Virusi in rak

UVOD

Neviden in hiter kot nindža se prikrade v tvoje telo pripravljen na napad. Lahko te ubije. To ni tip virusa, ki te priklene na posteljo za nekaj dni s prehladom. To ni tisti virus, ki te požene do najbližje kopalnice in ti izprazni želodec. To je virus, ki povzroča raka; onkovirus. Ocenjeno je, da je kar 15 do 20% vseh rakavih obolenj povezanih z virusnimi okužbami. Onkogene viruse od drugih karcinogenih dejavnikov loči njihova infekcijska narava. Pripadajo različnim virusnim družinam in uporabljajo različne strategije, s katerimi sodelujejo pri razvoju raka, imajo pa tudi nekaj podobnih značilnosti. Sposobni so okužiti gostiteljsko celico, ne da bi jo uničili. V nasprotju z nekaterimi drugimi virusi, ki povzročajo bolezni, so onkogeni virusi posebni v tem, da vzpostavijo dolgotrajne in vztrajne okužbe. Te so tako pritajene in se skrijejo pred imunskim sistemom, da se telo niti ne zave, kaj se dogaja. Večina okuženih ljudi ne zboli, pretečejo lahko leta med primarno okužbo in nastankom tumorjev. Virusi, ki so povezani s človeškimi malignimi obolenji vključujejo človeški T-celični limfotropni virus – HTLV-1 (sodeluje pri nastanku T-celične levkemije pri odraslih), humani papiloma virus – HPV (rak materničnega vratu, kožni rak, rakava obolenja glave in vratu), humani herpes virus 8 – HHV-8 (Kaposijev sarkom, limfom primarne efuzije in Castlemanova bolezen), virus Epstein-Barr – EBV (Burkittov limfom, nazofaringenalni karcinom, posttransplantacijski limfomi in Hodgkinov limfom) in hepatitis B virus - HBV ter hepatitis C virus – HCV (hepatocelični karcinom).

VIRUS EPSTEIN-BARR (EBV)

Virus Epstein-Barr je prvi virus, za katerega so odkrili, da povzroča raka pri ljudeh. Je zelo pogost virus, ki ga uvrščamo med človeške herpesviruse. Poseben je predvsem zato, ker okuži približno 90% populacije sveta. Do večine okužb z EBV pride v otroštvu in so asimptomatične. Povezan je z rakavimi obolenji, kot sta Burkittov limfom in Hodgkinov limfom ter nazofaringenalnim karcinomom. Virusni genom je sestavljen iz dvoverižne DNA in je dolg 184 kb parov ter kodira za latentne in litične gene. Notranji del EBV viriona je sestavljen iz DNA ovite okoli centralne nukleoproteinske sredice. Ta je obdana z nukleokapsido, plastjo tegumentnih proteinov in nato zunanjo ovojnico. Primarni vzrok nastanka limfoproliferativnih bolezni ob okužbi z EBV predstavlja latentni ali prikriti cikel replikacije, vendar ima svoj prispevek tudi litični cikel. Virus napade gostiteljeve B-celice in epitelij, pri tem je litičen mehanizem pomemben pri razširjanju virusa med celicami oziroma gostitelji. Le takrat sproščajo okužene gostiteljske celice EBV virione. Ko primarna okužba z EBV doseže manjšo populacijo B-celic v gostitelju, se nadaljna proliferacija virusa izvaja s pomočjo latentnega mehanizma, ki ohranja okužbo. Latentni ali prikriti cikel se deli na tri tipe glede na to, kateri latentni geni se izražajo:

(i) LATENCA I: izraža se le jedrni antigen EBNA1,

(ii) LATENCA II: izraža se EBNA1 in tudi nekaj drugih jedrnih antigenov in latentnih membranskih proteinov (LMP),

o IIa: izraža se EBNA2, ne izraža se LMP1,

o IIb: izraža se LMP1, ne pa EBNA2 ,

(iii) LATENCA III: izražajo se vsi latentni proteini, kar vključuje EBNA1-6 in LMP 1, 2A in 2B.

EBNA1 je edini virusni protein, ki se izraža v vseh ciklih latentne okužbe in edini, ki se izraža v okužbi tipa I. EBNA1 preprečuje celično smrt in je ključen pri replikaciji EBV episoma v podvajajočih B-celičnih linijah, kar vodi do nastanka rakavih tkiv in obolenj. Latentni membranski protein 1 (LMP1) se izraža na membrani okuženih B-celic med latenco tipa II in III. LMP1 direktno interagira s proteini povezanimi z receptorji dejavnikov tumorske nekroze (TRAF). To je ključno za transformacijo B-celic v nesmrtne limfoblastoidne celične linije. LMP1-TRAF interakcija spodbudi aktivacijo transkripcijskega faktorja NF-kB, ki je ključen pri nastanku limfomov. NF-kB namreč spodbuja celično preživetje, saj poveča izražanje antiapoptotskih molekul ter več celičnih genov, ki so povezani s proliferacijo B-celic in malignimi obolenji. LMP2A je protein s 12 transmembranskimi domenami. Njegov rep vsebuje fosfotirozine, ki se povežejo s citoplazemskimi tirozin kinazami in oponašajo signalizacijo Ig receptorja, ki spodbuja diferenciacijo B-celic, njihovo preživetje in celično rast v odsotnosti izražanja samega receptorja. To se zgodi z aktivacijo PI3K-AKT signalne poti in drugih poti, ki sodelujejo pri mobilnosti in invaziji celic. Vendar pa za razvoj raka prek EBV okužbe potrebujemo kofaktorje. To so navadno somatske mutacije v gostitelju ali druga virusna infekcija, ki oslabi gostiteljev imunski sistem. Limfom z EBV latenco III se razvije le v posameznikih z ogroženim imunskim sistemom. EBV limfomi v posameznikih z normalnim imunskim sistemom pa izražajo gene prek latence I ali II.

HUMANI PAPILOMA VIRUS (HPV)

Humani papiloma virus sodi v družino Papillomaviridae. Poznamo 200 članov omenjene družine, ki jih delimo na nizko in visoko rizične. Prva skupina je bolj obsežna in ob okužbi povzročajo nastanek benignih tvorb, kot so bradavice. Visoko rizični pa so manj pogosti in povzročajo raka na materničnem vratu, zadnjiku in ustni votlini. Vsem je skupno, da so virusi brez ovojnice. Torej dedni material ščiti le ikozaedrična kapsida iz dveh tipov proteinov L1 in L2. Zapis zanju se nahaja na genomu, ki je dvoverižna krožna molekula DNA dolga približno 8000bp. Razdelimo ga lahko na 3 regije:

(i) LCR REGIJA: Gre za nekodirajočo regijo, na katero se vežejo proteini gostiteljske calice in sprožijo replikacijo virusnega genoma.

(ii) ZGODNJA REGIJA: Sestavljajo jo strukturni geni (E1, E2, E3, E4 in E5), ki zapisujejo za proteine. Imajo pomembno vlogo pri replikaciji virusnega genoma, transkripciji, uravnavanju celičnega cikla gostiteljske celice ter apoptoze.

(iii) POZNA REGIJA: Sestavljata jo gena, ki zapisujeta za kapsidna proteina L1 in L2.

Virus HPV okuži predvsem epitelijsko tkivo. Preko mikropoškodbe vstopa v bazalne celice, pri čemer virusna DNA potuje v jedro gostiteljske celice. Te celice bazalni plasti so visoko proliferajoče. Zato se skupaj s celično DNA v vsakem ciklu enkrat podvoji tudi virusna DNA. Tako je koncentracija tuje DNA v celicah nizka, kar poveča možnosti preživetja virusa, saj se lahko skrije pred imunskim sistemom. Z delitvami pa bazalne celice postopoma prehajajo proti višjim slojem, kjer se diferencirajo in izstopajo iz celičnega cikla, posledično se ne delijo več. To bi pomenilo konec tudi za virus, ker nima zmožnosti avtoreplikacije. Zato je prisiljen celice vrniti v celični cikel. Ključno vlogo pri tem imata proteina E6 in E7. Protein E6 se veže na celično ubikvitinsko ligazo E6AP, ki povzroči ubikvitinacijo in posledično proteasomsko razgradnjo p53. Gre za protein, ki ima pomembno vlogo pri aktivaciji popravljalnih mehanizmov DNA, sprožitvi apoptoze in ustavitvi celičnega cikla v fazi G1. Ker v celici sedaj ni prisotnega proteina p53, so ti mehanizmi onemogočeni. Napake v DNA se ne popravljajo, celice se ves čas delijo, hkrati pa niso sposobne apoptoze. To pa povzroči kopičenje mutacij. Zadnja pomembna vloga E6 pa je vpliv na telomerazno aktivnost. Ta aktivira transkripicijo hTERT. To je katalitična podenota encima, ki se skupaj z telomerazno RNA združi v telomerazni kompleks. Z aktivacijo telomeraz pa postanejo celice nesmrtne. Poleg E6 pa ima pomembno vlogo pri življenjskem ciklu virusa tudi E7. Ta se veže na tumor supresorski protein retinoblastom. Njegova najpomembnejša vloga je vezava na transkripcijski faktor E2F in posledična inhibicija tega faktorja. To onemogoči vstop celic v fazo S. Ob virusni okužbi pa se na pRB veže E7 in onemogoči njegovo povezavo z omenjenim TF, zato ostane ta ves čas aktiven in omogoča transkripcijo proteinov pomembnih za vstop v fazo S in tako vpliva na proliferacijo celic. Poleg teh dveh proteinov ima HPV zapis tudi za nekatere druge. Gen E1 zapisuje za protein, ki se veže na epsilon podenoto celične DNA polimeraze in stimulira njeno delovanje. E2 zapisuje za DNA vezavni protein, ki inhibira transkripcijo E6 in E7. Torej se mora izražati v začetnem stadiju okužbe, da prepreči prekomerno replikacijo virusnega genoma. Kateri izmed proteinov E6/7 ali E2 se bo izražal, določa vgraditev virusne DNA v kromosomsko. Dokler je virusna DNA v obliki episomske, se izraža predvsem protein E2. Ob vgraditvi, pa to močno zmoti izražanje E2, kar omogoči sintezo proteino E6 in E7. Vgraditev virusne DNA v celično je povsem ključna in torej določa nastanek rakavega obolenja. Potem je tu še protein E5, ki z vezavo na receptor za rastni faktor povzroči njegovo aktivacijo. Torej celica deluje, kot da je ves čas pod vplivom rastnega faktorje (EGF). Ta spodbuja celično rast, diferenciacijo in preživetje celice. Na koncu pa je pomemben tudi protein E4, ki sodeluje pri zorenju in izhodu virusnih delcev iz celice, saj preoblikuje mreže citokeratina.

ZDRAVLJENJE RAKA Z VIRUSI

Raziskovalci se ukvarjajo z onkolitično terapijo, ki izkorišča prej omenjeno pritajenost virusov. Ti se pretihotapijo v rakave celice in jih hitro uničijo, preden se te zavejo nevarnosti. Terapija deluje tako, da viruse reprogramirajo in se replicirajo le v rakavih celicah. Posledično so uničene le te celice, brez vpliva na zdrave celice, kot pri kemoterapiji ali obsevanju. Klinični preizkusi so v začetni fazi z majhnim številom pacientov. Večji napredek je pri raziskavah, ki uporabljajo onkolitične viruse kot imunoterapijo. Ko virus okuži tumorsko celico, se replicira, dokler celica ne poči. Propad rakave celice sprošča v njeno okolico tumorske gene, kar pomaga pri prepoznavanju obolelih celic. Imunoterapija z virusi na ta način opozarja imunski sistem, da je v telesu nekaj narobe. Imunski sistem se lahko odzove z napadom sosednjih tumorskih celic (lokalni odziv) ali pa tumorskih celic v drugih delih telesa (sistemski odziv).

VIRI

Mesri E. A., Feitelson M. in Munger K. Human viral oncogenesis: a cancer hallmarks analysis. Cell Host Microbe, 2014, 15(3), str. 266-282.

McLaughlin-Drubin, M. E. in Munger K. Viruses associated with human cancer. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Molecular Basis of Disease, 2008, 1782, str. 127-150.

NCI Staff. Oncolytic Virus Therapy: Using Tumor-Targeting Viruses to Treat Cancer. 9. 2. 2018. [Citirano: 21. 4. 2018] https://www.cancer.gov/news-events/cancer-currents-blog/2018/oncolytic-viruses-to-treat-cancer

Graham S V. Human papillomavirus: gene expression, regulation and prospects for novel diagnostic methods and antiviral therapies. Future Microbiol. 2010;5(10):1493-1506. doi:10.2217/fmb.10.107

Burd EM. Human papillomavirus and cervical cancer. Clin Microbiol Rev. 2003;16(1):1-17. doi:10.1128/CMR.16.1.1-17.2003