** 5. VIREN + TUMOREN **

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1 ** 5. VIREN + TUMOREN ** 5.1 Wichtige Tumor-Viren Virusinduzierte Tumore Virusinduzierte Tumore (Zelltransformation) Transformierende RNA-Viren (Onkogene) Transformierende DNA-Viren (Tumorantigene) Transformierende RNA-Viren (Onkogene) Transformierende DNA-Viren (Tumorantigene)! Rous Sarcoma Virus! Bovines Leukosevirus! Felines Leukämievirus! Aviäre Leukose! Herpesviren! Adenoviren! Papovaviren Allgemein Allgemein! v-onc bei Retroviren! Tumorantigene (Tumorsuppressor-Blocker) bei DNA-Viren Folge " Arretierung des Zellzyklus " Eingriff in Signaltransduktion " Apoptose! " MHC-1 Ag Expression! " Einbau! des MHC-Ag in Zellmembran " Rezeptorenzahl " für Wachstumsfaktoren auf Zelle " Adeno- + Polyomaviren: Vorkommen nur in nichtnatürlichen Wirten " Papillomaviren + Kofaktoren! 2 Treffer-Theorie " ins Zellgenom integrierte Virusgenome (Retro, Papova) 1

2 5.2 Tumor Tumoren Tumoren = patholog. Gewebezuwachs " Aufbau: Zellen mit veränderten Wachstumseigenschaften " Ursache: Mutationen in Regulationsgenen " Voraussetzung für Tumor-Auslösung: mehrere separate Mutationen Ursachen! spontane Mutationen! physikal. (UV-Licht) / chem. (Nahrung / Umwelt) / biolog. (Viren / andere Infektionen) Immortalisierte Zellen: zeigen unendliches Wachstum in vitro (durch virale Aktivitäten) Transformierte Zellen: zusätzlich Fähigkeit zur Umwandlung in maligne Zelle + Induktion bösartiger Tumore (in geeigneten Versuchstieren) Virusgenom Vorliegen des Virusgenoms (wenn Virus Ursache für Zelltransformation) ins Zellgenom integriert autonom replizierendes ringförmiges Molekül (Plasmid / Episom) " Ort der Zelltransformation: Zellkultur / Versuchstier Kennzeichen von Tumoren (transformierte Zellen) Kennzeichen von Tumoren in vitro Kennzeichen von Tumoren in vitro! veränderte Morphologie (kugelig) durch Veränderungen des Cytoskeletts! Stoffwechselaktivität #! Kontaktinhibition $! keine Anheftung an Unterlage! Wachstum in Agar! Wachstum auch ohne Zusatz von Wachstumsfaktoren Kennzeichen von Tumoren in vivo Kennzeichen von Tumoren in vivo Immortalisierte Zellen Transformierte Zellen Immortalisierte Z. Transformierte Z. Maligne Gutartige " zeigen unendliches Wachstum in vitro (durch virale Aktivitäten) " haben zusätzlich Fähigkeit zur Umwandlung in maligne Zellen + in geeigneten Versuchstieren bösartige Tumoren hervorzurufen! Sekretion von Hormonen! Neubildung von Blutgefäßen! Verlust von Adhäsionsmolekülen! Metastasierung! transformierte Zellen erzeugen (auf Ort der Inokulation) beschränkte Tumore 2

3 5.3 Zell-Transformation RNA-Viren 2 Mechanismen der Retroviren 1. eigene Regulatorgene (v-onc // Einwirkung auf Zellteilung) 2. Aktivierung zellulärer Onkogene (c-onc) DNA-Viren! Tumorantigene (! Funktion: blockieren Tumorsuppressorgene p53/rb durch Protein/Protein-Interaktion) " Grund: kein Vorkommen klassischer Onc-Gene (wie bei Retroviren) oben: transformierte Zellen unten: normaler Zellrasen 3

4 Zellteilung + Zellwachstum Kontrollierte Zellteilung! zelluläre Oncogene (c-onc) = Regulationsgene Kennzeichen " fördern Zellteilung " werden strikt kontrolliert (reguliert) Unkontrollierte Zellteilung! virale Oncogene (v-onc) Kennzeichen " Überproduktion " nicht reguliert " keine lytische Infektion Zellwachstums (Regulationsmechanismen)! v-onc = unterbrechen Netzwerk von regulatorischen Proteinen für Zellwachstum Ansatzstellen 1. Zellmembranrezeptor/Wachstumsfaktor 2. Transmembrane Signaltransduktion 3. Cytoplasmatische Second-messenger 4. Nukleäre Proteine: Transkriptionsfaktor / Tumorsuppressor 4

5 5.4 Virusinduzierte Tumore Virusinduzierte Tumore Virusinduzierte Tumore (Zelltransformation) Transformierende RNA-Viren (Onkogene) Transformierende DNA-Viren (Tumorantigene) Transformierende RNA-Viren (Onkogene) Transformierende DNA-Viren (Tumorantigene)! Rous Sarcoma Virus! Bovines Leukosevirus! Aviäre Leukose! Felines Leukämievirus! Papovaviren! Adenoviren! Herpesviren Transformierende RNA-Viren (Onkogene) Transformierende RNA- Viren (Onkogene) Transformierende RNA-Viren (Onkogene) Rous Sarcoma Virus Bovines Leukosevirus Aviäre Leukose Felines Leukämievirus 5

6 Onkogene RNA-Viren Onkogene RNA-Viren Onkogene RNA-Viren Rous Sarcoma Virus Bovine Leukosevirus (BLV) Tumorantigene bei FeLV Rous Sarcoma Virus Rous Sarcoma Virus = verursacht Sarkome beim Geflügel " Kennzeichen: schnell transformierend (kurze Latenz + schon Krebs)! Prinzip Genpiraterie: Transduktion eines zellulären Oncogens (c-onc, Proteinkinasegen) ins Virusgenom " src (= erste entdeckte v-onc) / transduzierendes Retrovirus Bovine Leukosevirus (BLV) Tumorantigene bei FeLV " besitzt z.b. kein v-onc! dennoch transformierend (! Mechanismus: wenn sich Virus zufällig vor c- onc intergriert + mittels Promotor im LTR (Long Terminal Repeat) dieses c-onc übermäßig aktiviert) 2 Formen von onkogenen Viren bei Kt. Feline Leukosevirus (FeLV) (! endogen bzw. exogen replikationskompetent) Sarcomvirus (exogen defekt //! env-gen fehlt) " persistent infizierte Kt.: können FeLV ausscheiden + andere Katzen anstecken " Immunsuppression: begünstigt Infektion + verschlechtert Krankheitsverlauf FOCMA = Felines Oncovirus assoziiertes Membranantigen (Membranprotein auf transformierten Zellen)! Exprimierung bei Tumoren, die durch FeLV o. Sarcomvirus induziert " Wirkung: induziert schützende neutralisierende Antikörper in Kt. (! auch Einsatz zur Diagnostik) 6

7 Retroviren Onkogene RNA-Viren Retroviren = RNA-Viren, die Zellen transformieren können " besitzen entweder eigene virale Regulatorgene (Onkogene (v-onc)) od. aktivieren zellspezif. Onkogene (c-onc) " Onkogene = regulieren Zellteilung (! mittels Rezeptor/Wachstumsfaktoren-Interaktion / Genexpression + Zellteilung) " V-onc ist so verändert, daß sie konstitutiv aktiviert sind (im Ggs. zu c-onc) Mechanismus Retroviren (Genera Lenti- + Spumaviren nicht)! Eindringen als Provirus ins Zellgenom " 2 Formen: Exogene + endogene Retroviren " Endogene Retroviren: vererbbar (Keimbahn) + reaktivierbar / meist oh. v-onc Deregulation der Zellteilung (Transformation)! Trans: virale Regulatorgene = virale Onkogene (v-onc) // v-onc sind verändert! konstitutiv aktiviert! cis: zelleigene Onkogene = (c-onc) über LTR gesteuert Replikation von Retroviren 7

8 Verschied. Leukose-Viren Aviäre Leukose " Folge: Toleranz / Abwehr / selten Lymphome " cis-aktivierendes Retrovirus Kennzeichen Mechanismus! Provirus! dereguliertes myc-gen! B-Zell-Lymphome " mehrmonatige Latenz! dann Insertion des Provirus zufällig in Nähe des myc-gens! B-Zell-Lymphom " viraler LTR-Promotor führt dabei zur Überexpression des c-myc- Gens Bovine Leukosevirus (BLV) " hat kein v-onc! dennoch transformierend (! sehr langsam) Mechanismus " Virusintegration erfolgt vor ein c-onc " mittels Promotor im LTR wird c-onc übermäßig aktiviert " x = zusätzliche regulatorische Region Felines Leukosevirus (FeLV) " Vorkommen: weltweit 2 Formen! Endogenes + exogenes FeLV " Endogenes FeLV: in Keimbahn eingebaut / reaktivierbar " Exogenes replikationskompetentes FeLV (z.b. Exogenes defektes Sarcorma Virus / braucht Helfervirus) FOCMA (Felines Oncovirus Membran-assoziiertes Antigen) " induziert schützende neutralisierende Antikörper + ZTL " Tiere oh. FOCMA-Antikörper werden virämisch! entwickeln Leukose! Persistent infizierte Katzen = Virusausscheider! Folge: Immunsuppression! Diagnostik wichtig 8

9 5.4.2 Transformierende DNA-Viren (Tumorantigene) Onkogene DNA-Viren Transformierende DNA-Viren (Tumorantigene) Simian Virus 40 (SV40) Herpesviren Adenoviren Papillomaviren Simian Virus 40 (SV40) " Anwendung: Modellsystem zum Studium der Replikation + molekularen Prozesse der Tumorbildung in Hamsterzellen " abortive Infektion (! keine lytische Infektion): nur T-Antigen wird überexprimiert / späte Proteine werden nicht produziert / somit auch keine Viren " Integration des Virusgenoms ins Wirtsgenom (! nur in Zellen von nicht-natürlichen Wirten) " ständige T-Antigen Produktion induziert unkontrollierte Zellwachstum (! durch Blockade der Suppressorgene p53 und Rb)! T-Antigen = Onkogen + Tumorantigen (Tumorantigen kann mittels Antikörpern in Tumorzellen detektiert werden) Herpesviren Marek-Disease- Virus (MDV) " Alphaherpesvirus " Wirkung: T-Zell-Lymphome beim Geflügel / latente Infektionen in T-Zellen " während Latenz: Virusgenom ins Zellgenom integriert " Regulation der latenten Phase eng mit Tumorinduktion verknüpft! MD = einzige Tumor-Virus, gegen das auch geiimpft werden kann Adenoviren Papillomaviren " Wirkung: Neoplasien bei Verimpfung auf junge Nagetiere " E1a/E1b blockieren p53/rb " möglicher Übergang von Warze in malignen Tumor (durch Cofaktoren) " in Hautkrebszellen: Virus-DNA ins Wirtsgenom integriert " äußere Hautschicht = ökologische Nische (! dort greift humorale + zelluläre Immuantwort nicht) " E6 + E7 = Tumorantigen / Onkogene, die mit p53 + Rb interagieren + Tumorrepression aufheben 9

10 Tumor-Suppressorgene (Anti-Oncogene) Tumor-Suppressorgene (Anti-Oncogene) Anti-Onkogen p53 Tumor-Suppressorgene (Anti-Oncogene) Anti-Onkogen p53 pp53 (Tumorsuppressor) Anti-Onkogen p53 = Hüter des Erbguts! Wirkung: Start zur Zellteilung (wenn keine DNA-Schäden vorliegen)! Apoptose- Induktion ( geordneter Zelltod )! d.h. p53! Apoptose Pathogenese defektes (Grund: Mutation) od. blockiertes (Grund: T-Antigen = Onkogen) p53! Zellteilungsblockade + Apoptose aufgehoben! Tumor! Mutationen in p53! natürliche Tumore " Blockade des p53 durch virale Oncogene! Tumore Anti-Oncogen Rb (Retinoblastomprotein) " bei Mutation von Rb! Folge: vererbbarer Tumor " Blockade des Rb durch virale Oncogene! Folge: Tumore Tumor-Antigen (T-Antigen) = Oncogen " bindet an virale DNA + reguliert seine eigene Synthese " Initiation der viralen DNA-Replikation " Einfluß auf Expression der anderen viralen Gene " Stimulation der zellulären DNA-Synthese " bindet an Tumorrepressorgene + blockiert sie 10

11 Papova-Viren (! Papilloma-Viren) Papova-Viren (! Papillomavirus) Papova-Viren PAPOVA = Papilloma-Polyoma-Vacuolating Virus Papillomavirus Papillomavirus = erste DNA Tumorvirus " Vorkommen: weltweit / Mensch + Tier (! streng wirtsspezifisch)! Wirkung: induzieren gutartige Proliferationen des kutanen Epithels (Warzen) (z.b. Warzen bei Cottontail Kaninchen / andere Kaninchenrassen: Hautkrebs) Kennzeichen! haben onkogene Potenz (Entartung zur malignen Tumoren möglich // z.b. Cervixcarcinom) " Virusgenom ins Zellgenom integriert " Vermehrung von Papillomaviren: Keratin-Überproduktion bei Warzen Definitionen zu Tumoren Definitionen zu Tumoren Papillome Fibrome Fibropapillome Sarkoid Squamöse Papillome = Tumore mit papillärem Bau an Oberflächenepithelien " Bindegewebsgerüst mit Überzug aus Epithelzellen = gutartige Tumore des mesenchymalen Gewebes = Mischform aus Papillomen + Fibromen = bösartiger Bindegewebstumor " von Stachelzellen ausgehend / schuppig Papillomaviren Rind! gutartige Hautpapillome (Speiseröhrentumore bei Schottischen Rindern) " Vorkommen: v.a. junge Tiere " Übertragung: mechan. Verletzungen Ursachenforschung Mechnismus " befallene Tiere = alle Träger von Warzen " Lokalisation der Warzen deckte sich mit der der Tumore " BPV-genom ins Wirtsgenom integriert " Virusintegration nur in Hautkrebszellen! nicht vererbbar " ökologische Nische (humorale + zelluläre Immuantwort oh. Wirkung) 11

12 Hund " Vorkommen: Welpen aller Zuchten (v.a. im Lippenbereich) " Papillome verschwinden von selbst " Impfung (kommerzielle od. Laborvakzine) Pferd " EPV: verursachen Papillome an Lippen/Nase " Sarkoide durch BPV-1 / BPV-2: verursachen Hauttumore an Kopf/Unterbauch! Rezidiv! Sarkoide kommen oft nach Entfernung wieder " Impfung (mit autologem Tumormaterial) Warzenartiges Sarkoid Adenoviren Adenovirusinfektionen bei Säugern! Klinik: v.a. symptomlose, klin. inapparente Infektionen / respiratorische + enterale Erkr. " Pesistenz in Tonsillen Modellsystem / Mechanismen! Krebs nur im nicht-natürlichen Wirt " E1a + E1b (frühe Proteine) blockieren p53 + Rb " Blockade von MHC-1 Ag-Expression + Integration in Zellmembran! somit wirken T-Killerzellen nicht mehr 12

13 Herpesviren Marek-Disease-Virus! Alphaherpesvirus! induziert T-Zell-Lymphome beim Geflügel " mononukleäre Infiltrate in diversen Organen Mechanismen " während Latenz: Virusgenom ins Zellgenom integriert " Regulation der latenten Phase eng mit Tumorinduktion verknüpft Tumore bei Gammaherpesviren (Epstein-Barr-Virus (EBV)) Epstein-Barr-Virus (EBV) Erkrankungen EBV + myc-gen- Translokation + Kofaktor Latenz / Transformation / Immortalisation! Kissing Disease / Pfeiffersches Drüsenfieber (Infektiöse Mononukleose) / Burkitt-Lymphom (Tumore bei Kindern + Jugendlichen in Afrika) / Nasopharyngealkarzinom (China) " Überproduktion des myc-genprodukts! Folge: B-Zell-Lymphome! EBV als Episom in B-Zellen! Latenz + Transformation: bei EBV eng gekoppelt Diagnostik + Therapie Diagnostik! Antikörper gegen Tumorantigene: kein Schutz / aber wichtig für Diagnostik! Nachweis von Tumorviren - Diagnostik immunhistochemischer Tumorantigennachweis in situ-hybridisierung PCR Therapie! Zelluläre Immunität schützt vor Tumoren Immunantwort Impfung " T-Zellen " Antikörper gegen FOCMA " Papillomaviren zur Impfung gegen Cervixcarzinom " Impfung gegen MDV mit Putenherpesvirus " andere Strategien = Cytokine: IL-2 / TNF / IFN 13