-15% vähijuhtumite eest maailmas.

Inimestel on leitud seitsmel viirusel seos vähi tekkega.

·

·

14/39

Inimese kasvaja-viirusedVIIRUS GENOOM KASVAJA ESMAKIRJELDUS

Epstein­Barr viirus (EBV; human

herpesvirus 4)

dsDNA

herpesviirus

Burkitt'i lümfoom 1964

B­hepatiidi viirus (HBV) ss/dsDNA

hepadenoviirus

maksa kartsinoomid 1965

inimese T­lümfotroopne viirus I

(HTLV­I)

pluss­ahelaline

ssRNA retroviirus

T­rakuline leukeemia 1980

inimese papilloomiviirused (HPV)

16 ja ­18

dsDNA

papilloomiviirus

emakakaela (cervical) vähk, peenisekasvajad,

anogenitaal­ ja pea­kaela kasvajad

1983­84

C­hepatiidi viirus (HCV) pluss­ahelaline

ssRNA flaviviirus

maksa kartsinoomid ja lümfoomid 1989

Kaposi sarkoomi herpesviirus

(KSHV; ; human herpesvirus 8)

dsDNA

herpesviirus

Kaposi sarkoom, kehaõõne­lümfoom 1994

Merkeli rakkude polüoomiviirus dsDNA

polüoomiviirus

Merkeli rakkude kartsinoom 2008

15/39

Inimese kasvajaviirused on kõik eriklassidest ja hõlmavad kogu viirus­spektrit

“”

16/39

Epstein-Barri viirus (EBV)EBV partiklid avastati elektronmikroskoopia teel nn. Aafrika Burkitti lümfoomi patsientidel.

EBV on laialt levinud ekvatoriaal Aafrikas ja Paapua Uus-Guineas.

Sporaadiline Burkitti lümfoom esineb arenenud maades.

·

·

Ainult 2.3% lümfoomidest on nn. Burkitti lümfoomid.

~100% patsientidest nakatunud.

võib kaasneda malaariast või kollapalavikust tingitud immuun-puudulikkusega.

-

-

-

·

EBV negatiivne, kuid sisaldab iseloomulikke MYC-i translokatsioone.-

17/39

Kasvajates reeglina viiruspartikleid ei leitaLisaks EBV-le on veel ainult üks inimese onkoviirus (T-lümfotroopne viirus I, HTLV-I)tuumorites kirjeldatud kasutades klassikalisi viroloogi töövahendeid: mikroskoopi javiiruskultuuri.

B hepatiidi seos maksakartsinoomiga tehti kindlaks 22707 Taiwani meest hõlmavaspopulatsiooniuuringus.

HPV-16/18, C hepatiidi, Kaposi sarkoomi ja Merkeli rakkude polüoomiviirus identifitseeritikasvajates molekulaarbioloogia meetodeid kasutades.

·

·

·

18/39

HPV ja emakakaelavähk1980-ndatel oli teada, et inimese papilloomiviirused põhjustavad kondüloomide (genitalwarts) teket.

Selle põhal oletas Harald zur Hausen, et HPV võib olla seotud ka emakakaela vähi tekkega.

Oma hüpoteesi kontrollimiseks hübridiseeris ta papilloomiviiruse DNA emakakaelavähiDNA-le.

·

·

·

19/39

Kaposi sarkoom ja AIDSEnne AIDSi epideemiat oli Kaposi sarkoom üliharuldane.

HIV ise ei ole tumorigeenne, kuid loob immuunpuudulikkuse näol keskkonna kasvaja-viiruste"kapist välja" tulemiseks.

20/39

Viiruste vähimehhanismid

Viirused põhjustavad kasvajaid mitut moodiMehhanismid langevad kahte laia kategooriasse.

otsene mehhanism: insertsiooniline mutagenees, onkviirused nakatavad normaalseidrakke ja integreeruvad genoomi põhjustades muutunud lokaalset geeniekspressiooni. Kuirakud koguvad veel lisamutatsioone või leiab aset immuunsüsteemi nõrgenemine, siisvõivad sellised rakud viia vähi tekkeni.

kaudne mehhanism, viirusinfektsioon põhjustab põletikku. Krooniline põletik tõstabvähitekke riski selles koes.

·

·

22/39

src paradigmaPõhinedes RSV võimel mõni päev peale nakatamist rakke transformeerida, töötati 1958 Teminia Rubini poolt välja nn focus assay

Fookuste hulk oli otseses seoses rakkudele lisatud RSV hulgaga, seega oli RSV täiesti piisavperemeesraku transformeerimiseks.

·

23/39

Paljunemine ja raku transformeerimine on viiruseleraldi funktsioonid

raku fenotüüp on viiruse genoomi kontrolli all, on olemas RSV mutandid, mis põhjustavadtransformeerimisel rakkudel pikenenud fenotüübi;

viiruse paljunemine pole raku transformatsiooniks vajalik, replikatsiooni-defektne mutanttransformeeris rakke ilma viirust tootmata;

tekivad spontaansed mutandid mis replitseeruvad kuid enam ei transformeeri, enamusRSV liine on mitte-defektsed (neil on genoomis olemas kõik viiruse replikatsiooniks vajalikudgeenid ja onkogeen).

·

·

·

24/39

RSV geenide aktiivsus on vajalik transformatsiooniksRSV-indutseeritud transformatsioon kandub järglasrakkudele edasi.

Kas tegemist on nn. hit and run mehhanismiga või on viiruse aktiivsus transformatsioonikspermanentselt vajalik

Viirusgeenide vajalikkus selgus 1970 kui avaldati Nature artikkel kus kirjeldatitemperatuuritundliku (ts) RSV mutandiga tehtud katseid:

·

·

hit and run: transformeerunud fenotüüp kandub edasi juba viirusest sõltumatult.-

·

transformatsioon oli temperatuuritundlik, kuid viiruse replikatsioon mitte.-

25/39

ALV/RSV virion

26/39

Metsik tüüpi RSV vs. transformatsioonidefektne (td)td RSV genoom on väiksem

27/39

Lihtsa retroviiruse elutsükkel

28/39

Kasutades ära 1970 aastal RSV-st avastatudRNA sõltuvat DNA polümeraasi(pöördtranskriptaas) näidati, et selles viirusesolev transformeeriv src RNA järestus on päritlinnu genoomist.

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1975was awarded jointly to David Baltimore, RenatoDulbecco and Howard Martin Temin "for theirdiscoveries concerning the interaction betweentumour viruses and the genetic material of thecell".

RSV src pärineb raku genoomist

29/39

Retroviiruste onkovalkude funktsionaalsed klassidKLASS NÄIDE VIIRUS

kasvufaktor Sis (PDGFB) ahvi sarkoomiviirus

retseptor TK ErbB (EGFR) linnu erütroblastoosi viirus

hormoonretseptor ErbA (THRA) linnu erütroblastoosi viirus

G valk Ha­ras, GTPase Harvey sarkoomiviirus

Ki­ras, GTPase Kirsten sarkoomiviirus

adaptorvalk Crk, modulaarne signaali link CT10 linnu sarkoomiviirus

mitte­retseptor TK Src, tsütoplasma kinaas Rousi sarkoomiviirus

Abl, tsütoplasma kinaas Abelsoni hiire leukemia virus

seriin/treoniin kinaas Akt, tsütoplasma kinaas Akt8 hiire thymoma virus

Mos, tsütoplasma kinaas Moloney hiire sarkoomiviirus

transkriptsiooni regulaator Jun, AP1 TF kompleks linnu sarkoomiviirus 17

Fos, AP1 TF kompleks Finkel–Biskis–Jinkins hiire sarkoomiviirus

Myc, transkriptsioonifaktor linnu müelotsütomatoosi viirus MC29

lipiidikinaas Pi3k linnu sarkoomiviirus 16

30/39

Ka mitte transformeerivad viirused võivad aktiveerida proto-onkogeenegenoomi insertsioonilGEEN VIIRUS KASVAJA LIIK ONKOVALK

myc ALV B­raku lümfoom kana transkriptsiooni faktor

myc ALV, FeLV T­raku lümfoom kana, kass transkriptsiooni faktor

nov ALV nefroblastoom kana kasvufaktor

erbB ALV erütroblastoos kana retseptor TK

int­1 (Wnt­1) MMTV rinnanäärme kartsinoom hiir kasvufaktor

int­2 (FGF) MMTV rinnanäärme kartsinoom hiir kasvufaktor

int­3 (notch) MMTV rinnanäärme kartsinoom hiir retseptor

pim­1 Mo­MLV T­raku lümfoom hiir ser/thr kinaas

bmi­1 Mo­MLV T­raku lümfoom hiir transkriptsiooni repressor

tpl­2 Mo­MLV T­raku lümfoom hiir mitte­retseptor TK

lck Mo­MLV T­raku lümfoom hiir mitte­retseptor TK

p53 Mo­MLV T­raku lümfoom hiir transkriptsioonifaktor

IL2 GaLV T­raku lümfoom gibbon ape tsütokiin

K­ras F­MLV T­raku lümfoom hiir väike G valk

CycD1 F­MLV T­raku lümfoom hiir G1 tsükliin

31/39

Viiruse onkogeenid: RNA versus DNA viirusedRetroviiruste onkogeenid on rakulist päritolu ja peamiselt dereguleerivad signalisatsiooni jatranskriptsiooni kontrolli (SRC, MYC, RAS, ERBB).

Onkogeensed DNA viirustel on aga genoomis isiklikud onkogeenid: HPV E6, SV40 LT (large T).

DNA viiruste onkogeenid toimivad rakuliste kontrollmehhanismide blokeerimise teel, nt.HPV E6 ja SV40 LT inhibeerivad p53, HPV E7 inhibeerib RB-d.

·

·

·

32/39

Viiruse onkovalkude päritoluKas (i) viirus paneb rakulise jagunemise masinavärgi tööle selleks, et paljuneda või (ii) üritabimmunsüsteemile märkamatuks jääda.

Viiruse onkogeenid inhibeerivad rakutuumor-supressor funktsioone (piiratudressursid), et tagada viiruse paljunemineja vähi teke on tingitud juhuslikestmutatsioonidest.

Viiruse strateegia on peremehekaasasündinud (innate) immuunsuse vaikihoidmine: tuumorsuppressorid onhõivatud ka kaasasündinud immuunsuses.

·

·

33/39

Relationships between HPV integration, copy-number amplifications and gene expressionin cervical carcinoma

Landscape of genomic alterations in cervicalcarcinomas

HPV integration occurred closer toamplified regions than expected bychance.

Viral integration was localized to one locusin most tumours investigated.

Many of the genes involved in theintegration events are members of cellularpathways known to have important rolesin cancer.

·

·

·

34/39

Altered immune response in cervical carcinomasMutations in the HLA-B, HLA-A and in the β2-microglobulin (B2M) genes.

All mutations in these three genes were within the antigen-presenting domains of eachrespective protein.

Pathway analyses also revealed that the most significantly mutated gene set in squamouscell carcinomas involves immune response genes in the interferon-γ signalling pathway,including mutations in IFNG and JAK2.

Together, these data highlight the significance of the synergy between HPV infection and analtered immune response in squamous cell carcinomas of the cervix.

·

·

·

·

35/39

Comprehensive molecular characterization of gastricadenocarcinoma

EBV is found within malignant epithelialcells in 9% of gastric cancers.

Amplification of 9p locus containing JAK2,CD274 and PDCD1LG2 was enriched in theEBV subgroup (15% of tumours).

·

·

JAK2 encodes a receptor tyrosinekinase and potential therapeutictarget.

CD274 and PDCD1LG2 encode PD-L1and PD-L2, immunosuppressantproteins.

-

-

36/39

ViitedWhy do viruses cause cancer? Highlights of the first century of human tumour virologyPatrick S. Moore & Yuan Chang Nature Reviews Cancer 10, 878-889 (December 2010)doi:10.1038/nrc2961

Retroviral oncogenes: a historical primer Peter K. Vogt Nature Reviews Cancer 12, 639-648(September 2012) doi:10.1038/nrc3320

The Biology of Cancer Robert A. Weinberg Garland Science (2007) ISBN: 9780815340782

Landscape of genomic alterations in cervical carcinomas Nature 506, 371–375 (20 February2014) doi:10.1038/nature12881

Comprehensive molecular characterization of gastric adenocarcinoma The Cancer GenomeAtlas Research Network Nature 513, 202–209 (11 September 2014) doi:10.1038/nature13480

·

·

·

·

·

37/39

Lingid loengutele

Sissejuhatav loeng

Vähitüübid

Onkoviirused

Onkogeenid

Retseptorid

Signaalirajad

Tuumorsupressorgeenid

Rakutsüklikontroll

·

·

·

·

·

·

·

·

p53 ja apoptoos

Immortalisatsioon

Tumorigenees

Genoomiterviklikkus

Mikrokeskkond

Metastaasid

Immuunsus

Vahiravim

·

·

·

·

·

·

·

·

39/39