Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Ноября 2013 в 10:15, доклад
Вирусно-генетическая теория возникновения опухолей, предложенная еще в 40-х годах Л.И. Зильбером, получила за прошедшие годы многочисленные подтверждения. Теперь очевидно, что хотя вирусы не являются единственной причиной рака, они играют большую роль в этиологии злокачественных заболеваний как у человека, так и у животных. В этом принимают участие различные ДНК- и РНК-содержащие вирусы.
Вирусно-генетическая теория возникновения опухолей, предложенная еще в 40-х годах Л.И. Зильбером, получила за прошедшие годы многочисленные подтверждения. Теперь очевидно, что хотя вирусы не являются единственной причиной рака, они играют большую роль в этиологии злокачественных заболеваний как у человека, так и у животных. В этом принимают участие различные ДНК- и РНК-содержащие вирусы. Опухоли, у которых вирусы идентифицированы в качестве этиологических факторов, обнаружены у многих видов млекопитающих и птиц. Они способны вызывать трансформацию клеток in vitro и индуцировать опухоли in vivo. В составе этих вирусов идентифицированы либо специальные гены ( онкогены ), продукты которых непосредственно контролируют трансформированный фенотип зараженных клеток, либо гены, продукты которых индуцируют экспрессию других генов, участвующих в контроле пролиферации клеток. Оба типа вирусов представляют собой прекрасную модель для изучения изменений в биологическом поведении клеток в результате взаимодействия различных типов генов. Вирусный канцерогенез имеет ряд существенных особенностей, связанных с привнесением в клетку собственной генетической информации. В случае онкогенных ретровирусов можно утверждать, что они выступают либо в качестве агентов, активирующих клеточные протоонкогены ( слабоонкогенные вирусы ) , либо несут трансформирующие последовательности, ведущие свое происхождение от тех же клеточных протоонкогенов. Причем имеющиеся мутационные различия в кодирующей последовательности вирусного онкогена и клеточного протоонкогена играют существенную роль в повышении его трансформирующей активности ( Ferracini R., Brugge J., 1990 , Tabin C.J., Weinberg R.A., 1985 , Lang M. et al., 1994 ).
Характерной особенностью опухолевых заболеваний, ассоциированных с вирусами, является длительный латентный период, от момента инфекции до проявления заболевания составляющий от 10 до 40 лет.
Хотя вирусы, обладающие онкогенным потенциалом, были выделены у многих животных и птиц, человек представлял в этом плане исключение в течение достаточно длительного периода времени, так как многочисленные попытки выделения вируса при различных опухолях человека заканчивались безрезультатно. Определенный прорыв наметился в начале 80-х годов, когда были выделены как ДНК-, так и РНК-содержащие вирусы, которые по многим критериям можно было охарактеризовать как этиологический фактор данного опухолевого процесса [ Weiss R., 1999 ].
К настоящему времени известно несколько вирусов, которые ответственны за возникновение около 15% всех опухолей человека. К их числу следует отнести вирусы прямого действия - вирусы папиллом , которые являются этиологическим фактором опухолей шейки матки и содержат собственные трансформирующие гены, два типа ДНК- содержащих вирусов - вирус гепатита В , ассоциированный с опухолями печени , и два герпес-вируса - Эпстайна-Барр , ассоциированные с раком носоглотки и лимфомой Беркитта , и вирус герпеса типа 8 , связанный с саркомой Капоши. Известно, что Т-лимфотропный вирус человека (HTLV) индуцирует Т-клеточный лейкоз у взрослых. Вирусы гепатита B (HBV) и вирусы гепатита С (HCV) способствуют развитию карциномы печени, они относится к числу вирусов непрямого действия, поскольку не содержит в своем составе онкогена, а онкогенный потенциал проявляет путем активации клеточных генов, участвующих в процессах пролиферации. Что касается обоих герпес-вирусов, то их структура настолько сложна, что все имеющиеся экспериментальные данные об онкогенном потенциале отдельных участков генома этих вирусов носят пока еще предварительный характер но выяснено, что герпесвирус , ассоциирован с саркомой Капоши (KSHV) , - ретроперитональный фиброматоз .. Идентифицирован также один РНК-содержащий ретровирус - вирус Т-клеточного лейкоза взрослых ( HTLV I ), который охарактеризован как этиологический фактор у больных со сравнительно редким и эндемичным видом лейкоза ( Т-клеточный лейкоз взрослых - ATL ). Этот вирус также не имеет собственного онкогена, но содержит ген, который кодирует несколько белков, способных активировать различные факторы, в том числе цитокины , стимулирующие клетки к активной пролиферации.
Механизм опухолевой конверсии под действием вирусов специфичен для каждого типа вируса, но, как правило, он связан с нарушением функций клеточных генов, участвующих в процессах деления и пролиферации клеток. Это может быть прямая инактивация генов-супрессоров в результате взаимодействия с продуктами вирусных генов, как это имеет место в случае вирусов папиллом, или в результате трансактивирующего действия вирусных генов на клеточные гены, модулирующие пролиферацию клеток, как это имеет место в случае вируса гепатита В и HTLV I. Вирус является инициирующим фактором и для полного проявления онкогенного потенциала вирусных генов необходимы дополнительные генетические изменения в геноме инфицированной клетки, приводящие к формированию моноклональной популяции клеток с неконтролируемой пролиферацией.
За последние годы произошел большой прогресс в изучении механизмов вирусного онкогенеза и его особенностей. К ключевым моментам можно отнести открытие мутационного эффекта вирусов и их онкогенов на геном млекопитающих, сделанное Н.И. Шапиро и его коллегами [ Gorbunova ea 1982 , Baron ea 1992 ], выявление инсерционного мутагенеза, вызываемого внедрением вирусов в геном [ Varmus ea 1982 , Green ea 1988 ], обнаружение влияния, оказываемого продуктами различных вирусных генов на экспрессию клеточных генов [ Steulund ea 1990 , Husain ea 1996 ], и многое др.
Вместе с тем постепенно накапливались данные, указывающие на то, что канцерогенез является многоэтапным процессом .Как правило, к злокачественному перерождению приводит каскад событий, затрагивающий множество различных клеточных и вирусных генов [ Hunter ea 1997 ]. При этом, однако, не всегда понятно, что служит основным сигналом, запускающим данный каскад. Для выяснения молекулярных механизмов онкогенеза в последние годы стали широко использовать такие новые подходы как трансгеноз в сочетании с таргетингом , вычитающую гибридизацию, сравнительную геномную гибридизацию и др. Новые подходы существенно расширили наши представления о данной патологии.
Выяснилось, что вирусы влияют на апоптоз клеток и этим пролонгируют или сокращают их выживание (Выяснилось, что вирусы влияют на апоптоз клеток и этим пролонгируют или сокращают их выживание [ Herbein ea 1998 , Liu ea 1998 , Derfuss ea 1998 , Benn ea 1996 ]. В частности, показано, что HIV индуцирует апоптоз в CD+T- лимфоцитах [ Herbein ea 1998 ], вирус MDV оказавает антиапоптотическое действие на Т- лимфоциты [ Liu ea 1998 ], препятствуют апоптозу вирусы HVS [ Derfuss ea 1998 ] и HBV [ Benn ea 1996 ]. При этом разные вирусы используют разные стратегии влияния на апоптоз хозяйской клетки. Так, HVS в результате конвергентной эволюции приобрел белок, имеющий сходство с антиапоптотическим клеточными белками семейства Bcl-2 [ Herbein ea 1998 ]. Вирус HBV использует для предотвращения апоптоза свой продукт Hbx , который воздействует в клетке на сигнальную систему MAPK [ Liu ea 1998 ]. Становится очевидным, что влияние вирусов на апоптоз, и, в часности, на его предотвращение может быть одним из механизмов вирусного канцерогенеза.).
Разработаны подходы к созданию вакцин против тех форм рака, где этиологическая роль вирусов гепатита В и папиллом является доказанной ( рак печени и рак шейки матки соответственно). Эти вакцины оказались эффективными в профилактике заболеваний (подтверждено на экспериментальных моделях) и в настоящее время начинают использоваться для вакцинации людей.
К настоящему времени известно несколько вирусов, которые ответственны за возникновение около 15% всех опухолей человека. У животных многие злокачественные новообразования имеют вирусную этиологию. Значительная часть онкогенных вирусов принадлежит к семейству ретровирусов , геном которых представлен одноцепочечной РНК . После проникновения вируса в клетку на матрице вирусной РНК при участии обратной транскриптазы образуется двухцепочечная ДНК - провирус, который встраивается в ДНК клетки-хозяина. Изредка встроенный провирус затем освобождается, захватывая смежный участок клеточной ДНК клетки-хозяина. Если такой участок содержит ген, стимулирующий пролиферацию клетки, то ретровирус приобретает трансформирующие свойства.
Анализ литературы показывает, что в различных типах раковых клеток среди усиленно экспрессирующихся генов "домашнего хозяйства" встречаются гены окислительного фосфорилирования, в том числе и ген цитохром-с-оксидазы ( табл. 8 ) [ Schraml ea 1994 , Wu ea 1996 , Wang ea 1996 , Yamamoto ea 1989 , Torroni ea 1990 , Bravard ea 1992 , Cao ea 1997 , Sen ea 1997 ]. Все это указывает на то, что повышенная экспрессия ряда генов окислительного фосфорилирования может быть общим свойством предраковых и раковых клеток. Имеющиеся данные можно рассматривать как указание на заметные изменения в энергетическом метаболизме раковой клетки. В принципе данное заключение можно было бы высказать исходя из общих соображений, а также на основании некоторых известных данных по исследованию ферментативной активности в раковых клетках. Однако последние указывали на энергетическую зависимость злокачественных клеток скорее от гликолиза , чем от окислительного фосфорилирования. К настоящему времени уже возникло несколько гипотез, связывающие неопластическую трансформацию с митохондриями . В частности, Рихтер [ Richter ea 1988 ] предложил гипотезу, согласно которой реактивные виды активированного кислорода вызывают разрывы в митохондриальной ДНК, а образующиеся фрагменты встраиваются в ядерную ДНК. Недавно выдвинуто предположение [ Ray ea 1997 ], что злокачественное перерождение клеток может быть обусловлено избытком в них ATP . Однако остается нерешенным вопрос, заключающийся в том, что в этих процессах является первичным, а что вторичным. Согласно нашим данным, в частности полученным на трансгенных мышах с геном tat HIV-1, повышение окислительного фосфорилирования может по крайней мере в некоторых случаях предшествовать злокачественному перерождению клеток и, вероятно, быть причиной последнего. В этом отношении интересны результаты, полученные недавно Cavalli с соавт. [ Cavalli ea 1997 ], которые показали, что при истощении раковых клеток по митохондриальной ДНК они ревертируют к дикому типу. Таким образом, как наши результаты, так и данные других авторов позволяют предположить наличие причинно-следственной связи между увеличением экспрессии определенного набора митохондриальных генов, кодирующих белки окислительного фосфорилирования, и злокачественной трансформацией. В этой связи можно предложить следующий гипотетический механизм опухолеобразования .
Известно, что апоптоз инициируется выходом цитохрома C в цитоплазму [ Liu ea 1996 , Zhivotovsky ea 1998 ], в результате чего в клетке запускается каскад событий [ Yang ea 1997 , Jacobson ea 1997 ]. Можно думать, что любой механизм, препятствующий выходу цитохрома с из митохондрий, должен задерживать наступление апоптоза и тем самым способствовать началу каскада событий ведущих к иммортализации клеток [ Ambrosini ea 1997 ]. В цепи переноса электронов цитохром-с-оксидаза окисляет цитохром с. Повышенный уровень экспрессии гена цитохром-с-оксидазы (который, как указывалось выше, имеет место во многих злокачественных клетках) может приводить к ингибированию транспорта свободного цитохрома с из митохондрий в цитоплазму в результате уменьшения концентрации свободного цитохрома с в митохондриях за счет формирования стабильного электростатического комплекса с цитохром-с-оксидазой, прикрепленной к внутренней митохондриальной мембране. По-видимому, цитохром-с-оксидаза действует подобно онкобелку Bcl-2 , блокирующему выход цитохрома с в цитоплазму через мегаканалы митохондрий, но использует иной механизм [ Yang ea 1997 , Bossy-Wetzel ea 1998 ]. Прекращение или уменьшение транспорта цитохрома с в цитоплазму клетки снижает вероятность наступления апоптоза. В результате задержки апоптоза повышается вероятность накопления мутаций в геноме, и как следствие этого увеличивается вероятность злокачественного перерождения клеток. В заключении следует отметить, что предложенный нами механизм ингибирования апоптоза, характеризующий один из множества возможных этапов в цепи событий взаимодействия вирусов с клеткой, находится в русле современных взглядов на влияние ряда опухолеродных вирусов на апоптоз клетки посредством воздействия на митохондрии и экспрессию митохондриальных генов [ Herbein ea 1998 , Liu ea 1998 , Derfuss ea 1998 , Benn ea 1996 , Ambrosini ea 1997 , Tschopp ea 1998 ] - процесса, следствием которого может быть злокачественная трансформация клетки.
По-видимому, одна общая и характерная особенность всех вирус-ассоциированных опухолей человека состоит в том, что опухоли у таких больных возникают после длительного латентного периода - от 5 до 30 и более лет. Это свидетельствует о том, что даже в вирусных опухолях необходимо несколько генетических событий для полного проявления онкогенного потенциала вирусных генов. Эти вторичные генетические процессы только начинают изучаться и механизмы их действия практически не изучены.
Вирус-ассоциированные раки человека, по-видимому, оказались теми формами рака, при которых весьма эффективной формой профилактики может оказаться вакцинация, поскольку создание противовирусных вакцин должно быть эффективным средством для предотвращения первичной вирусной инфекции.
Наиболее впечатляющие данные, касающиеся как механизмов индукции опухолевого статуса клеток, так и по созданию противоопухолевых вакцин , были получены при изучении опухолей шейки матки и обнаруженных в этих опухолях вирусов папиллом человека . Каждый год этой формой рака по всему миру заболевает 400 000 женщин и по частоте встречаемости он занимает второе место у женщин после рака молочных желез [ Weiss R., 1999 ].