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

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l., M

olec

ular

Viro

logy

, 200

4

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

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4

Viel

falt

vira

lerT

rans

form

atio

nsm

echa

nism

en (1

)

Vielfalt viraler Transformationsmechanismen (2)

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