Infos zur Virologie und Zellbiologie: Internet · Eigenschaften des RbProteins 1. Tumor-Suppressor-Protein 2. Im hypo-phosphorylierten Zustand bindet Rb den Transkriptionsfaktor E2F

Transformation/Polyomavirus

Ruth Brack-Werner; SS2011Molekulare Virologie

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RBW: Ruth Brack-Werner: [email protected]: Armin Baiker: [email protected]: Hans Nitschko: [email protected]: Bettina Kempkes [email protected]

Logindaten für die Skriptenhttp://www.helmholtz-muenchen.de/en/viro/seminars-and-teaching/index.html

LogIn daten:

Ben.: student-viro1PW: viro-rbw



Beteiligung von Viren an Krebserkrankungen

(1) Alleinige Auslöser:

Infektion ist ausreichend für die Tumorentstehung

Beispiel: Rous Sarcoma Virus

(2) als Cofaktoren (häufiger):

Infektion von der Zelle ist Voraussetzung für die

Tumorentstehung aber nicht ausreichend.

Beispiele: HBV, SV40, HPV, HIV



Beispiele für Tumor-auslösende RNA Viren

Retroviridae RSV, MSV, MuLV; SSV/SSAV; HTLV

Verschiedene Tumore, Leukämien und Sarkome

Flaviviridae Hepatitis C Virus

Leber-karzinome



Beispiele für Onkogene DNA-Viren

Adenoviridae Adenovirus Verschiedene solide Tumore

Hepadnaviridae Hepatitis B Virus

Leber-Karzinome

Herpesviridae Epstein Barr Virus

B-Zell Lymphome

Papillomaviridae HPV 16, -18 Cervix Karzinom

Polyomaviridae SV40 Verschiedene solide Tumore



Krebserkrankungen beim Menschen mit virale Beteiligung



Beispiel für die virus-assoziierte Onkogenese (Viren als Co-Faktoren)

HIV-assoziierte Tumorerkrankungen•Kaposi Sarkom:

maligne Erkrankung des Gefäss-Systems;Mischung von Endothelzellen und inflammator. Zellen;

•AIDS-related lymphomas (ARL);Non-Hodgkin’s Lymphome; in erster Linie B-Zell-Ursprung; oft EBV oder HHV-8 positiv

Burkitt’s Lymphom;Diffuses gross-zelliges B-Zelllymphom (DLBCL); Primäres ZNS-Lymphom (PCNS)

•Cervixkarzinom; Gebärmutterhalskrebs; Epithelzellen



Beispiel für die virus-assoziierte Onkogenese

Kaposi Sarkom (assoziiert mit HIV)



Burkitt‘s Lymphoma



Burkitt‘s Lymphoma

From: Endemic Burkitt's lymphoma: a polymicrobial disease?Rosemary Rochford, Martin J. Cannon & Ann M. MoormannNature Reviews Microbiology 3, 182-187 (February 2005)



Einige gemeinsame Eigenschaften der onkogenen Zell-Transformation durch Viren

1. Infektion führt nicht zum Zelltod;

2. Einmalige Infektion der Zelle ausreichend für ihre

Transformation (“single-hit” Mechanismus);

3. Persistente Infektion;



Zelltransformation durch Retroviren

Transduzierende Viren;

Übertragen ein Onkogen;

Nicht-transduzierende Viren;

Enthalten selber kein Onkogen;

Transformation ist auf die Beeinflussung der

Expression von zellulären Tumor-assoziierten

Genen zurückzuführen.



Zelltransformation durch Retroviren: Retroviren mit Onkogenen

Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Fig. 7.7.



Zelltransformation durch Retroviren: Funktionen von transduzierten Onkogenen

Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Table 7.6.

Growth factor



Zelltransformation durch Retroviren: Aktivierung der Onkogen-Expression

durch integrierte Retroviren

Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Fig. 7.14.



Transformierte Zellen

Mögliche Eigenschaften1. Immortalisation;

2. Morphologische Veränderungen;

3. Verminderte Abhängigkeit von Wachstumsfaktoren;

4. Können bei Nährstoffmangel nicht in die Ruhephase

eingehen;

5. Können “ Foci” (= Zellhaufen) bilden;

6. Wachstum ohne Anheftung möglich;

7. Tumorinduktion in Versuchtstieren;



Virus-transformierte Zellen

Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.2.

Beispiel: Rous sarcoma virus infizierte und transformierte Hühnerzellen

Focus A Übereinander wachsende Zellen in Focus A

Focus C Normale und transformierte Zellen in Focus C



Tumor-Induktion durch DNA Viren

Persistente Virus-Infektion;• Persistenz des viralen Genoms durch Integration in das

Wirtszellgenom (z.B. Polyomavirus) oder

extrachromosomal als Episom (z.B. EBV);

• Expression von viralen Genprodukten;

• Transformation ist ein seltenes Ereignis.



Mechanismen der onkogenen Zelltransformation

I. Dauerhafte Aktivierung von zellulären Signal-

Transduktionswegen;

II. Eingriff in die Zellzyklus-Kontrolle;

III. Verhinderung der Apoptose.



I. Transformation durch Aktivierung von zellulären Signal-Transduktions Wegen

Aktivierung von Tyrosin-Kinasen: Beispiel c-Src

Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.9A.

X v-src

P

Kinase Aktivität

Myristyl-Kette

Interktionen mit Protein-Partnern SH3: Partner mit Prolin-reichen SequenzenSH2: Partner mit Phosphotyrosine-haltigen Sequenzen

Membranverankerung




Inaktive Konformation: Zusammengehalten durch Interaktion von dem phospyhorylierten Tyrosine 527 mit der SH2 Domäne von c-Src.

Aktivierung:Bindung von Liganden an SH2 bzw. SH3 Domänen; Autophosphorylierung von Y416; Dephosphorylierung von Y527D

De-Aktiverung durch Phosphorylierung von Y527

Martin GS. The hunting of the src. 2001. Nature Reviews Molecular Biology 2, 467-475




Mechanismen zur dauerhafte Aktivierung c-Src:• Beispiel RSV: Transduktion eines Genes das für ein

dauerhaft aktiviertes Src-Analog kodiert (v-Src).

Martin GS. The hunting of the src. 2001. Nature Reviews Molecular Biology 2, 467-475




Dauerhafte Aktivierung von c-Src durch Polymavirus middleT-Antigen:Rekrutiereung von Pp2 A an c-Src;=> Dauerhafte Aktivierung; Phosphorlyierung von mT durch c-src; Bindung von zellulären Protein an mT, die Signal-Transduktionskaskaden auslösen.


Protein Phosphatase 2a




Simulation von aktivierten Rezeptoren für

extrazelluläre Signale

Beispiel: LMP-1 (Latent Membrane Protein 1) von EBV



LMP-1 induziert verschiedeneSignal-Transduktion Wege

LMP-1 (Oligomerisiert)

CTAR:- C-terminal activating region of LMP-1

Traf: Tumor necrosis factor receptor associated protein


JAK: Janus kinase

JNK: Jun N-terminal kinase

STAT: signal transducer and activation of transcription

IkB: Inhibitor of kappa B

NFkB: Nuclear factor kappa B

AP-1: Activator protein

Tradd: Traf adaptor




Chung JY et al., 2002. J Cell Sci 115, 679-688



(II) Eingriff in die Zellzykluskontrolle

Der Zellzyklus




Zellzykluskontrolle: Zyklin/Kinase Komplexe


Zyklin = regulatorische Untereinheit

Zyklinabhängigen kinase = katalytische Untereinheit

Mitogene: Wirksam in der G1 Phase bzw. in Go, wo sie den Eintritt in den Zellzyklus bewirken;

Cyclin A + cdk2

Cyclin B + cdk2



(II) Inaktivierung von Tumor-Suppressor-Proteinen; Rb Protein

Eigenschaften des RbProteins1. Tumor-Suppressor-Protein

2. Im hypo-phosphorylierten Zustand bindet Rb den

Transkriptionsfaktor E2F und hemmt die Transkription von

E2F-abhängigen Genen;

3. Die Phosphorylierung von Rb durch Zyklin D/Kinasen führt zur

Freisetzung von E2F;

4. E2F aktiviert die Expression von verschiedenen Genen:

1. Zykline/Kinasen zur weiteren Phosphorylierung von Rb;

2. Gene für die DNA Synthese und Mitose;

3. E2F Gen



(II) Freisetzung von an Rb Protein gebundenes E2F durch virale Proteine

Abbau von Rb-E2F Komplexen durch SV40 T-antigen

Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Fig. 7.19B.



(II) Funktionelle Domänen des Rb Proteins

Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.16B.



(II) Weitere virale Mechanismen zur Inaktivierung von Rb

Förderung der Phosphorylierung von Rb durch Erhöhung des

Pools an Zyklin/Kinasen

1. HHV-8 v-Cyclin:

• Virus-kodiertes Zyklin; Homolog von Zyklin D2;

• Bindet nur sehr schwach an Zyklin-Inhibitoren.

2. HPV E7:

• Bindet und inaktiviert den G1 Zyklin-Inhibitor p21Cip1



(III) Hemmung der Apoptose: Inaktivierung von p53

1. Entdeckung auf Grund seiner Bindung an SV40 LT-Antigen;

2. Sensor für Genom-Schäden/Veränderungen;

3. Am häufigsten mutiertes Gen in menschlichen Tumoren;

4. Protein ist in normalen Zellen sehr kurzlebig (Bindung von Mdm-2

katalysiert die Ubiquitinylierung und fördert damit den Abbau von p53

durch Proteasomen);

5. Wird stabilisiert durch Bindung von anderen Proteinen (z.B. Atm) bei

Doppelstrang-Brüchen bzw. bei der DNA-Reparatur

6. Transkriptionsfaktor; wirkt als Tetramer; Aktiviert die Expression von

Genen die den Zellzyklus anhalten (z.B. den Zyklin-Inhibitor p21Cip1)

oder die Apoptose induzieren;



(III) p53 Struktur


DNA



(III) Mechanismen zur Inaktivierung von p53 durchs virale Proteine




(III) Mechanismen zur Inaktivierung von p53 durch virale Proteine

1. Beschleunigung des Abbaus von p53

(HPV E6, Adenovirus E1B + E4);

2. Sequestrierung in inaktive Komplexe (SV40 LT);

3. Veränderung der Funktion von p53 durch Interaktion mit viralem

Protein (z.B. Bindung führt dazu, dass p53 die Transkription

unterdrück, anstatt sie zu aktivieren).



Diversität der Mechanismen der Transformation durch Viren

Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Table 7.8.



Diversität der Mechanismen der Transformation durch Viren

Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Fig. 7.14. Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Table 7.8



Zusammenfassung: Tumorigene Viren

•Viren mit tumorigenem Potential: RNA Viren: z.B. RetrovirenDNA Viren:z.B. Papillomaviren

•Voraussetzung: persistente (= dauerhafte) Infektion•Onkogene in Viren:

Retroviren: können modifizierte zelluläre Onkogene übertragen; DNA Viren: Kodierungssequenzen für virale Proteine zur Optimierung der

Virusreplikation;•Mechanismen der Zelltransformation durch DNA Viren:

Dauerhafte Aktivierung von Signaltransduktionswegen;Eingriff in die Zellzykluskontrolle (RB-Protein)Verhinderung der Apoptose (p53)





LMP1 simuliert den TNF-Receptor 1

TNFα

TNF-receptor 1

TRADD

RIP

TRAF2

LMP1

TRADD

RIP

TRAFs

Anti-apoptotic pathwaysSurvivalTransformation

Apoptosis, necrosisSurvival

Arnd Kieser, AG Signal Transduction, Dept. Gene Vectors, HelmholtzZentrum



(II) Regulation von E2F durch Rb

Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 7.18B



(III) Regulation der Stabilität und Aktivität von p53

Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Fig. 7.19B.

DNA

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