Гомельский государственный медицинский институт

Кафедра микробиологии и вирусологии

Лекция

Тема: "Онкогенные вирусы"

Подготовил: Бондарева М.Н.

Онковирусы – это вирусы, обладающие способностью обуславливать трансформацию нормальных клеток эукариот в опухолевые.

В 1903 г. А. Боррель и Боск впервые высказали гипотезу о вирусной природе агентов вызывающих раковые опухоли. В 1968 г. Л.А. Зильбером предложил вирусо-генетическую теорию возникновения опухолей.

Классификация онковирусов:

• РНК-содержащие онковирусывирусы

Семейство: Retroviridae

Подсемейство: Oncovirinae

Саркомно-лейкозный комплекс птиц

Саркомно-лейкозный комплекс мышей

Вирус рака молочных желез мышей, крыс и обезьян

Вирусы, вызывающие лейкозы и саркомы у крыс, хомяков, кошек.

• ДНК-содержащие онковирусывирусы

Семейство: Papovaviridae

Род: Papillomavirus

Вирусы, вызывающие папилломы у кроликов, человека, собак

Род: Poliomavirus

Вирус палиомы типа 1, вызывающий саркому у крыс, мышей и хомячков.

Вирус палиомы типа 2 ОВ-40.

Семейство: Adenoviridae

Род: Adenovirus

Аденовирусы человека, обезьян, птиц.

Семейство: Poxviridae

Род: Lepopoxvirus

Вирусы группы оспы, вызывающие фиброму у кроликов, белок

Вирус Яба

Вирус контагиозного моллюска человека

Семейство: Herpesviridae

Герпесвирус человека, болезни Марика кур, лимфомы и саркомы обезьян

Нуклеиновые кислоты этих вирусов могут иметь линейные и концевые формы молекул с повторами на концах, иногда с перекрывающими друг друга концами.

Строение РНК-содержащих вирусов

Онкорновирусы являются естественными возбудителями большинства злокачественных образований животных с установленной вирусной природой. Это вирусы со сложным, полиморфным типом симетрии диаметром около 100 нм, имеющих единый план строения.

Вставить картинку и стереть эту гадкую надпись

Структура онкорновирусов:

1. Однонитчатая нуклеиновая кислота

2. Структурные и неструктурные белки (ферменты)

3. Двойная мембрана (наружная и внутренняя)

4. Липопротеиновая оболочка (защита от клеточных нуклеаз)

5. Антигенные детерминанты: Gs – антиген (основной белок нуклеотида) группоспецифический антиген; типоспецифические антигены – белки оболочки в виде поверхностных выступов.

По морфологии онкорновирусы делятся на типы:

А, являющийся внутриклеточным предшественником онкорновирусов типа B, C, D.

Б, являющийся возбудителем карцином молочных желез у мышей.

С, являющийся возбудителем лейкозов и саркомы птиц и млекопитающих

D, объединяет вирус перевиваемых раковых клеток человека, эндогенные вирусы, белок и обезьян.

Структура и морфогенез ДНК-содержащих онковирусов сходны с организацией и внутриклеточным развитием инфекционных вирусов оспы, герпеса, аденовирусов и папововирусов.

Репликационный цикл днк-содержащих вирусов в перемессивной системе

Возможно два пути реализации генетической информации ДНК-содержащих онковирусов. репликационный цикл, характерный для ДНК содержащих вирусов; интеграция генетической информации ДНК-содержащих онковирусов в геном клетки хозяина с последующей ее репликацией в интегрированном состоянии. Каждый онковирус имеет свою ферментную систему или один ключевой фермент который может осуществлять, с одной стороны, генетическую рекомбинацию (интеграцию вирусной ДНК), а с другой – в пермиссивных условиях обеспечивать репликацию вирусной ДНК Основные этапы этого процесса:

Осуществляются разрывы родительских ДНК на некотором расстоянии друг от друга, с предварительным расщеплением двойных спиралей взаимодействующих молекул ДНК, (разрываться должны полинуклеотидные нити клеточной и вирусной ДНК), причем разрыв в одной комплиментарной нити должен быть несимметричен разрыву во второй. Образуются структуры с однонитчатыми комплиментарными ("липкими") концами. В результате у каждого свободного конца нити появляется возможность присоединять чужой конец нити ДНК по принципу комплиментарности (при условии гомологии нуклеотидных последовательностей), образуется двойная спираль нового генома. Встраивание вирусной ДНК в хромосому клетки осуществляется вирусспецифической эндонуклеазой, которая производит разрывы в полинуклеотидных цепях ДНК вируса как вируса, так и клетки.

При продуктивной инфекции эндонуклеаза производит разрывы одной нити суперциркулярной молекулы ДНК онковирусов в одной определенной точке, являясь тем самым индуктором ее синтеза. При абортивной инфекции этот фермент вызывает одиночные разрывы во определенных точках вирусных и клеточных молекул ДНК, обеспечивая рекомбинацию. В трансформированных клетках он отсекает вирусную ДНК от клеточной.

В процессе рекомбинации ДНК вновь синтезированные участки представляют собой отдельные фрагменты, которые затем сшиваются ДНК-лигазой, при этом может происходить объединение вирусных и клеточных участков ДНК. Таким образом встраивание ДНК вируса осуществляется аналогично интеграции умеренного фага.

Этапы трансформации, индуцированной рнк-содержащими онкогенными вирусами

В вирионах онкорнавирусов содержатся все ферменты, необходимые для репродукции вируса, синтеза вирусной ДНК, трансляции информации с РНК на ДНК и для встраивания ДНК-провируса в хромосому клетки (фермент, осуществляющий рекомбинацию и репарацию ДНК). Онкорнавирусы содержат в своем составе РНК-зависимую ДНК полимеразу, для которой матрицами являются односпиральные РНК, двуспиральные РНК и ДНК, а также ДНК-РНК-гибриды; эндонуклеазу ДНК, разрывающую фосфодиэфирные связи внутри остова молекулы.

Исходя из специфики онкорнавирусов (каждый из них имеет свой ДНК-провирус), говорят о существовании двух их форм: соматической и зародышевой.

Соматическая форма онкорнавирусов.

Представляет собой экзогенную вирусную ДНК, т.е. синтезированную в процессе экзогенной инфекции онкорнавирусами. Механизм включения этих ДНК в клеточный геном идентичен встраиванию молекул ДНК-фагов или ДНК-содержащих онковирусов в хромосому клетки:

1. РНК-зависимый синтез второй нити ДНК на матрице вирусной РНК.

2. ДНК-зависимый синтез второй нити ДНК на нити ДНК промежуточного гибридного продукта

Оба этапа осуществляются с помощью обратной транскриптазы (ревертазы). Такой синтез ранней ДНК требует постоянного функционирования этой ДНК на протяжении всего времени инфекции, т.к. она является матрицей для синтеза вирусной РНК, которая, как и родительские РНК обеспечивают синтез структурных белков вирионов.

Начальный синтез ДНК происходит в репликационном комплексе, содержащем молекулы ДНК, связанные водородными связями с молекулами вирусной РНК. Каждая молекула ДНК вытесняется как однонитевая молекула в результате синтеза последующей нити ДНК. Затем следует синтез двуспиральной ДНК на матрице односпиральной ДНК (до или после того, как она сойдет с РНК-матрицы).

ДНК двунитчатая, репликативная форма

РНК вирусная однонитчатая

Интеграция с клеточной ДНК

ДНК

Биологическое значение двуспиральной вирусной ДНК:

1. интеграция с комплиментарными участками клеточной ДНК и модификации генов клетки и вируса.

2. может функционировать в интегрированном состоянии матрицей для синтеза вирусных и РНК (непрерывный источник информации для поддержания неопластического типа клеток.

3. интегрированная ДНК может защищать генетическую информацию вирусной РНК от действия нуклеаз и тем самым выполнять функцию репликации вируса.

Весь описанный комплекс макромолекулярных синтезов заканчивается интеграцией вирусной ДНК с клеточной.

Гены онкорнавирусов могут длительное время сохраняться в геноме зараженных и трансформированных клеток.

Существует 3 типа экспрессии вирусного генома, включенного в хромосомы и начавшего функционировать и реплицироваться вместе с генами хозяина.

1 тип: Полная транскрипция и трансляция вирусного генома, обуславливающая спонтанную продукцию инфекционного вируса.

2 тип: частичная экспрессия вирусной информации, которая, например, может проявляться в синтезе только Gs антигенов.

3 тип: связан с полной репрессией вирусного генома.

Репликация вирусного генома происходит в течение первых часов после заражения, а трансформации подвергаются обе дочерние клетки, происходящие из инфицированной материнской клетки.

Зародышевая форма онкорнавирусов.

Зародышевый ДНК-провирус онконавирусов состоит из нескольких генов, в которых закодирована информация на синтез трансформирующих белков, продукцию Gs антигенов, типоспецифических белков, обратной транскриптазы и других ферментов. В нормальных клетках онкоген, как и вироген, находится в реплицированном состоянии, а их экспрессия имеет место в основном в эмбриональных и недифференцированных, пролиферирующих клетках. В зрелых, непролиферирующих клетках экспрессия. ДНК-провируса приводит к опухолевому прерождениюклетки.

Схема виро- и онкогена зародышевого ДНК-провируса.

Экспессия этих "раковых" генов может происходить вследствие мутации генов-регуляторов, контролирующих провирус, под воздействием химических, физических канцерогенов, гормонов, старения и т.д.

Выделенные две формы ДНК-провирусов не исключают взаимно друг друга, а в естественных условиях существует переход одной формы в другую.

Две формы существования онкорнавирусов.

Соматический ДНК-провирус

Интеграция с ДНК клетки – зародышевый ДНК провирус

Основное звено канцерогенеза – фиксация в клеточном геноме информации о неопластическом преобразовании клетки с помощью ревертаз; депрессия или мутация информации онковирусов (ДНК геномов ДНК содержащих вирусов, или ДНК-копий онкорнавирусов.

ОСНОВНОЕ ОТЛИЧИЕ В РЕПЛИКАЦИОННОМ ЦИКЛЕ ОНКОРНАВИРУСОВ И ДНК- СОДЕРЖАЩИХ ОНКОГЕННЫХ ВИРУСОВ:

Инфекция ДНК-содержащими онковирусами

Инфекция РНК-содержащими онковирусами

Репликация

1) Интеграция

Интеграция

2) Репликация

и и

У онкорнавирусов процесс интеграции является одним из этапов цикла в пермиссивной системе. Так образовавшиеся вирусные частицы отпочковываются от клеточной мембраны, после чего проникают в другие клетки, где с помощью ревертазы транскрибируются в ДНК. Вновь синтезированные молекулы вирусной ДНК переносятся в ядро и пройдя предварительную стадию циклизации, интегрируются в геноме клетки.

Опухолевая трансформация клеток представляет сложный макромолекулярно-генетический процесс, который обуславливается как вирусными, так и клеточными ферментными системами, но инициатором и регулятором неопластической трансформации является вирус, (продукты его онкогенов)

На первом этапе трансформации в основном осуществляется функциональный генный дисбаланс, т.е. происходит наследственно закрепляющаяся перестройка работы нового генома трансформируемой клетки (утрата и приобретение новых копий генов, в следствие чего может возрастать активность отдельных изоферментов.

Генетическая рекомбинация, осуществляемая вирускодированной эндонуклеазой

III Зародышевый ДНК-провирус (ДНК-транскрит онкорнавирусов или геном ДНК-содержащего онковируса, передающийся через зародышевую клетку потомству)

Стабильная трансформация

Индуцированная рекомбинация (разрыв хромосом рентгеновским излучением, химическими канцерогенами и т.д., способствующие встраиванию вирусного генома в клеточный).

I Абортивная трансформация (присутствие не фиксированного, частично или полностью активного вирусного генома в клетке).

II Стабильная трансформация соматических клеток, обусловленная включением вирусного генома ДНК-содержащих онковирусов и соматического ДНК-провируса онкорнавирусов в хромосому клетки-хозяина.

Снятие блока с раковых генов ДНК-провируса (УФ-, рентгеновское и гамма-излучение, химические канцерогены, лизосомальные ДНК-азы, возрастные факторы и т.д.)