Transformation und Onkogenese
Molekulare Mechanismen der Pathogenesebei Infektionskrankheiten
Ralf BartenschlagerAbteilung Molekulare Virologie, Hygiene Institut
INF345, 1. OGhttp://molecular-virology.uni-hd.de
Immortalisierung
Induktion der unbegrenzten Teilungsfähigkeit
Wichtige Begriffe
Transformationmorphologische und physiologische Änderungen einer Zelle wie
reduzierte Abhängigkeit/Verlust der Abhängigkeit von WachstumsfaktorenVerlust der Kontakthemmung (Foci)Wachstum in WeichagarAbrundung, Streßfasern, Metabolismus u.a.tumorigen
verursacht durchInfektion mit onkogenem VirusBehandlung mit Cancerogenen/MutagenenEinführung/Aktivierung eines OnkogensDefekt eines Tumorsuppressorgens
Onkogenese Entstehung von Krebs
Entstehung eines Kolonkarzinoms
immorta-lisiert
benignerTumor
malignerTumor
Polyp
(adenomatouspolyposis coli)
(deleted in coloncarcinoma)
Tumorentstehung ist Mehrstufenprozess
Mutationen in mehreren zellulären Genen
~20% menschl. Tumoren mit Viren assoziiertFlint et al., Molecular Virology, 2004
Humanpathogene Viren, die mit Krebs assoziiert sind
Epstein-Barr Virus Burkitt Lymphom, Nasopharynx Karzinom
Humanes Herpersvirus 8 Kaposi Sarcom
Hepatitis B Virus Leberzellkarzinom
Hepatitis C Virus Leberzellkarzinom
HTLV-1 Adulte T-Zell Leukämie
Humane Papilloma Viren Cervixkarzinom u.a.
Transformation durch Retroviren:
Transduzieren ein Onkogen zellulären Ursprungs
Insertionsmutagenese
virales Protein, das die zelluläre Genexpression beeinflusst
Grundprinzipien der Transformation
Transformation durch DNA-Viren:
Aktivierung des Zellzyklus (S-Phase)
Aufbau und Replikationsstrategie der Retroviren
Infektion
Reverse Transkription
Integration der DNA-Kopiein Wirtszellgenom (Provirus)
RNA-Synthese (zell. RNA-Pol. II)
Protein-Synthese
Virus-Montage und Ausschleusung
Flint et al., Molecular Virology, 2004
NichttransduzierendeViren
NichttransduzierendeViren
mit langer LatenzzeitEffizienz der Tumorinduktion
Latenzzeit
Erreger
Onkogenes Element
Transformation in Zellkultur
Transduzierende Viren
hoch (ca. 100%)
kurz (Tage)
Rekombinante Viren; bis auf
Rous Sarcoma Virus defekt
zell-abgeleitetes Onkogen,
transduziert in Zielzelle
ja
hoch bis mittel
intermediär (Wochen, Monate)
intaktes Virus,
replikationskompetent
Aktivierung eines zellulären
Onkogens durch ungerichtete
Insertion des Provirus
nein
sehr gering (< 5%)
lang (Monate, Jahre)
intaktes Virus,
replikationskompetent
virus-kodiertes, regulatorisches
Protein, das die virale
Transkription kontrolliert
nein
Onkogene Retroviren
Genomkarten transduzierender, onkogener Retrovirenvon Vögeln und Säugetieren
Flint et al., Molecular Virology, 2004
• Wachstumsfaktoren
• Rezeptoren für Wachstumsfaktoren (Tyr-Kinasen)
• G-Proteine
• Serin/Threonin- oder Tyrosin-Kinasen
• Nukleäre Proteine (z.B. Transaktivatoren)
Retroviral Transduzierte Onkogene
Bei der Integration des c-onc in das Virusgenom kommt es häufig zu Mutationen
v-onc mit Fehlfunktionen (z.B. konstitutive Aktivierung durch Punktmutation)
v-onc steht zusätzlich unter der Transkriptionskontrolle des Provirus
v-src:Änderungvon Y527
regulatorische Funktiondes C-terminus
c-src und v-src
SH1 = Tyr-Kinasedomäne
SH2 = Phosphotyrosin-Bindedomäne
SH3 = Polyprolin-Bindedomäne
SH4 = N-term. Myristylierungsdomäne
Src beteiligt an Kontrolle von:
Zytoskelett
Zellproliferation
Binding of SH2 or SH3to domains in other proteinsor dephosphorylation of Y527
Flint et al., Molecular Virology, 2004
Insertionsbedingte Transformation bei Retroviren
c-onc unter Transkriptionskontrolle des retroviralen Promotors/Enhancers (LTR)
Dysregulation der zeitlich kontrollierten Expression von c-onc
Inaktivierung des c-onc (Insertionsmutagenese)
Flint et al., Molecular Virology, 2004
Nicht-transduzierende Retroviren mit langer Latenzzeit
• Bsp.: HTLV-1 adulte T-Zellleukämie (ATL)
• erstmals 1977 in Japan beschrieben
• Virusisolation aus Leukämiezellen 1980
• komplexes Retrovirus mit viralen, regulatorischen Proteinen
Trans-aktivator
Transformation durch Retroviren:
Transduzieren ein Onkogen zellulären Ursprungs
Insertionsmutagenese
virales Protein, das die zell. Genexpression beeinflusst
Grundprinzipien der Transformation
Transformation durch DNA-Viren
Allgemeiner Replikationszyklus von DNA Viren (SV40)
EARLY
Ruhende Zelle
S-Phase(virale
DNA-Synthese)
LATE
Virusproduktion
Flint et al., Molecular Virology, 2004
• Transformation und produktive Replikation schließen sich gegenseitig aus
Zelle in S-Phase bei abortiver Replikation
• Selten Integration des kompletten Virusgenoms in das Genom der Wirtszelle
Häufig nur Teile des viralen Genoms erhalten (early Gene)
• Z.T. episomale Persistenz des viralen Genoms (EBV, Papillomav.)
• Transformation durch:
Beeinflussung der Signaltransduktionzelluläre Homologe (bes. große DNA-Viren)direkten Eingriff in Zellzyklus
Transformation bei DNA Viren
Schalterproteine des Zellzyklus: Retinoblastomprotein
Rb: entdeckt in Retinatumoren
Tumorsuppressor, der Eintritt in die S-Phase reguliert
Phosphorylierung durch CyclinD-abh.Kinase
nukleäres Protein-bindendes Protein
Rb Phosphorylierung
RbDephosphorylierung
Rb hemmt Transkription von E2f-abh. Genen
Replikationsenzyme (z.B.DNA-Polymerasen, Histone, Zellzyklusproteine)
Hemmung der Rb-Funktion durch virale Proteine
Virale Proteine verdrängen Rb aus Komplex mit E2f
E1A (Adenovirus) stabilisiert E2f
E7 (Papilloma Virus) induziert Degradation von Rb
Zelluläre Schalterproteine des Zellzyklus: p53
Rb
p53: das am häufigsten mutierte Gen in menschl. Tumoren (ca. 65% aller Tumore)Zellzyklusregulator in Abhängigkeit von DNA-Schäden oder unkontroll. Eintritt in S-PhaseDNA-bindendes Protein; Transkriptionsregulator CdK-Inhibitoren (p21) reguliert G1/S arrest (geringe DNA-Schäden)Apoptose (‚irreparable DNA-Schäden‘)
-
p53
Rb Phosphorylierung
RbDephosphorylierung
Inaktivierung von p53 durch adeno- und papovavirale Proteine
(inaktiver Komplex)
Ubiquitin Proteinligase
Ad
Ad
Aktivator Repressor
Flin
t et a
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