§ 6. Вирусный онкогенез.

Вирусный онкогенез – это тип вирусной персистенции, который ведет к пролиферации клеток чаще, чем к их гибели. Трансформацию клеток в опухолевые могут вызывать как ДНК-, так и РНК-вирусы. Из группы ДНК-вирусов такой способностью обладают представители семейств Herpes-, Papilloma-, Polyoma-, Hepadna-, Adeno-, Poxviridae. Онкогенные РНК-вирусы относятся к семействам Retro- и Flaviviridae. Роль ортомиксовирусов в вирусном онкогенезе изучается.

Универсальный механизм онкогенеза. Жизненный цикл нормальной клетки состоит из хронологически повторяющихся фаз: рост – дифференцирование – размножение, которые на определенном цикле завершаются апоптозом. Напротив, жизненный цикл опухолевой клетки состоит из бесконечной цепи событий: рост – размножение – рост – размножение и т.д., без наступления дифференцирования и апоптоза.

Фазы роста, дифференцирования, размножения и апоптоза контролирует более 100 клеточных генов. Одна их часть является генами роста и размножения, вторая – генами дифференцирования и третья – генами апоптоза. В нормальной клетке наблюдается циклическая смена генной активности: при функционировании одной группы генов все остальные группы блокируются.

В нормальной невирусинфицированной клетке активация генов роста и размножения происходит после того, как клетка прошла дифференцирование и определенное время выполняла свои специфические функции. В конце этого периода клетка находится перед выбором: размножаться или апоптировать. При отсутствии внешнего сигнала, подтверждающего необходимость функции данной клетки, включаются гены апоптоза. Если же клетка получает подтверждающий сигнал, она начинает делиться; в этом процессе участвуют гены роста и размножения.

В группу генов роста и размножения входят:

1. Гены, кодирующие протеинкиназы нерецепторного типа, которые путем фосфорилирования активируют другие гены из группы роста и размножения, что, в целом, стимулирует клетку к делению (гены семейства src; гены fes, abl, kit, mos, raf и другие);

2. Гены, кодирующие факторы роста, которые заставляют клетку готовиться к митозу (например, ген sis);

3. Гены, кодирующие рецепторы к факторам роста, которые представляют собой гомологи факторов роста. Рецепторы воспринимают сигнал к размножению и передают его на другие ферментативные системы (например, ген erb B);

4. Гены, кодирующие ядерные белки-регуляторы транскрипции, повышающие синтез ДНК.

5. Гены, кодирующие ДНК-связывающие белки (mys и другие);

6. Гены, кодирующие ГТФ-связывающие белки, участвующие в синтезе РНК.

После деления клетки гены роста и размножения активируют посредством своих белков гены дифференцирования, продукты которых, в свою очередь, подавляют активность генов роста и размножения.

Опухолевый процесс полиэтиологичен. Но все причины опухолей, в том числе и доказанной вирусной этиологии, как вода через горлышко воронки, проходят одно критическое русло – ДНК, оставляя в ней определенный след.

Единым универсальным механизмом онкогенеза является: 1) реактивация заблокированных при дифференцировании клетки нормальных клеточных генов роста и пролиферации; и 2) блокада генов дифференцирования и апоптоза.

В опухолевой клетке постоянно активированными остаются только гены роста и размножения. В связи с этим опухолевая клетка становится «бессмертной». Непрерывно увеличивающаяся масса опухолевых клеток использует «львиную долю» пластического и энергетического материала организма, приводя последний к истощению и гибели.

Протоонкогены и онкогены. Гены роста и размножения, находящиеся в геноме нормальной клетки, называют также протоонкогенами. Это связано с тем, что протоонкогены являются предшественниками онкогенов. Онкогены – это гены роста и размножения нормальной клетки, включенные в состав генома вирусов. Образование вирусных онкогенов осуществляется механизмом инсерции с последующей делецией клеточных протоонкогенов. При захвате вирусами протоонкогенов последние могут модифицироваться путем удаления интронов. Онкогены не кодируют жизненно важных для вирусов белков, и их утрата не лишает вирус способности размножаться в чувствительных клетках.

Клеточные гены (протоонкогены) имеют индекс «с», вирусные онкогены – «v». Например, c-src, v-src (src – саркома). Семейство протоонкогенов состоит из более 100 генов, такое же количество включает в себя и семейство онкогенов.

Онкогенные вирусы. Различают 2 типа онковирусов: 1) вирусы, содержащие онкоген (onc⁺-вирусы) и 2) вирусы, не содержащие онкоген (onc^--вирусы). Это разделение условно, поскольку оnc^-- и оnс⁺-вирусы способны реализовать свой онкогенный потенциал всеми известными механизмами. К оnс^--вирусам относятся (за исключением флавивирусов) преимущественно ДНК-вирусы. Оnc^--вирусы, в основном, вызывают острые и хронические клинически манифестные вирусные инфекции, попадая в организм из окружающей среды (экзогенное инфицирование). К оnс⁺-вирусам принято относить ретровирусы, склонные к персистенции и передающиеся по наследству преимущественно хромосомным путем (эндогенные вирусы).

Onc^--вирусы реализуют свою онкогенную способность без включения протоонкогенов в вирусный геном, хотя это и является возможным. Активация протоонкогенов происходит преимущественно под влиянием промоторов оnс^--вирусов, если ДНК последних была интегрирована вблизи протоонкогена. Это приводит к избыточной продукции белков протоонкогенов и может вызвать опухолевую трансформацию клетки. Активация протоонкогенов оnс^--вирусами может произойти без интеграции вирусного генома в геном клетки-хозяина в результате деметилирования, фосфорилирования протоонкогенов, активации факторов роста и блокирования генов апоптоза. Геном оnс^--вирусов не всегда присутствует в геноме клетки-хозяина. Оnc⁺-вирусы реализуют свой онкогенный потенциал преимущественно благодаря включению в свой геном протоонкогенов, преобразуя их в онкогены. Геном онкогенного вируса не только всегда присутствует в трансформированных клетках, но и функционирует. Оnc⁺-вирусы могут утрачивать онкоген, но это не нарушает их нормальной жизнедеятельности, поскольку сам по себе онкоген вирусу не нужен.

Основное различие между onc⁺- и onc^--вирусами состоит в том, что: onc^--вирус, проникнув в клетку, не вызывает ее трансформации в раковую или вызывает крайне редко. Оnc⁺-вирусы, попадая в ядро клетки, трансформируют ее в раковую.

Механизмы вирусного онкогенеза.

1. Мутационное активирование протонкогенов, которое может осуществляться несколькими способами.

Инсерция с транслокацией. Во время репликации оnс^- ретровируса в вирусный геном может быть включена часть генома клетки-хозяина, что ведет к образованию онкогена. В последующем ретровирус, имеющий онкоген, может инфицировать другую клетку и его геном обратно транскрибируется в провирусную ДНК. Некоторые из провирусных ДНК могут встраиваться в ДНК клетки-хозяина. Под действием вирусных промоторов онкоген активируется, что сопровождается увеличением количества продуктов онкогена внутри клетки. В связи с тем, что продукты многих онкогенов являются факторами клеточного роста, происходит трансформация нормальной клетки в опухолевую.

Точечные генные мутации. Точечные мутации в протоонкогене С-myc 8-й хромосомы имеют место при лимфоме Беркетта, вызванной вирусом Эпштейна-Барра.

Инсерции вирусов. Примером индукции опухолей путем инсерции является внесение в клеточный геном лейкозных вирусов, не содержащих онкогены. Вирусная промоторная ДНК, инсерцированная по соседству с клеточным протоонкогеном, активирует ген до неестественного и вызывающего рак уровня экспрессии.

Хромосомные транслокации. У человека протоонкоген с-myc локализован на 8 хромосоме и способен типично транслоцироваться на иммуноглобулиновые локусы хромосомы 14 и менее часто – на хромосомы 2 или 22. Транслокация ведет к транскрипционной активации прото-myc, побуждая его функционировать как онкоген. Активацию вызывают активные промоторы иммуноглобулиновых генов 14, 2 и 22 хромосом. Транслокация между хромосомами 8 и 14 у человека характерна для лимфомы Беркетта при инфицировании вирусом Эпштейна-Барра.

Амплификация (умножение) генов. Увеличение копий протоонкогенов является следствием амплификации, так как образуются дополнительные матрицы для синтеза РНК. Увеличение копий протоонкогенов в 3-60 раз приводит к увеличению количества белков, кодируемых ими, а, следовательно, к повышенной стимуляции клеточного роста и деления. Амплификацию вызывают, например, папиллома- и полиомавирусы.

2. Метаболическое активирование протоонкогенов.

Деметилирование. Блокада генов роста и трансформации в зрелых клетках наступает вследствие их метилирования. Деметилирование вызывает их реактивацию, что может быть вызвано вирусными белками.

Фосфорилирование рецепторов к факторам роста, что повышает чувствительность клеток к их действию. Фосфорилирующим свойством обладают 1-й и 2-й латентные белки оболочки вируса Эпштейна-Барра, что в конечном итоге приводит к трансформации инфицированных вирусами В-лимфоцитов (лимфома Беркетта).

Ассоциации ранних вирусных генов с конкретными регуляторными протеинами или со специфическими хромосомными участками. В результате этого происходит активация ассоциированного фактора, что ведет к опухолевой трансформации.

3. Активация факторов роста.

Активация G₁-циклина, который делает клетки практически бессмертными. Активацию G₁-циклина способны вызывать 2-й и 5-й ядерные белки вируса Эпштейна-Барра, индуцирующие развитие лимфомы Беркетта.

4. Мутационное блокирование функции генов апоптоза. Все онкогенные вирусы могут встраивать свои геномы в геномы клеток хозяина. Это приводит к генной мутации в месте встраивания. Поврежденные гены инактивируются. Экспрессия генов хозяина далее от места встраивания нарушается. Одним из важных исходов такой мутации является нарушение функции генов апоптоза, что ведет к опухолевой трансформации клетки. Мутации гена р53 способен вызывать, например, HBx-антиген вируса гепатита В.

5. Метаболическое блокирование функции генов апоптоза. Ранние белки вирусов способны подавлять апоптоз путем: а) активации антиапоптозных рецепторов генов р53, bcl2, ced-9, bcl-w, bcl-xL, mcl-1, A1/Bf1, Nr13; б) прямой инактивации каспаз; в) подавления образования на поверхности опухолевой клетки FAS-рецептора, что делает опухолевую клетку «невидимой» для Т-киллеров.