Одной из причин, вызывающей трансформацию клеток, может быть вирусная инфекция. Существует множество раковых вирусов, содержащих как ДНК, так и РНК. Примеры трансформирующих вирусов и их свойства представлены в таблице 7:
Класс вируса
Тип вируса
Размер генома т.п.н
Онкогены
Происхождение онкогена
Действие онкогена
Вирус полиомы
дцДНК
5-6
Т-антигены
Ранний вирусный ген
Инактивация РСГ
Вирус папилломы (HPV)
дцДНК
Е6 и Е7
Ранний вирусный ген
Инактивация РСГ
Аденовирус
дцДНК
Е1А и Е1В
Ранний вирусный ген
Инактивация РСГ
Ретровирус
оцРНК
6-9
Индивидуальные
Клеточное
Активация ПО
Вирус Эпштейна-Барра
дцДНК
BNLF-1
Летальный вирусный ген
Инактивация РСГ
В зависимости от ответа на вирусную инфекцию клетки делятся на два класса: 1. Пермиссионные (позволяющие) клетки продуктивно инфицируются, то есть в них происходит полный жизненный цикл вируса, сопровождающийся репликацией вируса, лизисом клетки и выходом наружу вирусных частиц. 2. Непермиссионные клетки подавляют репликацию вируса. При этом может происходить интеграция вирусного генома в клеточный, что может сопровождаться трансформацией. Трансформацию клеток онкогенными вирусами объединяет общий механизм. Рассмотрим их более подробно. Вирус полиомы – малый ДНК-содержащий вирус, найденный у мышей. Его аналоги найдены у макаки резус (вирус SV40) и человека (вирусы BK и JC). В пермиссионных клетках естественных хозяев они не вызывают трансформации. Например, вирусы ВК и JC онкогенны для грызунов, но не человека. Геном вирусов разделен на две части – раннюю и позднюю в соответствии со временем ее активной экспрессии в жизненном цикле вируса. В ранней области закодированы два белка – большой и малый Т-антиген (Tumor), транскрибируемые с одного гена в результате альтернативного сплайсинга. В пермиссионных клетках они инициируют репликацию вирусной ДНК и стимулируют синтез ДНК и экспрессию генов хозяина, в том числе и контролирующих пролиферацию. В непермиссионных клетках, где репликация вируса подавлена, повышенная пролиферация может приводить к трансформации. Вирус папилломы – малый ДНК вирус, вызывающий эпителиальные опухоли. Известно 75 видов вируса HPV (Human Papilloma Virus), многие из которых связаны с доброкачественным ростом, например, возникновением бородавок. Некоторые же из этих вирусов вызывают рак. В частности, цервикальный рак может быть связан с экспрессией вирусных белков Е6 и Е7, иммортализующих клетку путем подавления активности Rb и р53 соответственно. Аденовирус человека был изолирован из аденоидов. Сходные вирусы найдены у других млекопитающих. Это большая группа близкородственных вирусов, состоящая из более 80 индивидуальных членов. Наиболее охарактеризованы аденовирусы человека, так как они вызывают простудные заболевания. Эти вирусы способны инфицировать большое число клеток. Клетки человека являются пермиссионным, и, следовательно, продуктивно инфицируются. Все аденовирусы способны трансформировать лишь непермиссионные клетки, к которым относятся клетки некоторых грызунов. Наиболее эффективно трансформирующее действие аденовируса проявляется на новорожденных грызунах. Трансформирующее действие аденовируса аналогично действию вируса полиомы и связано с подавлением действия Rb и р53 продуктами ранних генов Е1А и Е1В. Вирус Эпштейна-Барра (EBV) – один из представителей семейства вирусов герпеса, связанный со многими болезнями человека (мононуклеозис, назофарингальная карцинома, лимфома Беркита и другие лимфопролиферативные болезни). В-лимфоциты человека инфицируются этим вирусом in vitro и становятся иммортализованными. Вирусную ДНК находят и в трансформированных клетках. Остается до конца неизвестным, какие гены EBV вызывают трансформацию. Идентифицирован белок BNLF-1, который, видимо, активирует определенные клеточные гены. Ретровирусы кардинально отличаются от вирусов, упомянутых ранее, по их способности переносить генетическую информацию не только горизонтально, но и вертикально. Горизонтальный перенос – это нормальный процесс вирусной инфекции, при котором увеличивается число пораженных клеток у одного хозяина. Вертикальный перенос связан с интеграцией вируса в половые клетки в качестве эндогенного провируса. Он наследуется по законам Менделя. Жизненный цикл вируса осуществляется при помощи обратной транскрипции: РНК- оцДНК-дцДНК – интеграция в геном- инфекционная РНК. Интеграция в геном приводит к вертикальной трансмиссии провируса. Экспрессия провируса может генерировать ретровирусные частицы, которые передают генетическую информацию горизонтально. По способности вызывать рак опухолевые ретровирусы делятся на две большие группы: 1. Недефективные вирусы, которые имеют обычный для ретровирусов жизненный цикл. Они имеют длинный латентный период и часто связаны с возникновением лейкемий. Существует две классические модели: FeLV (Feline leukemia virus) и MMTV (mouse mammary tumor virus). Опухолеобразование не связано с определенными вирусными ПО, а со способностью вируса активировать клеточные ПО. 2. Быстро трансформирующие вирусы передают новую для клетки генетическую информацию в виде ПО. Если в вирусе не содержится онкоген, то вирус не представляет опасности. ПО становится оригинальным клеточным геном. Быстро трансформирующие вирусы быстро вызывают рак и могут трансформировать клетки in vitro. Ретровирус захватывает клеточный ген путем обмена своей собственной последовательности на клеточную. Такая трансдукция вируса имеет два очень важных свойства: 1. Такой вирус, содержащий клеточный ген, обычно не может сам реплицироваться, так как вирусным генам для репродукции не нужен обмен с клеточным геном. Все такие вирусы дефектны, но они могут инфицировать с помощью «помощника» – вируса дикого типа, который обеспечивает функции, потерянные при рекомбинации. 2. Во время инфекции трансдуцирующий вирус несет клеточные гены, которые получены им в результате рекомбинантных событий и их экспрессия может повреждать фенотип инфицированной клетки. Вирус, несущий информацию о росте клетки, имеет преимущество в будущем цикле инфекции. После захвата вирусом клеточного гена, в нем может случиться мутация и его влияние на фенотип клетки усилится. Конечно, трансфекция не является единственным механизмом влияния ретровируса на клетку хозяина. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ-1 или HIV-1) инфицирует и убивает Т -лимфоциты, снижая таким образом активность иммунной системы и индуцируя СПИД. ВИЧ не трансформирует клетки, однако больные часто страдают некоторыми видами рака, в частности лимфомами и саркомой Капоши. В вирусах идентифицировано более 30 клеточных онкогенов. Обычно вирусы несут один онкоген. Вирусный онкоген обозначают как v-onc, а клеточный – c-onc. Существует две модели, объясняющие различие между вирусными и клеточными онкогенами. Количественная модель предполагает, что вирусные онкогены качественно не отличаются от клеточных, но их экспрессия повышена или ее не возможно выключить. Качественная модель предполагает, что клеточные онкогены действительно теряют онкогенные свойства, но могут быть конвертированы мутацией в онкоген. Каждый онкоген может вести себя в соответствии с какой-либо из этих двух моделей. Об онкогенном потенциале трансформирующих вирусов свидетельствуют следующие факторы: 1. Мутации в вирусных онкогенах понижают их трансформационную активность 2. Обнаружены события, при которых клеточный онкоген становится онкогеным. Например, это происходит при изменении последовательности клеточного онкогена. Прямые доказательства того, что экспрессия вирусных онкогенов сопровождается трансформацией, получены на примере вируса саркомы Рауса. Чувствительные к температуре мутации в v-src при повышении температуры возвращали клетки от трансформированного фетотипа к нормальному, тогда как понижение температуры реверсировало трансформированный фенотип. Src – пример гена, свойства которого напоминают c-onc. V-src онкогенен при низких уровнях экспрессии белка, c-src – при высоких (более 10 от нормы). Некоторые ПО слабо онкогенны при повышении их экспрессии, но найденные изменения в v-onc или появляющиеся изменения в c-onc обладают более эффективной трансформирующей способностью (Например, ras и myc). В некоторых случаях v-onc образуются при потере последовательностей, кодирующих С-конец или N-конец (или оба), вероятно, в результате рекомбинантных процессов. Потеря этих областей может устранять регуляторный контроль над v-onc, который в норме лимитирует активность c-onc. Такие изменения в последовательности необходимы для src. V-src – онкоген при низкой концентрации, c-src – не онкоген даже при относительно высоком содержании белка (в десять раз больше нормы). Концепция, что ОГ активируются от ПОГ – важная парадигма для рака животных. У человека в большинство событий вирусные интермедиаты не вовлечены в процесс трансформации.
