oncogenesi virale - Sezione di Microbiologia

RETROVIRUSES1909: Paul Ehrlich propose la sua teoria del “Controllo immune” (Ehrlich,P. Über den jetzigen stand der karzinomforschung. Ned Tijdschr Geneeskd 5, 273–290):Le cellule tumorali frequentemente emergono nell’organismoSono rapidamente eliminate dal sistema immunitario1910/1: Peyton Rous trasferì tumori solidi dei polli con il trapianto ditessuto e isolò l’agente infettivo (il virus del sarcoma di Rous). (Rous, P. J ExpMed 12:696–705; Rous, P. J Exp Med 13:397–411).Questa scoperta fu seguita da altri numerosi esempi di retrovirustrasformanti acuti e dalla loro caratterizzazione morfologica.3

PEYTON ROUSIn 1909, fresh out of medical school, Rous joined the staffof the Rockefeller Institute and was promptly put in chargeof the laboratory for cancer research.Soon thereafter, he was given a Plymouth Rock hen thathad a large tumor growing on its breast.When he injected small pieces of the growth into hensfrom the same bloodline, they developed tumors.Adoptive tumor formation could be achieved using cellfreefiltrates or supernatants from emulsified tumorcells). He thus concluded that the tumors were caused bya filterable agent, as viruses were then known.He published these findings in a pair of seminal articles inthe Journal of Experimental Medicine in 1910 and 1911.Rous’ work, although not ignored, was met with someindifference. He was vindicated and his discovery earnedhim a Nobel Prize in 1966.Rous went on to confirm that other avian tumors could alsobe transmitted. RSV strains have been studied inlaboratories ever since.4

RETROVIRUSES1960's: Howard Temin sapeva che i genomi deiretrovirus erano composti da RNA e osservò che lareplicazione era inibita dall’actinomicina D (che inibiscela sintesi del DNA), pertanto ipotizzò il concetto dellatrascrizione inversa (premio Nobel assegnato aBaltimore eTemin, 1975).1969: Huebner e Todaro proposero l’ipotesidell’oncogene virale – la trasmissione di informazionioncogene e virali quali elementi genetici (piuttosto cheun risposta patogena al virus), che spiegava latrasmissione verticale del cancro, osservata da Grossnel 1951.5

RETROVIRUSES1970s: Il programma 'war on cancer' di Richard Nixon- contrapposto al programma spaziale “the race to themoon” di Kennedy – fallì nella ricerca di retrovirus checausavano tumori nell’uomo (numerosi falsi allarmismi,che attira-rono molti dollari nella ricerca biomedica).1981: Robert Gallo scoprì Human T-cell leukaemiavirus (HTLV-I), il primo retrovirus umano patogeno.1983: Scoperta di Human immunodeficiency virus(HIV).6

Alcuni Premi Nobel in Fisiologia e Medicina1901 von Behring (1° Premio Nobel) Antitossina difterica1903 Ross Trasmissione della malaria1905 Koch Bacillo della tubercolosi1908 Metchnikoff Fagocitosi1945 Fleming, Chain, Florey Penicillina1966 Francis Peyton Rous Scoperta dei virus tumorali1966 Charles B Huggins Trattamento ormonale Ca prostata1969 Delbrück, Hershey, Luria Replicazione e genetica dei virus1975 Baltimore, Dulbecco, Temin Interazioni fra virus tumorali e cellula"1976 Blumberg & Gajdusek Origine e diffusione malattie infettive1986 Cohen & Levi Montalcini Fattori di crescita1987 Tonegawa Genetica degli anticorpi1989 Bishop & Varmus Origine cellulare degli Oncogeni retrovirali1995 Prusiner Prioni2005 Marshal & Warre Helicobacter pylori e gastrite e ulcera peptica2006 Fire & Mello RNA interference2008 Zur Hausen, Barrè, Montagnier HPV e HIV7

Mouse retroviruses Type C particles1973. Cancer Research Institute, University of California, San FranciscoTUVIGROWE: Tumor Virus Group of the West Coast8

VIRUS TUMORALI DI TIPO C198119849

September 24-26, 1984 – Lerici, Italy10

VIRUS TUMORALI DI TIPO C198511

ONCOGENESI VIRALEL`infezione virale di una cellula normale determina la suatrasformazione in una cellula tumoraleL`infezione virale può determinare nel paziente lacomparsa di un tumore12

ONCOGENESI VIRALEVIRUSCELLULAPERMISSIVAreplicazione viraleproduzione di nuovi viruscon frequente lisi cellulareNON-PERMISSIVASintesi di proteine precocinessuna replicazione virale enessuna produzione di virusVIRUS PRESENTEVIRUS ASSENTE14

MECCANISMI di PATOGENESISe il virus infetta una cellula permissiva:Genomaproteine viraliReplicazione Lisi Progenie viraleCiclo Vitale Litico15

MECCANISMI di PATOGENESISe il virus infetta una cellula NON-PERMISSIVA:VirusCellulaIntegrazione (frequente)TrasformazioneEspressione di proteine virus-specifiche – assenza di virus maturiCambiamenti nelle proprietà della cellula ospite - TRASFORMAZIONE16

VIRUS TUMORALI a DNASe il virus infetta una cellula NON-PERMISSIVA:genoma a DNARNA polimerasi II cellularemRNAEnzimi cellulariProteine precoci (polimerasi)virusTRASFORMAZIONESPESSO SOLO le funzioni PRECOCI sono ESPRESSE17

TRASFORMAZIONE CELLULAREPerdita del controllo della crescitaCapacità di indurre tumori in vivoGeni stimolano la replicazione cellulare e determinano una dedifferenziazioneMobilità aumentataAdesività ridottaLe cellule trasformate frequentemente presentano aberrazionicromosomiche18

TRASFORMAZIONEEntrambi i virus tumorali a DNA e RNA possono trasformare le celluleC’è integrazione (frequente)meccanismi similiTRASFORMAZIONE VIRALEI cambiamenti nelle funzioni biologiche di una cellula derivano daCONTROLLOdel metabolismo cellulare da parte di geni virali che conferisconoalla cellula infettata alcune proprietà caratteristiche dellaNEOPLASIAQuesti cambiamenti spesso risultano dall’integrazionedel genoma virale nel DNA della cellula ospite19

VIRUSTUMORALIad RNA20

Virus Tumorali ad RNAGenoma Virale ad RNAGenoma Virale a DNA (integrato)Trascrittasi Inversa (Virus-codificata)IMPORTANTERNA Virale genomicoRNA-polimerasi DNA-dipendente(Ospite RNA pol II)Splicing (Host splicing enzymes)RNA messageroproteina viraleImportante: usa l’RNApolimerasi cellulareper fare il suo genomaVirusun enzima che normalmentefa mRNA21

CICLO VITALE di HIVCD4CXCR4DNA Non IntegratoCircoli 1 LTRCircoli 2 LTR2 LTR 1 LTRRetroTrascrizioneATPcDNA lineare Non IntegratoDNAProvirale IntegratoTraslocazione nucleareIntegrazione ocircolarizzazione22

RNA GenomicoVIRUS TUMORALI ad RNATrascrittasi InversaIBRIDO RNA/DNA instabileTrascrittasi InversaDNA/DNA DS lineareDNA DS CircolareIntegrasiHost DNApolymeraseIntegrazioneReplicazione (DNA genome in cell)Host RNA pol IIHost splicing enzymesTrascrizione RNA virale genomico mRNA proteine23

VIRUS TUMORALI A DNA e TUMORI UMANIONCOGENEUn gene che codifica una proteina che potenzialmente puòtrasformare una cellula normale in una cellula malignaUn oncogene può essere trasmesso da un virus, nel quale casoesso è noto quale ONCOGENE VIRALEv-onc24

ONCOGENI ?GENI CELLULARI DI CONTROLLO DELLA REPLICAZIONECELLULAREProto-oncogeni: Geni cellulari di controllo che, dopomutazione o traslocazione, possono causare trasformazioneOncogeni virali: Geni cellulari di controllo acquisiti dai virus eresponsabili della trasformazione25

MECCANISMI DI ONCOGENESI VIRALEoncogeni viralitransattivazione di geni cellulari di controllointerferenza con i geni oncosoppressori26

VIRUS ASSOCIATI CON TUMORI UMANI1) Human T-cell leukemia virurs type I (HTLV-1) - Leucemia T dell`adulto2) Human herpes virus type 8 (HHV-8) e il sarcoma di Kaposi e linfomi B inpazienti con AIDS3) Virus di Epstein-Barr (EBV) e linfoma di Burkitt, carcinoma nasofaringeo elinfomi a cellule B in pazienti immunosoppressi4) Papillomavirus (HPV) e carcinoma uterino.5) Virus dell`Epatite B (HBV) e dell`Epatite C (HCV) e carcinoma epatico27

VIRUS TUMORALI A RNARETROVIRUS NOTI AGENTI DI TUMORI UMANIHUMAN T CELL LYMPHOTROPIC VIRUS -1 (HTLV-1)Leucemia a cellule dell`adulto (ATL)Paraparesi spastica tropicale (TSP)HUMAN T CELL LYMPHOTROPIC VIRUS -2 (HTLV-2)Orfano, Hairy cell leukemia28

VIRUS TUMORALI ad RNAUn tipico retrovirus ha 3 geni:GAG : proteine interne del capsideENV: glicoproteine del pericapsidePOL: EnzimiTrascrittasi InversaIntegrasiProteasi29

VIRUS TUMORALI AD RNARepeatregionRepeatregionRNAR U5 GAGPOL ENV U3 RDNAU3 R U5 GAG POL ENV U3 R U530

VIRUS AD RNA TUMORALI31

ALCUNI RETROVIRUS HANNO UN EXTRA GENE“retrovirus tipico”R U5 GAG POL ENV U3 RRous Sarcoma VirusR U5 GAG POL ENV SRC U3 R32

ALCUNI RETROVIRUS ANNO UN ONCOGENEINVECE DEI LORO GENI VIRALIAVIAN MYELOBLASTOSIS VIRUSR U5 GAG POL MYB U3 RFELINE SARCOMA VIRUS (FSV)R U5 dGAG FMS dENV U3 RAVIAN MYELOCYTOMA VIRUS (MC29)R U5 dGAG MYC dENV U3 R33

VIRUS TUMORALI ad RNAI Retrovirus cronicamente trasformanti causano tumori inmodo inefficiente dopo un lungo periodo di tempoVirus della Leucemia Aviaria (causa linfomi)R U5 GAG POL ENV U3 RNessun oncogene! Come possono causare un tumore?34

VIRUS TUMORALI ad RNAALV possono integrarsi nel genoma cellulare in numerosisiti, ma:nel tumore è sempre integrato nello STESSO SITO! ..I mielocitomi di diversi uccelli hanno tutti l’oncogeneintegrato vicino a questo sitoQuesto sito deve essere importante per la trasformazioneChe cosa ha di speciale questo sito?È VICINO a C-myc!ONCOGENESI DA INSERZIONE PROMOTRICE: EVENTO RARO!35

RNA TUMOR VIRUSESPossono gli oncogeni cellulari esserecoinvolti in tumori non-virali?36

LINFOMA di BURKITTNel 1961 un chirurgo che lavorava in Uganda,Denis Burkitt, presentò i risultati delle suericerche allo staff della Middlesex Hospital MedicalSchool in Inghilterra.Riferì che l’incidenza di un particolare tipo ditumore in bambini africani presentava unadistribuzione geografica in rapporto alle piogge ealla temperatura.Tale malattia, che colpisce circa 8 bambini su100,000 in alcune zone dell’Africa e della NuovaGuinea, presto fu conosciuta come linfoma diBurkitt.L’influenza del clima sull’incidenza del tumoresuggeriva che un fattore biologico ancorasconosciuto doveva essere coinvolto.37

VIRUS di EPSTEIN-BARRMononucleosi InfettivaLinfoma di BurkittCircoscritto in Africa CentraleEziologia multifattorialeL`infezione da EBV necessaria ma non sufficienteCarcinoma nasofaringeoIn alcune regioni della CinaLinfomi B in pazienti immunosoppressi38

ONCOGENICITÀ DI EBV1. Genoma virale in cellule tumorali: spesso unaintegrazione monoclonale2. Titoli anticorpali elevati in pazienti con tumori3. L`infezione di linfociti B in vitro determina la loroimmortalizzazione39

EBV e il Linfoma di Burkitt (BL)EBVB-cellHIVAttivazione policlonaleMALNUTRIZIONEB-cellB-cellB-cellB-cellIniziazioneMALARIAAttivazionepoliclonalee immunosoppressioneB-cellB-cellB-cellB-cellB-cellB-cellPool allargatoEVENTOGENETICOTraslocazionicromosomicheBLc-myc da 8 al locus delle catene pesanti in 14c-myc da 8 al locus delle catene leggere in 2 o 22RISULTATO: super espressione di c-myc40

DNA TUMOR VIRUSESmybmosmycI genipossonoesserelocalizzati insiti suspecificicromosomimos e myc :cromosoma 8fesfes: cromosoma 1541

I TUMORI SPESSONO SONO CAUSATI DA TRASLOCAZIONI GENICHEBurkitt’s Lymphoma8:14 translocationBreak inchromosome 14 atq32mycAcute myelocyticleukemia7:159:1811:15:1742

ONCOGENESI DA RIARRANGIAMENTOTumor c-onc new promotorBurkitt’s lymphoma myc(8) Ig heavy (8 to 14)T cell chronic lymphocytic leukemiaIg light (8 to 2)myc T cell receptor (8 to14)B-cell chronic lymphocytic leukemia bcl-1 Ig heavy (11 to 14)bcl-2 Ig heavy (18 to 14)T cell chronic lymphocytic leukemia tcl-1 T cell receptor(14 inversion)43

GeneP53Proteina Onco-Soppressiva: p53GeneRbSV40AdenovirusE1AHPVP53RbP53RbP53PapillomaproteolisiP53RbDNABLOCCO DELLAREPLICAZIONEREPLICAZIONEREPLICAZIONE44

HERPES VIRUSHumanHerpesVirus 8 HHV-8Nel 1994 Il gruppo di Yuan Chang, utilizzando il metodo di ricerca disequenze di DNA espresse in modo differenziale nel sarcoma diKaposi e nei tessuti normali, mise in evidenza, solo nel Kaposi, unasequenza di DNA di tipo herpetico battezzata KSHV o HHV-8.Le nuove sequenze mostravano omologie parziali con sequenze digamma herpesviridae oncogeni (Herpes virus saimiri e virus diEpstein-Barr).45

HHV-8Infezione primaria: probabilmente per via sessuale. L`identificazione nelliquido seminale non è confermata.Tropismo: Infetta le cellule B e forse altre cellule (endoteliali). Le cellule Bnella saliva possono trasmettere l`infezione.46

VIRUS TUMORALI a DNA nei TUMORI UMANIVirus dell’Epatite BEPIDEMIOLOGIA:Esiste una forte correlazione tra HBV e il cacinomaepatocellulareIn Cina: da 500,000 a 1 milione di nuovi casi dicarcinoma epatocellulare per annoTaiwan: il rischio relatico di sviluppare HCC è di217 volte quello dei soggetti negativi47