Роль вирусов в трансформации клеток и онкогенезе

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Вирусная теория происхождения рака на сегодняшний день является основной. Благодаря изучению онкогенных вирусов стало возможным понимание молекулярных механизмов онкогенеза. В основе этих механизмов лежит увеличение популяций клеток с накопившимися мутациями и с эпигенетическими модификациями генов и нуклеосом. Данные изменения влияют на функционирование этапов сигнальных путей, регулирующих межклеточные связи. Одно или несколько генетических изменений, возникающих в результате эндогенного или экзогенного повреждения дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), могут передаваться по наследству. Важным открытием стало то, что индукция злокачественных процессов не является обязательным требованием для размножения онкогенных вирусов. Кроме того, характер роста, морфология нормальных клеток могут быть изменены при их культивировании с определенными вирусами. Такие клетки являются трансформируемыми. Исследование систем клеточных культур (КК) позволило выявить онкогенный потенциал в инфицированных вирусом клетках. В результате были установлены вирусные и клеточные онкогены, схемы, контролирующие пролиферацию клеток. Увеличение жизни трансформированных клеток, сама трансформация, онкогенез — это разные события, но которые теснейшим образом связаны между собой. Трансформированные клетки отличаются от нормальных длительным полупериодом жизни, снижением ингибирования межклеточных контактов, выработкой собственных факторов роста. Так, ретровирусы могут либо кодировать онкогены, либо интегрироваться в клеточный геном хозяина и дисрегулировать экспрессию клеточных протоонкогенов. Трансформирующие ДНК-вирусы кодируют белки, связывающиеся со специфическими клеточными белками-супрессорами опухолей — RB и р53, тем самым способствуя сокращению времени клеточного цикла. Белки, кодируемые трансформирующими вирусами, могут предотвращать апоптоз клеток, ингибировать иммунное распознавание, способствовать ангиогенезу. Индукция хронического иммунного ответа (ИО) со временем приводит к повреждению клеток и тканей, появлению клеток с измененными функциями, что и лежит в основе онкогенеза, вызванного вирусами. Все перечисленное выше не является открытием, однако современными методами выявлены многие «интимные» механизмы опухолеассоциированных процессов.

Цель исследования — проанализировать данные современной литературы, характеризующие «интимные» механизмы трансформации нормальных клеток и этапы онкогенеза.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Изучена современная научная литература, посвященная характеристике опухолеассоциированных процессов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Современными высокопроизводительными методами секвенирования геномов опухолей установлено, что большинство опухолей — это следствие накопления последовательных мутаций в течение длительного периода. Количество и характер генетических изменений варьируют в зависимости от типа рака, возраста пациента, вклада мутагенов в онкогенез и других факторов, в том числе даже диеты. Так, установлено, что у курильщиков с мелкоклеточным раком легких мутационные изменения в геноме возникают в 10 раз чаще, чем у некурящих с аналогичным заболеванием. Сотни генетических изменений: замены, вставки, делеции, транслокации, изменение числа копий — накапливаются на поздних стадиях рака, особенно после мутаций в генах при репарации ДНК. Однако большинство перечисленных изменений являются вторичными мутациями. Количество мутаций, приводящих к развитию рака — небольшое, от 5 до 10. Причем чрезвычайно важна природа первой мутации, так как именно она определяет, какие субмутации дают селективное преимущество развитию опухоли. Также мутации изменяют функции путей сигнальной трансдукции, управляющих пролиферацией, апоптозом клеток, поддержанием целостности генома. В большинстве случаев такие мутации проходят в генах, кодирующих компоненты митоген-активированной протеинкиназы (mitogen-activated protein kinase — МАРК), сигнальных путей WNT/APC и белка р53. МАРК обладает многогранной активностью: регулирует экспрессию генов, дифференциацию, выживание клеток и апоптоз. В результате в клетках развиваются процессы фосфорилирования, завершающиеся активацией, а возможно и супрессией факторов транскрипции, регуляторных белков, что в итоге приводит к изменению уровней экспрессии соответствующих генов [1–3].

Отличительная характеристика трансформированных клеток — независимость от сигналов или условий, контролирующих репликацию ДНК и деление клеток. Трансформированные клетки увеличены в размерах, могут делиться бесконечно долго. Для этого процесса необходима секреция теломеразы, поддерживающей теломерную ДНК на концах хромосом, что обеспечивает интракринное регулирование. У трансформированных клеток снижена потребность в факторах роста. К тому же они могут секретировать собственные факторы роста, тем самым обеспечивая себе аутокринную стимуляцию роста. Однако важно понимать, что трансформированные клетки далеко не всегда являются онкогенными. Многие линии трансформированных клеток не обладают свойствами, необходимыми для образования опухолей. Известно, что теломеразная активность не нарушает механизмы регуляции роста клеток и при этом способствует стабильности генома, предотвращает хромосомные перестройки. Однако клетки большинства опухолей человека обладают теломеразной активностью. Поэтому можно считать, что теломеразная активность — универсальный маркер рака, а реактивация теломеразы — участие в онкогенезе [4].

Для поддержания целостности органов и тканей пролиферация клеток в организме жестко регулируется сигналами, стимулирующими или тормозящими рост клеток. Эти сигналы приводят к развитию широкого спектра физиологических реакций, включающих активацию или ингибирование метаболических путей, пролиферацию клеток при повреждении органов или тканей. Передача сигналов начинается с секреции факторов роста определенными типами клеток, которые связываются со специфическими рецепторами на поверхности клеток или с компонентами внеклеточного матрикса. Такое связывание лиганда со специфическим рецептором вызывает олигомеризацию молекул рецептора, передающуюся в цитоплазматическую часть рецептора. Цитоплазматический домен рецептора обладает белковой тирозинкиназной активностью, а взаимодействие фактора роста с лигандом запускает аутофосфорилирование. Эта модификация индуцирует каскад сигнальной трансдукции, а затем цепочку последовательных физических взаимодействий между мембранными и цитоплазматическими белками, а также биохимические модификации. В конечном счете функционирование клетки изменяется. Многие сигнальные каскады достигают кульминации в модификации транскрипционных активаторов или репрессоров, что способствует изменению экспрессии специфических клеточных генов. Продукты этих генов либо позволяют клетке прогрессировать через другой цикл деления клеток, либо заставляют клетку перестать дифференцироваться или вызывают апоптоз, в зависимости от того, какой механизм подходит для конкретной ситуации. Ошибки в механизмах сигнальных путей могут привести к трансформации. Формирующиеся молекулярные особенности, связанные с передачей информации, являются кратковременными, легко изменяются, так что пути трансдукции сигнала могут быть заблокированы, как только инициирующий сигнал затухает. Эти изменения, нарушающие передачу сигналов, также могут способствовать трансформации и онкогенезу (рис. 1) [5, 6].

 

Рис. 1. Сигнальные пути, способствующие увеличению размера и массы клеток (по J. Flint, Vincent R. Racaniello, G. Rall, Th. Hatzoocannon, 2020)

 

Активация инициируется связыванием лиганда с рецепторным белком тирозинкиназы (receptor protein tyrosine kinase — RPTK). Передача сигналов через RAS (белковые протоонкогенные продукты, участвуют в стимуляции клеточного деления, связаны с плазматическими мембранами клеток) и каскад MAP активируют МАРК сигнал-взаимодействующие киназы (MAPK signal-interacting kinase 1, 2 — MNK1, 2), которые фосфорилируют и активируют инициацию трансляции белка eIF4E. Активность этого инициирующего белка также повышается при передаче сигналов от RPTK через фосфатидилинозитол-3-киназу (phosphatidylinositol 3-kinase — PI3K) и 3-фосфоинозитид зависимую протеинкиназу 1 (3-phosphoinositide-dependent protein kinase — PDK1), что стимулирует протеинкиназу В (ингибирует процессы апоптоза, принимает участие в регуляции клеточного цикла, индуцирует синтез белка и поэтому является ключевым белком, регулирующим рост тканей, отвечает за развитие мышечной гипертрофии). Поскольку продукт гена Akt1 блокирует апоптоз, повышенный уровень экспрессии Akt1 отмечается во многих опухолях. Первоначально Akt1 был охарактеризован как онкоген. Сегодня известно, что продукты гена Akt1 блокируют апоптоз, а его повышенные уровни отмечаются в различных опухолях. Эта киназа инактивирует туберозный склерозный комплекс (tuberous sclerosis complex — TSC1/2) и активирует малый G-белок — RHEB (Ras homology enriched in brain) и mTOR (mammalian target of rapamycin). mTOR фосфорилирует ингибирующий 4EBP (eIF4E-связывающий белок), подавляет его способность инактивировать eIF4E. Транскрипция генов, кодирующих eIF4E, других белков инициации трансляции, стимулируется при фосфорилировании гликогенсинтазы киназы β (glycogen synthase kinase β — GSK3β) активированной AKT (АКТ — англ. V-akt murine thymoma viral oncogene homolog 1 (название дано по источнику выделения из клеток мышей, которым была привита тимома, т. е. лимфома тимуса, представляет собой серин-треониновую киназу) и снимает ингибирование транскрипционного активатора MYC (семейство регуляторных генов и протоонкогенов, кодирующих транскрипционные факторы). Семейство Myc состоит из трех родственных генов человека: c-myc (MYC), l-myc (MYCL) и n-myc (MYCN). АКТ-зависимое фосфорилирование рибосомального белка S6 киназы (ribosomal protein S6 kinase — S6K) увеличивает скорость и удлиняет время трансляции. Эти механизмы увеличивают доступность и активность белков, имеющих решающее значение в выборе соответствующей скорости, необходимой для роста клеток. АКТ своими сигналами также регулирует метаболизм посредством фосфорилирования и инактивации GSK3β и влияния активированного mTOR на липидный обмен [7, 8].

Продолжительность фаз клеточного цикла, как правило, типична для многих клеток млекопитающих, активно растущих в КК. Тем не менее существуют значительные различия в продолжительности клеточного цикла, в основном из-за различий в фазах G1 и G2. Так, ранние эмбриональные клетки животных, не увеличивая общую массу клеток, обходятся без G1 и G2, а сразу переходят из фазы синтеза ДНК (S) в митоз (M) и снова из M в S. Следовательно, они обладают чрезвычайно короткими циклами от 10 до 60 мин. Другие клетки, прекратившие рост и деление, находятся в состоянии специализированного покоя — G0. Это объясняет существующие большие различия в скоростях, с которыми размножаются клетки в многоклеточных организмах. Установлено, что вирусы могут успешно размножаться в клетках, которые проводят всю или большую часть своей жизни в G0, т. е. в состоянии «сна клеточного цикла». Во многих случаях синтез вирусных белков в таких клетках побуждает их возвращаться в клеточный цикл, быстро расти и делиться, т. е. вызывает аномальную активность [9].

Активация киназ может сопровождаться не только связыванием с соответствующим циклином, но и фосфорилированием определенных участков и удалением фосфатных групп. Так, фосфорилирование остатков Thr и Tyr киназами WEE1 и MYT ингибирует активность нескольких циклин-зависимых киназ (cyclin-dependent kinase — CDK) и блокирует прогрессирование клеточного цикла до тех пор, пока остатки не будут дефосфорилированы фосфатазами семейства CDC25. Активность киназ также контролируется членами двух семейств CDK-ингибирующих белков: INK4-белки контролируют активацию только G1, а CIP/KIP-белки — все остальные CDK. Оба типа ингибиторов играют решающую роль в контроле клеточного цикла. Так, высокая концентрация p27^kip1 характерна для покоящихся клеток, а переход клеток в фазу G1 сопровождается снижением концентрация этого белка, ингибирование его синтеза препятствует переходу клеток в фазу покоя (рис. 2) [10].

 

Рис. 2. Клеточный цикл циклической CDK млекопитающих: а — фазы клеточного цикла обозначены на окружности. Прогрессирующее накопление специфических циклинов и циклин-зависимых киназ (CDK) представлено расширяющими стрелками, которые отмечают время резкого исчезновения; b — секреция, накопление и биологические эффекты как циклинов, так и CDK регулируются многочисленными механизмами. Зеленые стрелки и красные полосы указывают на активирующие и тормозящие эффекты, взаимодействия или посттрансляционные модификации (по J. Flint, Vincent R. Racaniello, G. Rall, Th. Hatzoocannon, 2020)

 

Активация и инактивация специфических киназ лежат в основе регулирования клеточного цикла. Так, синтез Е-циклина снижает скорость перехода клеток млекопитающих из фазы G1 в S-фазу, а циклин E-CDK2 накапливается во время поздней фазы Gr. В S-фазе Е-циклин быстро исчезает из клетки. Репликации ДНК, сегрегации хромосом, деление клеток связаны не столько с изменениями концентрации CDK, сколько с самим циклом CDK, который обеспечивает интеграцию многочисленных экзо- и эндосигналов клетки в соответствующие ответы. Темп клеточного цикла (как положительный, так и отрицательный) может модулироваться различными генными продуктами. Трансформация и опухолеассоциированные процессы являются результатом комбинации доминантных мутаций с усилением функции протоонкогенов и рецессивных мутаций с потерей функций генов-супрессоров опухолей, кодирующих белки, блокирующие прогрессирование клеточного цикла. Функции любого генного продукта могут изменяться онкогенными вирусами [11].

Онкогенные вирусы имеют ряд общих характеристик. Так, для инфицирования восприимчивой клетки достаточно одной вирусной частицы, чтобы вызвать трансформацию. В трансформированной клетке может сохраняться весь или часть вирусного генома. Чаще всего клеточная трансформация сопровождается непрерывной экспрессией специфических вирусных генов. Трансформированные клетки (за исключением некоторых ретровирусов) не секретируют инфекционные вирусные частицы, а трансформирующие белки изменяют пролиферацию клеток ограниченным набором молекулярных механизмов [12].

Клетки, трансформированные онкогенными вирусами, сохраняют вирусную ДНК в своих ядрах. Эти последовательности ДНК соответствуют всему или части инфицированного генома, или провирусной ДНК, синтезированной в клетках, инфицированных ретровирусом. Вирусные последовательности ДНК могут быть интегрированы в клеточный геном или сохраняться автономно как реплицирующие эписомы. Ведущее значение в интеграции вирусной ДНК и в последующем вирусном репродуктивном цикле играет фермент интеграза. Интеграция происходит на разных участках клеточной ДНК, но это не нарушает фиксированный порядок вирусных генов и последовательностей провируса. Интеграция провирусной ДНК в определенном участке клеточного генома способствует индукции опухолеассоциированных процессов нетрансдуцирующими вирусами. В каждой опухолевой клетке в одном и том же участке хромосомы обнаруживаются провирусные последовательности. Интеграция провирусов активирует транскрипцию клеточных онкогенов. Несмотря на то, что интеграция не является обязательным условием распространения любого онкогенного ДНК-вируса, тем не менее она необходима для трансформации клеток аденовирусами или полиомавирусами. А сама трансформация зависит от вирусных белков, необходимых для персистенции вирусных эписом, непосредственно модулирующих рост и пролиферацию клеток [13].

Идеальными моделями исследований онкогенеза и трансформации стали мышиный полиомавирус (Polyomavirus muris или Mus musculus polyomavirus 1) и вирус оспы обезьян SV40. Полиомавирусы человека 1 и 2 (ВК и JC соответственно), открытые в 1971 г. индуцируют персистирующие инфекции и могут быть патогенными для иммуносупрессированных лиц. Затем из ткани опухолей пациентов, страдающих карциномой клеток Меркеля, были выявлены восемь типов других полиомавирусов, геном которых близок к организации генома полиомавирусов приматов. Геном полиомавируса клеток Меркеля присутствует в большинстве карцином клеток Меркеля, но не обнаружен в неизмененных тканях или других типах опухолей. Понятно, что интеграция вирусной ДНК предшествовала пролиферации клеток. Кроме того, именно опухолевые клетки синтезируют Т-антиген (антигены). Это отражает то, что продукты гена полиомавирусов клеток Меркеля необходимы для поддержания онкогенного фенотипа трансформированных клеток. Таким образом, установлена выраженная причинно-следственная связь между вирусной инфекцией и развитием карциномы клеток Меркеля. Хотя карцинома клеток Меркеля встречается редко, заражение полиомавирусом клеток Меркеля широко распространено. Вирус обнаруживается на коже примерно у 80 % людей. Невысокая частота индукции опухолеассоциированных процессов в этом случае связана с формированием иммуносупрессии вследствие самых различных причин. Кроме того, трансформация и онкогенез зависят от редких реакций интеграции, поддерживающих кодирующие последовательности вирусных трансформирующих белков — LT, sT [14–15].

В настоящее время генетическими методами установлены трансформирующие гены онкогенных вирусов, характеристика вирусных генов, присутствующих и экспрессируемых трансформированными клеточными линиями, а также анализ трансформирующей активности вирусных фрагментов ДНК, вводимых в клетки. Это позволило выявить спонтанную делецию вирусного генома. Такие мутанты не могли трансформировать зараженные клетки, но сохраняли способность размножаться. Эти особенности мутантов показали, что клеточная трансформация и размножение вирусов являются различными процессами [16].

Выявленные делеции у мутантов позволили получить образец нуклеиновой кислоты, специфичной для v-онкогена — v-src. Было установлено, что v-src гибридизуется с клеточной ДНК, тем самым подтверждая, что v-онкогены имеют клеточное, а не вирусное происхождение. Это важнейшее открытие показало, что такие клеточные гены могут стать онкогенами, хотя подобные изменения происходят очень редко. Большинство трансдуцирующих ретровирусов в своих геномах имеют один v-онкоген, однако некоторые, в частности вирус птичьего эритробластоза ES4, имеют два онкогена — erbA, erbB. В таких случаях один онкоген индуцирует трансформацию, а второй ускоряет этот процесс. Клеточные онкогены могут вмешиваться в пути передачи сигналов на различных стадиях, что в конечном итоге приводит к дисрегуляции прогрессирования клеточного цикла [17].

Для процессов трансформации клеток необходимо взаимодействие вирусных белков Е1А с супрессорами опухолей: RB, гистонацетилтрансферазой р300/СВР и ингибиторами циклин-зависимой киназы р27 и р21. Белковые замены Е1А, ухудшающие эти взаимодействия, снижают или прекращают трансформирующую активность. Белок Е6 вирусов папилломы человека 16-го или 18-го типов также взаимодействует с р300/СВР и супрессором опухолей белком р53, а также с белками, содержащими домен PDZ (общий структурный домен обнаружен в сигнальных белках бактерий, дрожжей, растений, вирусов и животных. Название объединяет первые буквы трех белков — постсинаптический белок плотности (PSD95), супрессор опухолей большого диска дрозофилы (Dlg1) и белок zonula occludens-1 (zo-1)). Домен PDZ вовлечен в активацию сигнальных путей трансдукции, способствующих росту клеток и ингибирующих апоптоз. Кроме того, белок Е6 связывается с транскрипционными регуляторами c-MYC и NFX1-91 для стимуляции транскрипции гена, кодирующего белковый компонент теломеразы. Эти взаимодействия были вовлечены в увеличение секреции теломеразы клетками, синтезирующими белок E6. Кроме p53 и NFX1-91 в процессы активации вовлечены клеточная убиквитин-лигаза E6-AP, а также другие клеточные белки, нацеленные на протеасомальную деградацию. Деградация PDZ-домен-содержащих белков также индуцируется вирусным белком E6 [18].

Вирус-трансформирующие белки обладают разнообразными свойствами, способствующими как изменению последовательностей первичных аминокислот, так и развитию различных вариантов биохимической активности. Они различаются по количеству и характеру сигнальных путей, которые они изменяют. Несмотря на такие вариации, эти вирусные белки индуцируют непрерывную пролиферацию клеток и способствуют формированию окончательного варианта трансформации. Они приводят к постоянной активации трансдукции каскадов клеточных сигналов, индуцирующих пролиферацию клеточного цикла, или к нарушению путей, регулирующих или сдерживающих этот процесс. Белок v-src был первым идентифицированным трансформирующим белком, обладающим функцией протеинтирозинкиназы. Изучение свойств этого белка привело к идентификации большого количества других белков с аналогичной ферментативной активностью и особой ролью в клеточной сигнализации [19].

Домен SH4 различных вирус-трансформирующих белков содержит сайт для миристиновой кислоты, закрепляющей белок в клеточной мембране. Домены SH2 и SH3 опосредуют белково-белковые взаимодействия, связывая фосфотирозинсодержащие и богатые пролином последовательности, участвуя таким образом в сигнальных трансдукционных путях и фосфорилируя белок Y527. Трансдуцированные онкогены — гомологи клеточных генов кодируют компоненты сигнальной трансдукции. Так, геном вируса герпеса человека (ВГЧ) 8-го типа содержит гомологи различных клеточных генов. Вирусный геном кодирует белки, необходимые для репродукции и сборки вирусных частиц. Гомологи клеточных генов находятся между основными генными блоками. Одни связаны с клеточными хемокинами (v-IL-6, v-IL-17, CCL-3, 4), хемокиновыми рецепторами (v-GPCR) — другие с сигнальными молекулами (интерферон-чувствительным белком (interferon-responsive protein — v-IRF), трансмембранным белком семейства N-CAM, участвующим в межклеточной сигнализации v-OX2). v-IL-6, v-IRF блокируют эффекты интерферона. Вирусные гены, ассоциированные с клеточными генами, кодируют белки (v-cyclin, v-BCL-2), регулирующие пролиферацию клеток и апоптоз. Инфицированные клетки ВПГ 8-го типа секретируют v-GPCR, v-IL-6. Продукция инфицированными клетками v-FLIP способствует их выживанию и латентному течению инфекции, а секреция v-ciclin — пролиферации. Литическое течение инфекции сопровождается цитотоксическими эффектами, поэтому была предложена паракринная модель онкогенеза (рис. 3).

 

Рис. 3. Модель паракринного онкогенеза, вызванного продуктами гена ВГЧ 8-го типа (по J. Flint, Vincent R. Racaniello, G. Rall, Th. Hatzoocannon, 2020)

 

В этой модели v-GPCR, секретируемый инфицированными клетками, запускает передачу сигналов через RAS (β и γ субъединицы тримерного G-белка — Gβγ), через MAPK, PI3K и N-концевую киназу (N-terminal kinase). Это стимулирует экспрессию клеточных генов, кодирующих интерлейкины (IL-6, 8), васкулоэндотелиальный фактор роста (Vascular endothelial growth factor — VEGF), тромбоцитарный фактор роста (Platelet growth factor — PDGF). Передача сигналов через малый G-белок RAC (играют важную регуляторную роль в подвижности и росте клеток. Rac1 экспрессируется различными тканями и стимулирует подвижность клеток. Нарушение регуляции подвижности клеток является одним из основных осложнений при инвазии и метастазировании раковых клеток. Гиперэкспрессия Rac1 V12 у мышей вызвает опухоль, фенотипически неотличимую от саркомы Капоши человека) способствует секреции активных форм кислорода (АФК), которые активируют путь AKT/mTOR и тем самым способствуют синтезу белка. v-IL-6 совместно с другими вирокинами, которые также секретируют литически инфицированные клетки, воздействуют на соседние клетки (паракринная регуляция) для поддержания пролиферации латентно инфицированных клеток и индуцирования ангиогенеза. Эта модель встречается у лиц, страдающих саркомой Капоши [20–21].

Большинство опухолей, индуцированных нетрансдуцирующими ретровирусами, возникает в результате повышенной транскрипции клеточных генов (myc), расположенных в непосредственной близости от интегрированных провирусов. Этот механизм онкогенеза получил название «инсерционная активация протоонкогенов» (потенциальных онкогенов), или «вставочный канцерогенез» — разновидность перестройки хромосом, когда какой-либо ген может встраиваться в геном клетки и усиливать активность близлежащих протоонкогенов. Инсерционные гены называют еще генами-энхансерами. Их носителями являются рибонуклеинокислотные (РНК) ретровирусы, в то время как ДНК-вирусы способны вызывать клеточную трансформацию преимущественно посредством блокады генов-супрессоров [22].

Изучение вирусов птиц, выделенных из саркомы Роуса, позволило оценить основные механизмы процессов вставной активации. Как правило, эти вирусы не несут онкоген, но у молодых кур могут индуцировать В-клеточные лимфомы, возникающие в сумке Фабрициуса. Анализ участков интеграции провирусной ДНК и генных продуктов, образующихся в этих опухолях, позволил выделить два типа инсерсионной активации: вставку промотора и введение энхансера (усилителя). Промоторная вставка приводит к образованию химерной РНК. При энхансерной вставке вирусные и клеточные транскрипты не сливаются. Активация клеточного гена опосредована вирусными энхансерами, которые усиливают транскрипцию клеточного промотора [23].

Вирусы за счет белков сигнальной трансдукции влияют на рост и пролиферацию инфицированных клеток. Они осуществляют эти процессы различными механизмами (рис. 4).

 

Рис. 4. Конститутивная активация клеточной мембраны белком 1 вируса Эпштейна — Барр: а — краткое описание транскрипционных и других регуляторов, которые стимулируются или подавляются передачей сигналов от LMP-1; b — LMP-1 олигомеризуется в отсутствие лиганда. При локализации на плазматической мембране С-концевой сегмент LMP-1, с которым связываются клеточные белки, активирует клеточные транскрипционные регуляторы и увеличивает продолжительность жизни В-клеток. Длинный цитоплазматический С-концевой домен вирусного белка участвует в активации сигнализации (CTAR) 1 и 2. Как показано, несколько членов семейства белков, ассоциированных с рецепторами фактора некроза опухоли (TRAF), связываются с CTAR-1, что приводит к активации протеинкиназы NIK (NF-KB-индуцирующая киназа) и IkK (Ik-киназа) и, в конечном счете, NF-kB. Домен CTAR-2 LMP-1 также индуцирует активацию NF-kB через ассоциацию с TRADD и TRAF-6. Он также отвечает за активацию AP-1 через путь JUN N-концевой киназы (JNK). Кроме того, TRAF-связывающий домен CTAR-1 индуцирует активацию каскада киназы MAP, в то время как богатая пролином область необходима для активации JAK3 и STATs. Эти реакции на LMP-1 необходимы для трансформации фибробластов крыс (по J. Flint, Vincent R. Racaniello, G. Rall, Th. Hatzoocannon, 2020)

 

Так, геномы некоторых вирусов кодируют мембранные белки, инициирующие сигнальную трансдукцию. Наиболее известным является латентный мембранный белок 1 вируса Эпштейна — Барр (latent membrane protein 1 — LMP-1). LMP-1 является одним из основных генных продуктов необходимых для увеличения продолжительности жизни В-лимфоцитов и синтезируется большинством клеток опухолей с вирусной этиологией. LMP-1 является интегральным белком плазматической мембраны, функционирует как конститутивно активный рецептор и облегчает переход от латентного течения инфекции к литическому. При отсутствии лиганда LMP-1 олигомеризуется и активирует белки, контролирующие пролиферацию и выживание клеток. Цитоплазматический С-концевой домен LMP-1 содержит три сегмента, участвующих в активации сигнализации (C-terminal activation regions — CTAR) 1 и 2, и промежуточные повторы, богатые пролином. Несколько белков, ассоциированных с рецепторами фактора некроза опухоли (tumor necrosis factor receptor-associated protein family —TRAFs), связываются с CTAR-1, что приводит к активации NF-kB-индуцирующей киназы (NF-kB-inducing kinase — NIK и IkK (Ik-киназа) и, в конечном счете, NF-kB. Домен CTAR-2 LMP-1 также индуцирует активацию NF-kB через ассоциацию с белком домена смерти, связанного с рецептором фактора некроза опухоли 1-го типа (tumor necrosis factor receptor type 1-associated death domain protein — TRADD) и фактором 6, ассоциированным с рецептором фактора некроза опухолей (TNF receptor-associated factor 6 — TRAF-6). Он также отвечает за активацию AP-1 через путь JUN N-концевой киназы (JNK). Кроме того, TRAF-связывающий домен CTAR-1 индуцирует каскадную активацию киназы MAP, в то время как область повторов, богатая пролином, необходима для активации JAK3 и STATs. Эти реакции на LMP-1 необходимы для трансформации фибробластов крыс. Таким образом, LMP-1 индуцирует высвобождение NF-kB из ассоциации с цитоплазматическими ингибиторами несколькими механизмами, а также активирует второй транскрипционный регулятор АР-1 и передачу сигналов через фосфоинозитид-киназу (рhosphoinositide 3-kinases — PI3Ks) и протеинкиназу АКТ. С активацией этих путей связана повышенная экспрессия большинства клеточных генов, которая есть в клетках, секретирующих LMP-1 и изменения свойств этих клеток. С этими изменениями связано увеличение секреции адгезионных молекул и активация пролиферации клеток. Надо учитывать то, что LMP-1 синтезируется не во всех клетках опухолей, связанных с вирусом Эпштейна — Барр. Однако на эти клетки будет оказывать влияние LMP-1, секретируемый в экзосомах, которые образуюются в эндосомальном компартменте большинства эукариотических клеток [24–26].

Вирусы семейств Polyomaviridae, Herpesviridae кодируют белки, постоянно активирующие пути сигнальной трансдукции в результате связывания с тирозинкиназами семейства SRC. Этот механизм впервые был выявлен при исследовании полиомавирусного белка — mT. Этот белок обладает способностью трансформировать клеточные линии грызунов и индуцировать образование эндотелиом у трансгенных животных. N-концевая последовательность mT, присутствующая в sT, связывается с белковой фосфатазой 2А (protein phosphatase 2A — РР2А) в цитоплазме, что необходимо для последующей ассоциации с c-SRC в эндоплазматическом ретикулуме. Когда эта киназа связана с mT, ее каталитическая активность уменьшается. Несмотря на активацию киназ семейства с-SRC, mT-трансформированные клетки не содержат повышенных уровней фосфотирозина. Вероятно, что фосфорилирование специфических остатков тирозина mT активированной c-SRC обеспечивает некоторым клеточным белкам, содержащим домены распознавания, возможность связаться с mT. Это приводит к тому, что сигнальные белки запускают трансдукцию путем активирования RAS и МАР-киназы. Следовательно, mT обходит нормальный механизм, с помощью которого регулируется киназная активность c-SRC, а также служит вирус-специфическим адаптером, объединяющим белки, которые в норме не задействованы, для трансдукции клеточных сигналов. Во всех случаях замены, нарушающие связывание клеточного белка с mT, ухудшают трансформирующую активность вирусного белка [27–28].

Вирус Эпштейна — Барр способствует развитию нескольких видов рака В-лимфоцитов и эпителиальных клеток. Вирусный геном присутствует во всех таких опухолях, имеющих моноклональное происхождение, однако экспрессия гена, кодирующего трансформирующий белок LMP-1, изменчива и редко обнаруживается в образцах опухолей. LMP-1 секретируется внеклеточными везикулами — экзосомами. Экзосомы являются уникальными структурами, которые вовлечены в процессы презентации антигена, супрессии ИО, связи между нейронами, а также в процессы трансформации и опухолевого генеза. Экзосомы могут переносить не только многочисленные растворимые и мембранные белки, но и матричную, а также малую интерферирующую РНК из одной клетки в другую. Все это свидетельствует об участии экзосом в опухолеассоциированных процессах [29–30].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение иммунопатогенеза вирусных инфекций внесло огромный вклад в понимание особенностей молекулярных механизмов онкогенеза. В онкогенезе задействованы различные белковые молекулы, сигнальные пути, участвующие в активации и трансформации клеток. Так, значимый вклад в сохранение физиологических параметров клеток вносят теломеры и теломеразы. Свойства, морфология трансформированных клеток выраженно отличаются от нормальных, что может свидетельствовать о критических изменениях. Трансформация начинается с секреции факторов роста. Индуцирующие пролиферацию клеток митогенные и стимулирующие рост сигналы приводят к метаболическим изменениям, необходимым для стимулирования и поддержания роста клеток. Итоги трансформации во многом зависят от регуляции клеточного цикла, который обеспечивается сложными регуляторными механизмами. Идентификация онкогенов, позволила установить их роль в инактивации продуктов генов-супрессоров опухолей. Онкогенным вирусам присущи общие характеристики, что позволило выявить молекулярные особенности иммунопатогенеза опухолеассоциированных процессов. В первую очередь это связано с особенностями нахождения вирусной генетической информации в трансформированных клетках. Так, вирусные последовательности могут быть интегрированы в геном или сохраняться автономно. Поэтому важное значение имеет идентификация изменений и свойств клеток после вирусной трансформации генов, которые являются результатом рекомбинации между вирусными и клеточными нуклеиновыми кислотами. Активность процессов трансформации, вызванных онкогенными вирусами, коррелирует с связыванием со специфическими клеточными белками. Открытие того, что трансформирующий v-SRC-белок, а также большое количество родственных ему белков обладают активностью протеинтирозинкиназ, показало, что фосфорилирование клеточных белков имеет решающее значение в онкогенезе. Индуцировать опухолеассоциированные процессы могут и нетрансдуцирующие вирусы механизмами инсерсионной активации в результате повышенной транскрипции клеточных генов, расположенных в непосредственной близости от интегрированных провирусов. Некоторые вирусы способны изменять рост и пролиферацию инфицированных клеток белками вирусной сигнальной трансдукции, которые, как оказалось, практически не связаны с клеточными белками.

Таким образом, среди огромного количества механизмов, контролирующих пролиферацию клеток, можно выделить два основных. Вирусная трансформация может быть результатом конститутивной активации каскадов трансдукции сигналов либо нарушения путей, негативно регулирующих прогрессирование клеточного цикла. В обоих случаях имеет место нарушение тонко настроенных механизмов, с которыми связано увеличение клеток в размерах, массе, их выживание, дублирование своей ДНК и деление клетки только при благоприятных внешних и внутренних условиях.

К сожалению, наше понимание вирусного онкогенеза по-прежнему остается неполным. Поэтому для понимания сложного процесса онкогенеза предстоит еще более глубокая оценка дополнительных параметров, которые связаны с реакций хозяина на трансформируемые клетки.

Об авторах

Александр Витальевич Москалев

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова

Автор, ответственный за переписку.
Email: alexmav195223@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3403-3850
SPIN-код: 8227-2647

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Борис Юриевич Гумилевский

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова

Email: alexmav195223@yandex.ru
SPIN-код: 3428-7704
Scopus Author ID: 6602391269
ResearcherId: J-1841-2017

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Василий Яковлевич Апчел

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова; Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена

Email: alexmav195223@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7658-4856
SPIN-код: 4978-0785
Scopus Author ID: 6507529350
ResearcherId: Е-8190-2019

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Василий Николаевич Цыган

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова

Email: alexmav195223@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1199-0911
SPIN-код: 7215-6206

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы