Онковирусы. Механизмы трансформации клеток

Природа интеграции вирусной ДНК

Молекулярная сущность процесса интеграции молекулы вирусной ДНК с геномом клетки пока остается неясной, хотя результаты, полученные при изучении генетики умеренных бактериофагов, свидетельствуют о физическом включении ДНК фага в цепь ДНК хромосомы бактериальной клетки

Для решения этой проблемы могут оказаться полезными некоторые данные, полученные при изучении ДНК-содержащих опухолеродных вирусов. В настоящее время твердо установлено, что значительная часть молекул ДНК вируса полиомы, выделенных из чистого вируса, имеет форму замкнутого кольца. Исходя из того, что своеобразные седи-ментационные свойства ДНК вируса папилломы также наводят на мысль что ее молекула имеет кольцевую форму, и принимая во внимание, что молекула ДНК умеренного фага к может замыкаться в кольцо (что, по-видимому, и происходит при ее интеграции с геномом бактериальной клетки, Дульбекко выдвинул гипотезу о существовании связи между способностью ДНК образовывать кольцевую молекулу и ее интеграцией с геномом клетки.

Было показано, что заражение вирусом полиомы монослойных культур эмбриональных клеток мыши, разросшихся до такой максимальной плотности, при которой синтез ДНК в клетках прекращается, приводит к стимуляции образования ферментов, катализирующих синтез ДНК, и, как следствие этого, к увеличению синтеза ДНК в клетках. По крайней мере часть этой вновь синтезированной ДНК представляет собой клеточную, а не вирусную ДНК. Таким образом, вполне возможно, что интеграция вирусного генома становится возможной вследствие аномального или несбалансированного синтеза ДНК клетки-хозяина.

Интересные результаты были получены и исследователями, работавшими в несколько ином направлении. Так, Грин и Ласи  показали, что ДНК аденовирусов типа 12 и 18 (аденовирусы этих типов индуцируют образование опухолей) более близка по нуклеотидному составу ДНК клетки-хозяина, чем ДНК аденовирусов некоторых других типов. Оказалось также, что степень гомологии между ДНК различных опухолеродных аденовирусов выше, чем между ДНК опухолеродных аденовирусов и ДНК аденовирусов, не индуцирующих образование опухолей. В связи с этим нельзя не вспомнить, что ДНК умеренных фагов также обладает нуклеотидным составом, сходным с нуклеотидным составом их бактерий-хозяев, и в ней действительно имеются последовательности оснований, гомологичные ДНК этих бактериальных хозяев.

Микроскопические картины роста трансформированных клеток, растущих в культуре, резко отличаются от нормальных. При изучении подвижности живых нормальных куриных фибробластов методом киносъемки было обнаружено, что в случае возникновения контакта между двумя нормальными клетками или даже между нитевидными выступами на поверхности клеток движение клеток прекращается {контактное ингибирование движения). Нормальные клетки вскоре после возникновения контакта между ними перестают делиться, благодаря чему при росте на поверхности стекла они образуют только монослойные культуры (контактное ингибирование роста).

При росте трансформированных клеток наблюдаются различного рода нарушения этих правил. Например, клетки, трансформированные вирусом саркомы Рауса (как продуцирующие ВСР и РАВ, так и не продуцирующие вирус), не обладают способностью к контактному ингибирова-нию и поэтому наползают друг на друга, образуя многослойные фокусы трансформации. Трансформация клеток этим вирусом приводит также к изменению формы клетки, причем это изменение вируса специфично. Известны мутантные штаммы вируса Рауса, индуцирующие образование стабильных линий клеток различной формы.

Подобные же фибробласты, трансформированные вирусом полиомы, характеризуются чрезвычайно разнообразной формой, и способность к контактному ингибированию у них отсутствует. По-видимому, наиболее эффективно контактное ингибирование проявляется в том случае, когда обе контактирующие клетки выполняют специфические функции. Так, например, трансформированная вирусом полиомы клетка, контактирующая с нормальной клеткой, теряет способность к делению, однако если такая клетка контактирует с другой трансформированной клеткой, то она сохраняет эту способность. Подобным же образом облученная трансформированная клетка, потерявшая способность к делению, ингибирует способность к делению другой, контактирующей с ней трансформированной клетки. Таким образом, можно полагать, что контактное ингибирование   наблюдается,   по-видимому, в том случае, если нормальная или трансформированная клетка получает сигнал со стороны   нормальной клетки или клетки, потерявшей способность к росту.

Результаты, полученные в опытах, описанных выше, имеют несколько весьма важных аспектов. Известно, что клетки опухолей животных, индуцированные вирусом полиомы, по микроскопической картине весьма напоминают наиболее злокачественные типы клеток. Тем не менее эти опухоли имеют резко очерченные границы и обычно не метастази-руют. Возможно, причина такого поведения этих опухолей кроется в контактном ингибировании нормальными клетками размножения лишь тех трансформированных клеток, которые расположены на поверхности опухоли, тогда как размножение клеток, расположенных внутри опухоли, продолжается. Наиболее выраженными признаками злокачественности, в том числе и способностью к метастазированию, обладают клетки, не способные ни посылать, ни воспринимать сигналы, ведущие к контактному .ингибированию. Такие клетки образуются и в опухолях, индуцированных ^вирусом полиомы, и причиной их образования являются дальнейшие генетические изменения опухолевых клеток. Этот процесс был назван прогрессией. Наиболее вероятно, что в основе прогрессии лежит аномальность хромосомного набора трансформированных клеток. Как показали исследования , у трансформированных клеток, растущих в культуре, хромосомный набор не сохраняется постоянным, а колеблется, как у длительно перевиваемых клеточных линий. Такие единичные жизнеспособные клетки могут проникнуть в кровоток и инициировать образование масс опухолевых клеток в участках организма, расположенных Едали от первичной опухоли.

Результаты, полученные при изучении контактного ингибирования, навели на мысль, что поверхность клетки, быть может, и является той областью, где в конечном счете реализуются индуцируемые вирусом изменения, ведущие к трансформации клетки. Вообще говоря, о способности вирусов индуцировать изменения поверхности зараженных ими клеток свидетельствуют многочисленные уже ранее известные факты. Впервые такая мысль возникла под влиянием данных, полученных при изучении вируса гриппа. Так, Хойл  при помощи микроскопии в темном поле обнаружил, что на поверхности клеток аллантисного мешка куриного эмбриона, зараженных вирусом гриппа, идет активный процесс. Дальнейшие исследования, проведенные с помощью электронного микроскопа, показали, что этот процесс представляет собой конечную стадию созревания вируса гриппа -- заключение вирусного нуклеопротеида в оболочку, представляющую собой участок мембраны зараженной клетки.  В липопротеид-кой оболочке вирионов миксовирусов, а, вероятно, также и арбовирусов содержатся компоненты, специфичные для мембраны клетки. Остается, однако, неясным, имеет ли место при этом процессе проникновение в мембрану новых вирусо специфичных белков и, как следствие, изменение мембраны, или механизм этого явления какой-то иной.

Хорошо известен и ряд других воздействий, оказываемых вирусами на поверхность инфицируемых ими клеток. Например, при заражении клеток вирусами герпеса, кори или вирусом Сендай происходит слияние мембран зараженных клеток, в результате чего образуются гигантские многоядерные клетки. Клетки, зараженные аденовирусами или вирусом полиомиелита, отрываются от поверхности стекла, а некоторые виды клеток при заражении вирусом осповакцины слипаются, образуя бесформенные массы .

Таким образом, мы видим, что способность вирусов изменять свойства поверхности инфицируемых ими клеток проявляется не только в том, что при действии опухолеродных вирусов клетки оказываются лишенными способности к контактному ингибированию, но и в ряде иных, весьма близких явлений. В связи с этим естественно возникает вопрос о механизме, ответственном за эти изменения. Фогт и Рубин  представили данные, свидетельствующие о том, что вирус саркомы Рауса созревает у поверхности клетки, и обратили внимание на корреляцию между массивным выходом вирусных антигенов из зараженных клеток и морфологической трансформацией клеток. Но эти изменения наблюдались только в продуцировавших вирус опухолевых клетках, содержащих ВСР и РАВ.

Далее было показано , что клетки, трансформированные вирусом саркомы Рауса, но не продуцирующие вирус, тем не менее содержат группоспецифичный трансплантационный антиген, по всей вероятности локализующийся на поверхности клетки.

Четко доказано, что в клетках, трансформированных ДНК-содержащими вирусами (аденовирусами, вирусом полиомы и вирусом 5У-40), также содержатся новые антигены. Однако данные, приводимые с целью доказать причинную связь между появлением в клетке новых антигенов

22   и морфологической трансформацией клетки, а также утратой ею способности к контактному ингибированию, менее убедительны, ибо результаты, полученные при помощи метода флуоресцирующих антител, говорят о том, что основная масса опухолевого антигена, реагирующего с такими антителами, локализуется в области ядра клетки. Тем не менее нельзя игнорировать и тот факт, что специфические противоопухолевые антитела могут реагировать и с цельной клеткой, а это говорит о том, что по крайней мере один опухолевый антиген локализуется на поверхности клетки. Однако предстоит еще выяснить, ответствен ли этот антиген за те изменения свойств клеток, которые составляют сущность ее трансформации и малигнизации.

Тщательному изучению подвергся также вопрос о содержании новых антигенов в опухолях, индуцированных химическими канцерогенами. Было показано, что в клетках таких опухолей действительно всегда содержатся новые антигены, однако в отличие от новых антигенов, обнаруживаемых в опухолях, индуцированных вирусами, эти антигены варьируют по своей специфичности от опухоли к опухоли. Возможно, что различия в специфичности новых антигенов связаны с прогрессией, ответственной за приобретение злокачественных свойств клетками, вначале подвергшимися действию канцерогена. Эти данные не говорят в пользу гипотезы, утверждающей, что все опухоли, индуцируемые канцерогенами, образуются вследствие активации канцерогенами опухолеродной активности латентных опухолеродных вирусов. Однако они и не опровергают этой теории, ибо вполне можно постулировать наличие во многих тканях большого числа самых различных латентных вирусных агентов, как это, например, наблюдается у кур, в организме которых содержится множество различных вирусов группы лейкоза.

Резюмируя сказанное выше, становится очевидным, что данные, полученные при изучении двух главных групп опухолеродных вирусов, позволяют нарисовать последовательную картину событий, на основании, которой можно построить полезную рабочую модель, исходя из которой планировать затем дальнейшую работу в этом направлении. Согласно этой модели, справедливость которой, однако, пока не доказана, основными этапами процесса вирусного онкогенеза являются интеграция вирусной нуклеиновой кислоты с геномом клетки-хозяина, детерминирование интегрированным геномом синтеза одного или нескольких новых белков, проникновение этих белков в мембрану клетки и, как следствие, потеря клеткой способности к контактному ингибированию. В окружений других трансформированных клеток такие клетки растут без всяких ограничений и теряют способность посылать сигналы, приводящие к контактному ингибированию. Однако одних этих событий недостаточно для того, чтобы клетка приобрела все свойства, характерные для истинной злокачественной клетки. Для того чтобы это случилось, должны произойти еще другие события, в которых вирусный геном, может быть» и не принимает участия.

Можно полагать, что эта крайне упрощенная версия событий, происходящих при очень сложном процессе взаимодействия вируса с клеткой, в ближайшие годы подвергнется тщательной экспериментальной проверке. Эта схема позволяет наметить ряд новых направлений экспериментальных исследований, что даст возможность составить более точное представление о способе действия по крайней мере одного типа канцерогенных агентов -- вирусов.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список использованной литературы 
 

1. С. Лурия, Дж. Дарнелл. “Общая вирусология” М., 1982г.

2. Филдс и др. “Вирусология” 1т., М., 1989г.

3. Сухов К.С. “Общая вирусология” М.,1965г.

4. Букринская А.Г. “Вирусология” М., Медицина, 1986г.