Trasformazione tumorale dei virus

Trasformazione oncogena: precisiamo ora che l’infezione abortiva in alcuni casi può evolvere in una trasformazione oncogena, cioè si formano delle proteine precoci in grado di trasformare la cellula ospite in una cellula tumorale. L’infezione tumorale avviene ad opera di virus oncogeni, che comprendono tutti i virus a DNA, e tra i virus ad RNA solo i retrovirus. Solitamente i virus a DNA trasformano le cellule non permissive o semipermissive, quindi non si avrà poi la liberazione di una progenie virale dopo l’infezione, mentre i retrovirus infettano le cellule permissive, a cui consegue una produzione virale.

È quindi importante indicare la differenza che vi è fra il termine trasformazione e carcinogenesi. La trasformazione è solo il primo evento (o SINGLE step) che può portare all’insorgenza del tumore vero e proprio, e può essere causata non solo da un’infezione virale, ma anche da agenti chimici (come delle sostanze cancerogene di vario tipo) o fisici (ad esempio le radiazioni). La carcinogenesi è da considerarsi al contrario un evento MULTI step, in cui la trasformazione oncogena non è altro che la prima fase del processo, che porta all’insorgenza del tumore vero e proprio.

Vediamo ora di analizzare più accuratamente quali sono le caratteristiche di una cellula neo-trasformata che possiamo osservare in vitro:

  • cambiamento della morfologia: la cellula trasformata modifica visibilmente (al microscopio) il suo apparato citoscheletrico e conseguentemente la sua forma
  • espressione/soppressione di proteine: si ha una modificazione dell’insieme delle proteine di membrana e di quelle secrete, tramite una produzione ex novo
  • alterazioni genetiche del DNA (come le traslocazioni o la modificazione dei cromosomi)
  • cambiamenti del ciclo replicativo: si assiste ad un aumento rapido ed incontrollato della proliferazione cellulare (è un processo di immortalizzazione). Questo fenomeno è ampiamente visibile in laboratorio. Infatti se ad esempio mettiamo in coltura delle cellule trasformate, a differenza delle cellule normali, le quali prolifererebbero su un unico strato, fino a riempire solo il fondo del recipiente, quest’ultime hanno la capacità di crescere su più strati in quanto non si verifica la cosiddetta inibizione da contatto, un’altra caratteristica importante è l’indipendenza dal siero. Normalmente infatti, se noi vogliamo coltivare delle cellule in vitro, al terreno di coltura dobbiamo aggiungere il 10 % di siero bovino-fetale, che fornisce alle cellule dei fattori di crescita indispensabili, le cellule tumorali invece sono in grado di crescere anche a percentuali molto basse di siero, tipo l’1-2 %, senza variare comunque il ritmo di proliferazione al variare della percentuale del siero introdotto (se ad esempio dal 1 % passiamo al 5 % di siero in coltura, le cellule mantengono la stessa velocità di proliferazione), infine le cellule trasformate hanno la capacità di crescere in sospensione (ad esempio sul soft agar, una sostanza viscosa semifluida), cioè disancorate da un substrato solido. Tutte queste caratteristiche sono l’espressione di un fenotipo maligno

A questo punto per capire meglio come i virus possano ‘trasformare’ una cellula, dobbiamo trattare dei due tipi di geni coinvolti nella replicazione e nel differenziamento delle cellule, cioè i proto-oncogeni ed i geni oncosoppressori, dal cui equilibrio dipende l’omeostasi di un certo tessuto. Queste due classi di geni hanno un’azione opposta: i protoncogeni portano alla proliferazione cellulare, mentre i geni oncosoppressori bloccano il ciclo cellulare, e la trasformazione oncogena dipende da una perdita di equilibrio fra queste due classi di geni, per un’alterazione o solo dei protoncogeni, o solo dei geni oncosoppressori, o di entrambe le classi di geni.

Proto-oncogeni: sono dei geni normalmente espressi nel corredo di tutte le cellule, che promuovono la proliferazione ed il differenziamento delle cellule stesse, ma in particolare sono molto più espressi nelle cellule embrionali oppure in quella classe di cellule prettamente proliferanti, come le cellule ematopoietiche del midollo. I prodotti di questi proto-oncogèni (le proteine) li possiamo dividere in diversi gruppi funzionali:

  • fattori di crescita, quindi delle sostanze che stimolano la proliferazione di una determinata classe cellulare
  • recettori per i fattori di crescita
  • trasduttori del segnale (cinasi o G-binding protein)
  • proteine con un’azione diretta sul DNA, che promuovono la trascrizione di determinati geni

Detto questo, diciamo allora che possono verificarsi varie situazioni: se ad esempio abbiamo l’alterazione di un gene che codifica per un fattore di crescita e questo viene espresso continuamente, noi avremo la continua proliferazione della classe cellulare sensibile a quel fattore di crescita, oppure se abbiamo l’alterazione del gene che codifica per il recettore, il recettore andrà a simulare continuamente l’azione che si avrebbe con il legame ligando-recettore, anche se non si è verificato un effettivo legame col fattore di crescita. Se invece una qualche proteina che trasduce il segnale è alterata, questa può simulare continuamente i meccanismi della stimolazione, in generale dunque l’alterazione di un qualche gene che codifica per i prodotti dei proto-oncogèni appena citati, porta ad un eccesso di proliferazione, definiremo così i geni codificanti che sono stati alterati, non più proto-oncogeni, ma oncogèni.

Geni onco-soppressori: sono dei geni che codificano per delle proteine con la funzione di bloccare il ciclo replicativo della cellula. I due più importanti sono la p-53 ed Rb, entrambi si attivano con lo scopo di indurre l’apoptosi (o morte cellulare programmata) nel caso in cui durante il ciclo cellulare vi siano ad esempio degli errori nella duplicazione del DNA o dei blocchi che non si riescono a risolvere con i vari sistemi di riparo a disposizione.

 

 

 

 

I VIRUS ONCOGENI a DNA

Ci sono delle differenze evidenti fra i meccanismi di trasformazione tumorale attuati dai retrovirus, rispetto a quelli attuati dai virus a DNA. Innanzitutto i virus a DNA trasformano le cellule non permissive, o meglio quelle semipermissive (in cui avviene la trasduzione precoce), mentre i retrovirus trasformano le cellule permissive, cioè che sono il normale bersaglio dell’infezione. I virus a DNA, che infettano le cellule semipermissive, infettano dunque delle cellule nelle quali non si può verificare il ciclo litico, cioè in cui non si può verificare la liberazione di una progenie virale. Un’altra differenza rispetto ai retrovirus è che il proto-oncogene virale non è il corrispettivo di un proto-oncogene cellulare.

Il prototipo del virus oncogeno a DNA è il virus SV-40, cioè il polioma virus, che abbiamo già incontrato, questo virus ha un DNA circolare e tra le proteine precoci che vengono espresse da un gene virale abbiamo T. SV-40 colpisce prima di tutto le cellule della scimmia, che sono delle cellule permissive, nelle quali cioè può verificarsi il ciclo litico e dalle quali si può liberare una progenie virale, senza che venga determinata la trasformazione oncogena della cellula bersaglio. SV-40 è però in grado di trasformare in vitro anche le cellule semipermissive di molti mammiferi (come i roditori), comprese le cellule umane, che se poi vengono trapiantate nell’organismo vivente, causano un tumore.

Le funzioni trasformanti sono legate all’antigene T (si legge ‘T grande’), che è la vera proteina trasformante, per cui possiamo dire che il gene T è l’oncogene del virus, si avrà così la trasformazione della cellula sana in una cellula tumorale, solo se viene espresso il gene T. Prendiamo ad esempio delle cellule di topo, che sono delle cellule semipermissive, le infettiamo con il virus SV-40 e osserviamo che nel giro di poche settimane cominciano a comparire dei focolai di trasformazione, con le cellule che presentano le tipiche caratteristiche di cellule trasformate. Dopo qualche settimana, si verifica poi la cosiddetta crisi, cioè le cellule che erano state trasformate, rallentano il proprio ciclo replicativo e dopo un po’ ritornano ad essere delle cellule normali, perdendo il loro fenotipo trasformato.

In alcuni casi, rimangono però dei focolai permanenti di cellule trasformate, che poi prenderanno il sopravvento, creando una linea trasformata stabile. In conclusione, prima abbiamo una trasformazione transitoria, che poi regredisce, anche se in alcune cellule rimane, determinando poi uno stato di trasformazione permanente. Ma cosa è successo di preciso in tutto questo periodo? Inizialmente il virus infetta le cellule semipermissive, che permettono la trascrizione delle proteine precoci, quindi tutte le cellule che vengono infettate cominciano a produrre T, il quale porta la cellula allo stato di trasformazione, tuttavia il genoma virale non riesce a replicarsi all’interno della cellula ospite, poiché non è presente un adeguato corredo enzimatico per permettere un tale meccanismo. Dopo un po’, il genoma virale viene degradato, per cui non si ha più l’espressione di T, è in questo modo che le cellule, a lungo andare, perdono la caratteristica di essere delle cellule trasformate. In certi casi, accade però che il DNA virale viene riarrangiato, cioè subisce ad esempio delle delezioni che fanno rimanere soltanto i geni precoci, per cui il DNA virale riarrangiato riesce ad essere integrato sul genoma cellulare, così, in queste cellule dove è avvenuta l’integrazione del genoma virale con il proprio genoma, avremo la continua espressione di T, rimangono così le cellule trasformate, che possono diventare delle cellule tumorali. T è quindi necessario sia per iniziare la trasformazione, sia per mantenerla.

Questa cosa la si può notare considerando ad esempio i mutanti termosensibili, che si ottengono da dei mutageni che inducono delle mutazioni puntiformi, in questo modo otteniamo degli antigeni T termosensibili, che funzionano solo a temperature diverse rispetto a quella fisiologica (ad esempio funzionano solo a 40° C e non a 37° C). Così, se noi teniamo le cellule a 37° C, non succede niente, cioè il virus non determina una trasformazione oncogena ed ovviamente non avremo neanche il rilascio di nuovi virus, perché stiamo sempre considerando delle cellule non permissive. Se poi portiamo le cellule a 40° C, invece abbiamo una trasformazione, poiché la proteina T che si forma è attiva a queste temperature. Poi, se riportiamo la coltura da 40° C a 37° C, questa linea tumorale ritorna con un fenotipo normale, perché, pur avendo raggiunto la presenza dei tipici caratteri di cellule trasformate, questi dipenderanno sempre dall’espressione di T, e se T non è più funzionante, non potrà più essere determinata la trasformazione nella cellula. Abbiamo visto dunque sperimentalmente che T è indispensabile sia per dare il via alla trasformazione, sia per mantenerla.

Che cosa fa di preciso T? Questa proteina ha un ruolo fondamentale nel portare la cellula in fase S, per poter ricavare in questo modo una DNA-polimerasi, non avendo il virus una DNA-polimerasi propria, va a promuovere dunque la trascrizione di molti geni. Per forzare il ciclo cellulare, la proteina T interagisce con dei geni onco-soppressori, cioè si va a legare alla proteina p53 ed al prodotto di RB, in particolare T va ad inattivare questi due prodotti, portando la cellula in fase S.

I virus a DNA sono molto più importanti per l’oncogenesi umana.

Virus oncogeni ad RNA