Микробиология Борисов Л.В. Микробиология Борисов Л. Литература для студентов медицинских вузов
 Скачать 27.52 Mb.
|
|
Клетки, трансформированные вирусом, всегда содержат его функционирующий генетический материал.В таких клетках функционирует, по крайней мере, часть вирусных генов, те. эти гены транскрибируются (при этом образуется вирусспецифическая иРНК) и транслируются (при этом образуются вирусспецифические белки. Существуют разные уровни выражения вирусного генетического материала в трансформированных (опухолевых) клетках. Вирусный геном полностью экспрессирован. При этом все или большинство трансформированных клеток продуцируют инфекционный вирус. Эта ситуация характерна для ретровирусных и поксвирус- ных опухолей, возникающих у естественных хозяев этих вирусов в природных условиях или в эксперименте. Так, при вирусиндуциро- ванных лимфоидных лейкозах или саркоме Рауса кур опухолевые клетки продуцируют инфекционный вирус. Вирусный геном экспрессирован частично, трансформированные клетки не продуцируют инфекционный вирус ив них имеет место абортивная инфекция. Эта ситуация очень типична для вирусного канцерогенеза, индуцированного папова-, адено- и герпесвирусами, а также ретровирусами у неприродных хозяев. В отдельных клетках может происходить экспрессия всего вирусного генома, и такие клетки продуцируют полный вирус. Такое явление носит название индукции вируса, которая подобна индукции лизогенного бактериофага Индукция может носить спонтанный характер или же возникать при определенных воздействиях, например, при слиянии опухолевых клеток с нормальными, способными поддерживать репродукцию инфекционного вируса. Так, клетки некоторых крысиных опухолей, вызванных вирусом саркомы Рауса и не содержащих инфекционного вируса, начинают продуцировать последний после совместного культивирования опухолевых клеток с нормальными куриными фибробластами. Клетки, способные продуцировать вирус в результате индукции, называются вирогенными. Это явление подобно лизогении у бактерий. Полная экспрессия вирусного генома не происходит ни при каких условиях (невирогенные клетки. В клетках либо имеет место частичная экспрессия полного вирусного генома, либо клетки содержат лишь часть последнего (это характерно, например, для аденовирусного канцерогенеза. О присутствии вирусного генетического материала и о его экспрессии можно суцить только с помощью серологических (обнаружение вирусспецифических антигенов) или моле кулярно-биологических методов исследования. С помощью последних молекулярная гибридизация, полимеразная цепная реакция) можно выявлять непосредственно полный или дефектный вирусный геном или продукты его транскрипции (ыРНК). Таким образом, по способности продуцировать инфекционный вирус трансформированные (опухолевые) клетки могут быть вирусп- родуцирующими, вирогенными или невирогенными. Генетический материал вируса должен быть стабильно закреплен в трансформированных клетках.Клетка, зараженная онкогенным вирусом, может стойко трансформироваться при условии, что вирусный геном будет постоянно сохраняться в ней. Существует три способа стабильного закрепления (персистенции) вирусного генома в клетке) физическая интеграция вирусного и клеточного геномов, при которой вирусный геном в результате рекомбинации внедряется в геном клетки и становится его частью) вирусный геном существует в форме свободного генетического элемента, (плазмиды), реплицирующегося в клеточном ядре вколи честве десятков и сотен копий) нецитоцидный опухолеродный вирус размножается в трансформируемых клетках, созревает, и инфекционные вирионы переходят в дочерние клетки, поддерживая стабильную продуктивную инфекцию. Возможно также сочетание этих механизмов. Физическая интеграция вирусного генома (или ДНК-провируса в случае ретровирусов) с клеточным геномом характерна для папова-, адено-, ретровирусного и, по-видимому, герпесвирусного канцерогенеза. При репликации клеточной ДНК и делении клеток такой интегрированный вирусный геном попадает вовсе дочерние клетки вместе с клеточным геномом. Плазмидный механизм характерен для некоторых герпес- и па- пилломавирусов. Большое число копий свободного вирусного генома в клеточных ядрах, по-видимому, сочетается с интеграцией немногих копий с клеточным геномом. Третий механизм характерен для опухолеродных поксвирусов, например для вируса фибромы Шопа. Геном большинства известных онкогенных вирусов содержит специальные гены — онкогены, которые должны экспрессировать ся в трансформированных клетках Открытие онкогенов, экспрессия которых необходима (ноне всегда достаточна) для неопластичес кой трансформации клетки явилось крупнейшим достижением онковирусологии. Для выявления этих генов были использованы различные методические подходы. Первый вирусный онкоген был открыт Г. Мартином в геноме вируса саркомы Рауса в 1970 г. Онкогены были найдены и у многих опухолеродных вирусов, способных трансформировать клетки в культуре — у папова-, адено- и ретровирусов (более подробная информация об этих онкогенах будет представлена в соответствующих разделах. Идентифицированные вирусные онкогены были клонированы в плазмидах современными методами генетической инженерии, определена их нуклеотидная последовательность, выявлены и охарактеризованы кодируемые ими белковые продукты. Сейчас известно свыше 30 вирусных онкогенов. Их продукты разнообразны как по молекулярной массе (мм, таки по функции. Среди них имеются тирозиновые протеинкиназы (ферменты, фосфо- рилирующие клеточные белки по гидроксилу тирозина, белки, связывающие гуанозинтрифосфат, факторы роста, факторы трансляции и белки с неизвестными функциями. Доказано, что онкогены ретровирусов происходят из клеточных генов (протоонкогенов) в результате их случайного включения в вирусный геном они ненужны этим вирусам для их существования подробнее см. Ретровирусы). Онкогены ДНК-содержащих вирусов также, по-видимому, происходят из клеточных генов, имеющих отношение к регуляции клеточного деления и превратившихся в настоящие вирусные гены в процессе эволюции. По трансформирующему эффекту на клетки вирусные онкогены несколько условно можно разделить натри группы) иммортализующие онкогены, которые превращают нормальную клетку в минимально трансформированную, способную к неограниченному размножению без изменения ее социального поведения) трансформирующие гены, которые не делают клетку бессмертной, но меняют ее социальное поведение 3) онкогены скомбинированным действием, способные сделать клетку полностью трансформированной. Для того чтобы полностью трансформировать нормальные клетки в культуре и получить характерные фокусы трансформации необходимо вести в них либо комбинацию онкогенов первого и второго типов, либо онкоген третьего типа. Если ввести в фибробласты хомячка по отдельности онкогены v-myc и v-ras, фокусы трансформации не возникают. Если ввести эти онкогены вместе, появляются характерные фокусы трансформированных клеток, подобные показанным на рис. 21.19. Если использовать для трансформации не культуры первичных клеток, а минимально трансформированные линии клеток, полный трансформирующий эффект может быть достигнут только за счет одного онкогена второго типа, так как в минимально трансформированных клетках уже функционирует какой-то, обычно неизвестный клеточный онкоген первого типа. Продукты онкогенов могут отличаться по степени тканевой и видовой специфичности. Так, некоторые вирусы способны трансформировать клетки крови, вызывая определенные типы лейкозов, ноне трансформируют фибробласты. Продукты онкогенов паповавирусов и вируса саркомы Рауса обладают меньшей специфичностью. Среди клеточных генов, играющих особую роль в канцерогенезе, включая вирусный, необходимо отметить так называемые гены-суп рессоры. Это гены, продукты которых участвуют в негативном контроле клеточного деления и тем самым препятствуют опухолевой трансформации клеток. Сейчас известно около десятка таких генов. Если они нормально функционируют в клетке, тогда последняя очень устойчива к различным факторам, вызывающим опухолевую трансформацию. В большинстве спонтанных опухолей человека гены-супрес соры либо отсутствуют в результате делеции соответствующей области генома, либо не функционируют из-за повреждения их регуляторных элементов, либо в результате мутации экспрессируют функционально неполноценный белок. Обычно в диплоидном геноме опухолевой клетки комбинируются разные типы повреждений генов- супрессоров (например, делеция соответствующей области генома водной хромосоме и мутация гена-супрессора в другой. При врожденной делеции гена резко возрастает частота возникновения ре- тинобластомы и некоторых других опухолей. Как же онкогенные вирусы справляются с генами-супрессорами? Было показано, что продукты онкогенов папова-, адено- и герпесви- русов могут выключать гены-супрессоры не генетическими (делеции, мутации, а эпигенетическими механизмами. Молекулярные механизмы превращения нормальной клетки в опухолевую под влиянием продуктов онкогенов еще недостаточно изучены Возможен вирусный канцерогенез безучастия вирусных онко генов. Некоторые опухолеродные вирусы, закономерно вызывающие опухоли в эксперименте ив естественных условиях (например, вирусы лимфоидного лейкоза кур, мышей, кошек, коров, обезьян, человека) не содержат в геноме каких либо генов, которые можно идентифицировать как онкогены. Механизм их онкогенного действия обсуждается в разделе Ретровирусы. Трансформированные вирусом клетки обычно содержат вирус специфические белки и антигены Если в трансформированных клетках происходит экспрессия полного вирусного генома, в них будут обнаруживаться все структурные (вирионные) и неструктурные белки и вирионы данного онкогенного вируса. Эта ситуация типична для онкогенных покс- и ретровирусов, способных вызывать продуктивную инфекцию клетки без ее гибели. Для остальных вирусов характерно образование лишь части вирусспецифических белков без формирования инфекционного вируса, те. абортивная инфекция, совместимая с жизнеспособностью клетки. Онкогенные вирусы и онкогенные инфекции Под онкогенными инфекциями понимают инфекции, закономерно ведущие к появлению опухолей. В практическом плане важно, что, проводя специфическую и неспецифическую профилактику онкогенных инфекций можно повлиять на онкологическую заболеваемость человека и сельскохозяйственных животных. Следует отметить, что в естественных условиях инфекции, вызываемые онкогенными вирусами, не всегда должны расцениваться как онкогенные инфекции. Так, аденовирусы человека 12, 18, 31 типов являются вы- сокоонкогенными агентами в экспериментах на новорожденных хомяках. Они часто заражают людей. Однако аденовирусная инфекция человека (и животных) не ведет к развитию опухолей и не может считаться онкогенной инфекцией. В случае аденовирусов онкогенной является лишь экспериментальная инфекция новорожденных хомяков. В свою очередь, инфекция некоторыми неонкогенными вирусами может вести к патологии, закономерно способствующей развитию опухолей. Например, неонкогенный вирус иммунодефицита человека ВИЧ, вызывая СПИД, создает условия для возникновения злокачественных опухолей. В 80-90 годах накопились данные об онкогенных инфекциях человека, ведущих к возникновению не только доброкачественных, но и злокачественных опухолей) папилломавирусные инфекции, ведущие к развитию доброкачественных опухолей кожи и слизистых (папилломы, кондиломы, а также злокачественных опухолей (раков) аногенитальной области, кожи и других органов) инфекция, вызываемая вирусом гепатита В, ведущая к хроническим гепатитами являющаяся главной причиной рака печени; 3)вирус гепатита С, который не может считаться окогенным, вызывает инфекцию, ведущую к хроническому гепатиту и гепатоме; 4) вирус Т-клеточного лейкоза взрослых вызывает инфекцию, иногда заканчивающуюся развитием лейкоза) вирус иммунодефицита человека вызывает смертельный синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД, на фоне которого развиваются злокачественные опухоли (в первую очередь, лейкозы и саркома Калоши) герпесвирус Эпштейнаг-Барр вызывает инфекцию, распространенную во всем мире и ведущую участи зараженных людей к неопу холевому заболеванию — инфекционному мононуклеозу однако в определенных районах Африки и Юго-Восточной Азии эта инфекция способствует развитию злокачественной лимфомы Беркитга и назо- фаренгиального рака, и может рассматриваться как онкогенная инфекция) герпесвирус саркомы Капоши вызывает инфекцию, которая у людей с подавленным клеточным иммунитетом может вести к развитию множественных опухолевых узлов в коже) вирус контагиозного моллюска вызывает инфекцию, ведущую к появлению специфических доброкачественных кожных опухолей. По основным закономерностям распространения онкогенные инфекции принципиально не отличаются от обычных неонкоген- ных инфекций. Подходы к их диагностике и профилактике также не имеют какой-либо онкологической специфики. Необходимо отметить, что основным источником инфекции при онкогенных инфекциях являются здоровые вирусоносители, а не больные, страдающие опухолевыми заболеваниями в результате онкогенной инфекции. За редким исключением, возникшие опухоли не содержат вирус в инфекционной форме, способный заразить здоровых людей в результате контакта с онкологическим больными передать им опухолевое заболевание. Поэтому существование онкогенных инфекций не отменяет формулу больные злокачественными опухолями незаразны. Паповавирусы (В семейство входят два рода 1) полиомавирусы (Polyoma- virus) (вирус полиомы мышей, вакуолизирующий вирус обезьян SV40 вирусы, выделенные от человека — ВК и JC и некоторые другие) — диаметр вириона около 45 нм 2) папилломавирусы (Papillomavirus) вирусы папиллом человека, кролика, быка и других животных) с диаметром вириона около 55 нм Вирионы паповавирусов построены только из белка и ДНК. Кап- сид вириона состоит из двух или трех белков, внутри вириона обнаруживаются клеточные гистоны, связанные с вирусной ДНК и образующие минихромосому. Такие минихромосомы подобны по структуре клеточным хромосомами характерны только для паповавирусов, ноне для других ДНК-содержащих вирусов. Вирионы паповавирусов устойчивы к нагреванию при 50°С. Полиомавирусы. Для полиомавирусов характерна способность вызывать разные типы инфекции клетки) острая продуктивная инфекция клетки, заканчивающаяся образованием инфекционных вирионов (около 10000 вирионов/клетка) и гибелью клетки) острая абортивная инфекция, при которой не происходит репликации вирусной ДНК, образуются только ранние неструктурные белки, клетка не гибнет и освобождается от вирусного генома) хроническая абортивная инфекция, при которой вирусная ДНК закрепляется в клетке путем физической интеграции с клеточным геномом, экспрес сируются только ранние гены вируса, значительная часть таких клеток подвергается неопластической трансформации. Вирусы SV40, JC, ВК хорощо размножаются в культуре клеток почки зеленой мартышки, вызывая цитопатический эффект. SV40 вызывает характерную вакуолизацию цитоплазмы (отсюда «вакуолизирующий» вирус. Вирус полиомы размножается в культуре клеток мыши. В чувствительных клеточных культурах эти вирусы образуют бляшки под агаровым покрытием, что используется для их титрования. Все полиомавирусы четко различаются между собой в реакции нейтрализации. В культуре клеток хомяка, крысы, быка и многих других животных поли омавирусы не размножаются, но вызывают в части клеток абортивную инфекцию, которая может завершиться неопластической трансформацией. Вирус полиомы в экспериментальных условиях вызывает разнообразные опухоли (саркомы, аденокарциномы, фибромы, эндотелио- мы и др) у мышей, хомяков, крыс, морских свинок, кроликов, ноне у приматов. SV40, JC,BK вызывают саркомы у сирийских хомячков на месте введения. Обязательным условием опухолеобразования является парентеральный путь введения, высокая доза вируса (>104 ВОЕ) и иммунологическая незрелость животных. Наиболее чувствительны к опухолеродному действию новорожденные сирийские хомячки их чувствительность снижается по днями практически исчезает к недельному возрасту. Если заразить новорожденных хомяков большой дозой SV40, опухоли появятся у всех животных через 4-9 мес. Интересно, что если таким зараженным животным повторно ввести большую дозу того же вируса в возрасте 1-2 мес, опухоли не развиваются. Обе инокуляции вируса вызывают в зараженных клетках образование специфических трансплантационных опухолевых антигенов А Б Рис. 21.20. Т-ангиген в ядрах зараженных и трансформированных вирусом SV40 клеток: А — клетки почки зеленой мартышки, зараженной вирусом (продуктивная инфекция, 72 часа после заражения Б — клетки почки сирийского хомячка трансформированных вирусом. Иммунофлюоресценция с использованием сыворотки хомячков-носителей опухолей, вызванных вирусом SV40 (СТОА), ноу новорожденных животных иммунологическая реакция на 1 TOT антиген ослаблена, ау более взрослых животных вирус вызывает специфический противоопухолевый иммунитет и останавливает развитие опухолевого роста на ранней стадии канцерогенеза. Помимо СТОА, локализованных в клеточной мембране, в опухолевых, зараженных и трансформированных in vitro клетках выявляются Т-ан- тигены (Тишог-опухоль), локализованные в ядре (рис. Названные выше условия опухолеродного действия полиомавирусов объясняют, почему эти вирусы, высокоонкогенные в эксперименте, не играют никакой роли в естественном канцерогенезе у своих хозяев (мышей, макак резус, среди которых они широко рспространены. Широкое применение полиомиелитных вакцин, изготовлявшихся в е годы в культуре почки макаки-резус и содержавших инфекционный вирус SV 40 (в то время неизвестный, привело к массовому инфицированию детей, в том числе новорожденных, но вирус в человеческой популяции не закрепился и, повидимому не вызвал каких-либо вредных последствий у привитых. Сначала х годов вакцина изготовляется в клетках почки зеленой мартышки и полностью свободна от При продуктивной инфекции геном полиомавируса, проникает в ядро, где происходит его транскрипция. До репликации ДНК транскрибируется около половины генома (ранние гены. Синтез ранних белков происходит в цитоплазме, после чего эти белки возвращаются в ядро и связываются с вирусной ДНК. В ядре же начинается репликация вирусной ДНК, осуществляемая клеточной репликационной машиной. После начала репликации происходит транскрипция поздних генов вируса. Поздние белки синтезируются в цитоплазме и затем возвращаются в ядро, где происходит сборка вирионов. |