Transformation und Onkogenese
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Molekulare Mechanismen der Pathogenese bei Infektionskrankheiten Transformation und Onkogenese Ralf Bartenschlager Abteilung Molekulare Virologie, Hygiene Institut INF345, 1. OG http://molecular-virology.uni-hd.de Wichtige Begriffe Immortalisierung Induktion der unbegrenzten Teilungsfähigkeit Transformation morphologische und physiologische Änderungen einer Zelle wie reduzierte Abhängigkeit/Verlust der Abhängigkeit von Wachstumsfaktoren Verlust der Kontakthemmung (Foci) Wachstum in Weichagar Abrundung, Streßfasern, Metabolismus u.a. tumorigen verursacht durch Infektion mit onkogenem Virus Behandlung mit Cancerogenen/Mutagenen Einführung/Aktivierung eines Onkogens Defekt eines Tumorsuppressorgens Onkogenese Entstehung von Krebs Entstehung eines Kolonkarzinoms (adenomatous polyposis coli) immortalisiert maligner Tumor Polyp benigner Tumor Tumorentstehung ist Mehrstufenprozess (deleted in colon carcinoma) Mutationen in mehreren zellulären Genen ~20% menschl. Tumoren mit Viren assoziiert Flint et al., Molecular Virology, 2004 Humanpathogene Viren, die mit Krebs assoziiert sind Epstein-Barr Virus Burkitt Lymphom, Nasopharynx Karzinom Humanes Herpersvirus 8 Kaposi Sarcom Hepatitis B Virus Leberzellkarzinom Hepatitis C Virus Leberzellkarzinom HTLV-1 Adulte T-Zell Leukämie Humane Papilloma Viren Cervixkarzinom u.a. Grundprinzipien der Transformation Transformation durch Retroviren: Transduzieren ein Onkogen zellulären Ursprungs Insertionsmutagenese virales Protein, das die zelluläre Genexpression beeinflusst Transformation durch DNA-Viren: Aktivierung des Zellzyklus (S-Phase) Aufbau und Replikationsstrategie der Retroviren Infektion Reverse Transkription Integration der DNA-Kopie in Wirtszellgenom (Provirus) RNA-Synthese (zell. RNA-Pol. II) Protein-Synthese Virus-Montage und Ausschleusung Flint et al., Molecular Virology, 2004 Onkogene Retroviren Transduzierende Viren Nichttransduzierende Viren Nichttransduzierende Viren mit langer Latenzzeit Effizienz der Tumorinduktion hoch (ca. 100%) hoch bis mittel sehr gering (< 5%) Latenzzeit kurz (Tage) intermediär (Wochen, Monate) lang (Monate, Jahre) Erreger Rekombinante Viren; bis auf intaktes Virus, intaktes Virus, Rous Sarcoma Virus defekt replikationskompetent replikationskompetent zell-abgeleitetes Onkogen, Aktivierung eines zellulären virus-kodiertes, regulatorisches transduziert in Zielzelle Onkogens durch ungerichtete Protein, das die virale Onkogenes Element Insertion des Provirus Transformation in Zellkultur ja nein Transkription kontrolliert nein Genomkarten transduzierender, onkogener Retroviren von Vögeln und Säugetieren Flint et al., Molecular Virology, 2004 Retroviral Transduzierte Onkogene • Wachstumsfaktoren • Rezeptoren für Wachstumsfaktoren (Tyr-Kinasen) • G-Proteine • Serin/Threonin- oder Tyrosin-Kinasen • Nukleäre Proteine (z.B. Transaktivatoren) Bei der Integration des c-onc in das Virusgenom kommt es häufig zu Mutationen v-onc mit Fehlfunktionen (z.B. konstitutive Aktivierung durch Punktmutation) v-onc steht zusätzlich unter der Transkriptionskontrolle des Provirus c-src und v-src v-src: Änderung von Y527 SH1 = Tyr-Kinasedomäne SH2 = Phosphotyrosin-Bindedomäne Binding of SH2 or SH3 to domains in other proteins or dephosphorylation of Y527 SH3 = Polyprolin-Bindedomäne SH4 = N-term. Myristylierungsdomäne regulatorische Funktion des C-terminus Src beteiligt an Kontrolle von: Zytoskelett Zellproliferation Flint et al., Molecular Virology, 2004 Flint et al., Molecular Virology, 2004 Insertionsbedingte Transformation bei Retroviren c-onc unter Transkriptionskontrolle des retroviralen Promotors/Enhancers (LTR) Dysregulation der zeitlich kontrollierten Expression von c-onc Inaktivierung des c-onc (Insertionsmutagenese) Flint et al., Molecular Virology, 2004 Nicht-transduzierende Retroviren mit langer Latenzzeit • Bsp.: HTLV-1 adulte T-Zellleukämie (ATL) • erstmals 1977 in Japan beschrieben • Virusisolation aus Leukämiezellen 1980 • komplexes Retrovirus mit viralen, regulatorischen Proteinen Transaktivator Grundprinzipien der Transformation Transformation durch Retroviren: Transduzieren ein Onkogen zellulären Ursprungs Insertionsmutagenese virales Protein, das die zell. Genexpression beeinflusst Transformation durch DNA-Viren Allgemeiner Replikationszyklus von DNA Viren (SV40) EARLY Ruhende Zelle S-Phase (virale DNA-Synthese) LATE Virusproduktion Flint et al., Molecular Virology, 2004 Transformation bei DNA Viren • Transformation und produktive Replikation schließen sich gegenseitig aus Zelle in S-Phase bei abortiver Replikation • Selten Integration des kompletten Virusgenoms in das Genom der Wirtszelle Häufig nur Teile des viralen Genoms erhalten (early Gene) • Z.T. episomale Persistenz des viralen Genoms (EBV, Papillomav.) • Transformation durch: Ö Beeinflussung der Signaltransduktion Ö zelluläre Homologe (bes. große DNA-Viren) Ö direkten Eingriff in Zellzyklus Schalterproteine des Zellzyklus: Retinoblastomprotein Rb Dephosphorylierung Rb Phosphorylierung Rb: entdeckt in Retinatumoren Tumorsuppressor, der Eintritt in die S-Phase reguliert Phosphorylierung durch CyclinD-abh.Kinase nukleäres Protein-bindendes Protein Hemmung der Rb-Funktion durch virale Proteine Rb hemmt Transkription von E2f-abh. Genen Virale Proteine verdrängen Rb aus Komplex mit E2f Replikationsenzyme (z.B.DNA-Polymerasen, Histone, Zellzyklusproteine) E1A (Adenovirus) stabilisiert E2f E7 (Papilloma Virus) induziert Degradation von Rb Zelluläre Schalterproteine des Zellzyklus: p53 Rb Dephosphorylierung Rb Rb Phosphorylierung p53 p53: das am häufigsten mutierte Gen in menschl. Tumoren (ca. 65% aller Tumore) Zellzyklusregulator in Abhängigkeit von DNA-Schäden oder unkontroll. Eintritt in S-Phase DNA-bindendes Protein; Transkriptionsregulator reguliert G1/S arrest (geringe DNA-Schäden) Apoptose (‚irreparable DNA-Schäden‘) CdK-Inhibitoren (p21) Inaktivierung von p53 durch adeno- und papovavirale Proteine Ubiquitin Proteinligase (inaktiver Komplex) Ad Ad Aktivator Repressor Flint et al., Molecular Virology, 2004 Vielfalt viraler Transformationsmechanismen (1) Flint et al., Molecular Virology, 2004 Vielfalt viraler Transformationsmechanismen (2)
