I. Transformation durch Aktivierung von zellulären Signal

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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi Transformation/Polyomavirus
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
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Transformation/Polyomavirus
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
VORLESUNGSPLAN
Transformation/Polyomavirus
Thema
1
Transformation ; DNA Viren ;
Datum
Stunden/Lektor
Ort
15.4.
1,5; RBW
Gosser HS
Genetik ; MW
Str.
Infektionsphänotypen; DNA
Viren
22.4.
1,5; RBW
Molekulare Diagnostik
29.4.
1,5 HN
1
DNA Viren
6.5.
1,5 RBW
VORLESUNGSFREI (offiziell)
13.5.
RNA Virus Vektoren
20.5.
1,5; BS
DNA Virus Vektoren
27.5...
1,5 BS
Vakzine
3.6.
1,5 BS
Antivirale Strategien
10.6.
1,5 RBW
Virusevolution
17.6.
1,5 RBW
Neurovirologie
24.6.
1,5 RBW
“Joker” oder Vorlesungsfrei
1.7.
Klausur
8.7.
1,5 RBW, HN
Grosser HS
Genetik
1RBW:
BS:
HN:
Ruth Brack-Werner:
[email protected]
Brian Salmon:
[email protected]
Hans Nitschko: [email protected]
2Parvoviren,
Molekulare Virologie
Polyomaviren, Pockenviren, Papillomaviren, Herpesviren
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Beteiligung von Viren an
Krebserkrankungen
Direkt:
Transformation/Polyomavirus
Infektion führt zur onkogenen Transformation
der Zelle. Beispiel: Rous Sarcoma Virus
Indirekt: Infektion von Zelle A führt zu Veränderungen,
die die onkogene Transformation der Zelle B
begünstigen.
Beispiel Humanes Immundefizienzvirus
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Beispiel für die virus-assoziierte Onkogenese
Transformation/Polyomavirus
durch indirekte Mechanismen
AIDS (HIV) assoziierte Tumorerkrankungen
•Kaposi Sarkom:
maligne Erkrankung des Gefäss-Systems;
Mischung von Endothelzellen und inflammator. Zellen;
•AIDS-related lymphomas (ARL);
Non-Hodgkin’s Lymphome;
in erster Linie B-Zell-Ursprung; oft EBV oder HHV-8 positiv
Burkitt’s Lymphom;
diffuses gross-zelliges B-Zelllymphom (DLBCL);
Primäres ZNS-Lymphom (PCNS)
•Cervixkarzinom;
Gebärmutterhalskrebs;
Epithelzellen
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Beispiele für Tumor-auslösende RNA Viren
Transformation/Polyomavirus
Retroviridae
RSV, MSV,
MuLV;
SSV/SSAV;
HTLV
Verschiedene
Tumore und
Leukämien
Flaviviridae
Hepatitis C
Virus
Leberkarzinome
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Beispiele für Onkogene DNA-Viren
Transformation/Polyomavirus
Adenoviridae
Adenovirus
Hepadnaviridae
Papillomaviridae
Hepatitis B
Virus
Epstein Barr
Virus
HPV 16, -18
Polyomaviridae
SV40
Herpesviridae
Molekulare Virologie
Verschiedene
solide Tumore
Leber-Karzinome
B-Zell
Lymphome
Cervix Karzinom
Verschiedene
solide Tumore
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Krebserkrankungen beim Menschen mit
virale Beteiligung
Transformation/Polyomavirus
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Einige gemeinsame Eigenschaften der
onkogenen Zell-Transformation durch Viren
1.
Transformation/Polyomavirus
Infektion führt nicht zum Zelltod;
2. Einmalige Infektion der Zelle ausreichend für ihre
Transformation (“single-hit” Mechanismus);
3. Persistente Infektion;
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Zelltransformation durch Retroviren
Transformation/Polyomavirus
Transduzierende Viren;
Übertragen ein Onkogen;
Nicht-transduzierende Viren;
Enthalten selber kein Onkogen;
Transformation ist auf die Beeinflussung der
Expression von zellulären Tumor-assoziierten
Genen zurückzuführen.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Transformierte Zellen
Transformation/Polyomavirus
Mögliche Eigenschaften
1. Immortalisation;
2. Morphologische Veränderungen;
3. Verminderte Abhängigkeit von Wachstumsfaktoren;
4. Können bei Nährstoffmangel nicht in die Ruhephase
eingehen;
5. Können “ Foci” (= Zellhaufen) bilden;
6. Wachstum ohne Anheftung möglich;
7. Tumorinduktion in Versuchtstieren;
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Virus-transformierte Zellen
Transformation/Polyomavirus
Beispiel: Rous sarcoma virus infizierte und
transformierte Hühnerzellen
Focus A
Übereinander wachsende
Zellen in Focus A
Focus C
Normale und transformierte
Zellen in Focus C
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.2.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Mechanismen der onkogenen
Zelltransformation
Transformation/Polyomavirus
1. Dauerhafte Aktivierung von zellulären SignalTransduktionswegen;
2. Eingriff in die Zellzyklus-Kontrolle;
3. Verhinderung der Apoptose.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Transformierende Gene/Proteine
von DNA Viren
Transformation/Polyomavirus
Häufige Eigenschaften:
1. Sind häufig regulatorische Proteine, die in der frühen
Phase des viralen Replikationszyklus exprimiert
werden;
2. Multifunktionell;
3. Interaktion mit zellulären Faktoren ist wesentlich für die
Transformation;
4. Die Transformation ist oft das Ergebnis der
Zusammenwirkung von mehreren viralen Protein;
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Tumor-Induktion durch DNA Viren
Transformation/Polyomavirus
Persistente Virus-Infektion;
•
Persistenz des viralen Genoms durch Integration in
das Wirtszellgenom (z.B. Polyomavirus) oder
extrachromosomal als Episom (z.B. EBV)
•
Dauerhafte Expression von wenigen oder
einem viralen Genprodukt;
•
Molekulare Virologie
Transformation ist ein seltenes Ereignis.
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Mechanismen der onkogenen
Zelltransformation
I.
Transformation/Polyomavirus
Dauerhafte Aktivierung von zellulären SignalTransduktionswegen;
II.
Eingriff in die Zellzyklus-Kontrolle;
III.
Verhinderung der Apoptose.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
I. Transformation durch Aktivierung von
zellulären Signal-Transduktions WegenTransformation/Polyomavirus
Aktivierung von Tyrosin-Kinasen: Beispiel c-Src
Myristyl-Kette
P
X v-src
Membranverankerung
Kinase Aktivität
Protein-Protein Interaktionen:
SH3: Prolin-reiche Sequenz
SH2: Phosphotyrosine-haltige Sequenz
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.9A.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
I. Transformation durch Aktivierung von
zellulären Signal-Transduktions Wegen
Transformation/Polyomavirus
De-Aktiverung durch Phosphorylierung von Y527
Inaktive Konformation:
Zusammengehalten
durch Interaktion von dem
phospyhorylierten
Tyrosine 527 mit der SH2
Domäne von c-Src.
Aktivierung:
Autophosphorlyierung von Y416 durch
Bindung von Liganden an SH2 bzw. SH3
Domänen bzw. Dephosphorylierung von Y527D
Martin GS. The hunting of the src. 2001. Nature Reviews Molecular Biology 2, 467-475
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
I. Transformation durch Aktivierung von
zellulären Signal-Transduktions WegenTransformation/Polyomavirus
Mechanismen zur dauerhafte Aktivierung c-Src:
•
Beispiel RSV: Transduktion eines Genes das für ein
dauerhaft aktiviertes Src-Analog kodiert (v-Src).
Martin GS. The hunting of the src. 2001. Nature Reviews Molecular Biology 2, 467-475
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
I. Transformation durch Aktivierung von
zellulären Signal-Transduktions WegenTransformation/Polyomavirus
Mechanismen zur dauerhafte
Aktivierung c-Src:
Beispiel Polyomavirus Mittel-TAntigen:
Protein
Phosphatase
2a
Rekrutierung von verschiedenen
zellulären Proteinen zur
Aktivierung von Src einerseits
(hier PP2A) und von SignalTransduktionskaskaden
andererseits
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.14B.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
I. Transformation durch Aktivierung von
zellulären Signal-Transduktions Wegen
Transformation/Polyomavirus
Simulation von aktivierten Rezeptoren für
extrazelluläre Signale
Beispiel: LMP-1 (Latent Membrane Protein 1) von EBV
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
LMP1 simuliert den TNF-Receptor 1
Transformation/Polyomavirus
TNFα
LMP1
TNF-receptor 1
TRAFs
RIP
RIP
TRAF2
TRADD
Anti-apoptotic pathways
Survival
Transformation
Molekulare Virologie
TRADD
Apoptosis, necrosis
Survival
Arnd Kieser, AG Signal Transduction, Dept. Gene Vectors, GSF
Ruth Brack-Werner; SS 2008
LMP-1 induziert verschiedene
Signal-Transduktion Wege
Transformation/Polyomavirus
LMP-1 (Oligomerisiert)
CTAR:- C-terminal activating
region of LMP-1
Traf: Tumor necrosis factor
receptor associated protein
JAK: Janus kinase
Tradd: Traf adaptor
JNK: Jun N-terminal kinase
IkB: Inhibitor of kappa B
NFkB: Nuclear factor kappa B
STAT: signal transducer and
activation of transcription
AP-1: Activator protein
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.13.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
I. Transformation durch Aktivierung von
zellulären Signal-Transduktions Wegen
Transformation/Polyomavirus
Chung JY et al., 2002. J Cell Sci 115, 679-688
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
(II) Eingriff in die Zellzykluskontrolle
Transformation/Polyomavirus
Der Zellzyklus
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.4.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
Zellzykluskontrolle: Zyklin/Kinase Komplexe
Transformation/Polyomavirus
Cyclin
B+
cdk2
Zyklin = regulatorische Untereinheit
Cyclin
A+
cdk2
Zyklinabhängigen kinase =
katalytische Untereinheit
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.5.
Mitogene: Wirksam in der G1 Phase bzw. in Go, wo sie den Eintritt in den Zellzyklus bewirken;
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
(II) Inaktivierung von Tumor-SuppressorTransformation/Polyomavirus
Proteinen; Rb Protein
Eigenschaften des RbProteins
1. Tumor-Suppressor-Protein
2. Im hypo-phosphorylierten Zustand bindet Rb den
Transkriptionsfaktor E2F und hemmt die Transkription von
E2F-abhängigen Genen;
3. Die Phosphorylierung von Rb durch Zyklin D/Kinasen führt zur
Freisetzung von E2F;
4.
E2F aktiviert die Expression von verschiedenen Genen:
1. Zykline/Kinasen zur weiteren Phosphorylierung von Rb;
2. Gene für die DNA Synthese und Mitose;
3. E2F Gen
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Ruth Brack-Werner; SS 2008
(II) Regulation von E2F durch Rb
Transformation/Polyomavirus
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.16A.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
(II) Freisetzung von an Rb Protein
gebundenes E2F durch virale Proteine Transformation/Polyomavirus
Abbau von Rb-E2F Komplexen durch SV40 T-antigen
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.17.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
(II) Funktionelle Domänen des Rb Proteins
Transformation/Polyomavirus
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.16B.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
(II) Weitere virale Mechanismen zur
Inaktivierung von Rb
Transformation/Polyomavirus
Förderung der Phosphorylierung von Rb durch Erhöhung des
Pools an Zyklin/Kinasen
1. HHV-8 v-Cyclin:
•
Virus-kodiertes Zyklin; Homolog von Zyklin D2;
•
Bindet nur sehr schwach an Zyklin-Inhibitoren.
2. HPV E7:
•
Bindet und inaktiviert den G1 Zyklin-Inhibitor p21Cip1
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Ruth Brack-Werner; SS 2008
(III) Hemmung der Apoptose: Inaktivierung
Transformation/Polyomavirus
von p53
1. Entdeckung auf Grund seiner Bindung an SV40 LT-Antigen;
2. Sensor für Genom-Schäden/Veränderungen;
3. Am häufigsten mutiertes Gen in menschlichen Tumoren;
4. Protein ist in normalen Zellen sehr instabil (Bindung von Mdm-2
katalysiert die Ubiquitinylierung und fördert damit den Abbau von p53
durch Proteasomen);
5. Wird stabilisiert durch Bindung von anderen Proteinen (z.B. Atm) bei
Doppelstrang-Brüchen bzw. bei der DNA-Reparatur
6. Transkriptionsfaktor; wirkt als Tetramer; Aktiviert die Expression von
Genen die den Zellzyklus anhalten (z.B. den Zyklin-Inhibitor p21Cip1)
oder die Apoptose induzieren;
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(III) p53 Struktur
Transformation/Polyomavirus
DNA
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.19.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
(III) Mechanismen zur Inaktivierung von
Transformation/Polyomavirus
p53 durchs virale Proteine
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.21.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008
(III) Mechanismen zur Inaktivierung von
Transformation/Polyomavirus
p53 durch virale Proteine
1. Beschleunigung des Abbaus von p53
(HPV E6, Adenovirus E1B + E4);
2. Sequestrierung in inaktive Komplexe (SV40 LT);
3. Veränderung der Funktion von p53 durch Interaktion mit viralem
Protein (z.B. Bindung führt dazu, dass p53 die Transkription
unterdrück, anstatt sie zu aktivieren).
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2008