Virus oncogeni ad RNA

I VIRUS ONCOGENI ad RNA animali

I virus a RNA che determinano una trasformazione tumorale appartengono alla famiglia dei Retrovirus ed al genere delle Oncovirinae. I retrovirus oncogeni sono di natura animale (il primo virus oncogeno ad essere scoperto ad inizio ‘900 fu il virus del sarcoma di Rous, che determinava l’insorgenza di un sarcoma nei muscoli del petto del pollame) e si possono suddividere in due gruppi, che corrispondono a due meccanismi trasformanti diversi:

  • virus oncogeni acuti
  • virus oncogeni cronici o lenti

I virus oncogeni acuti causano un tumore nel 100 % degli animali in cui vengono inoculati, nei quali compare una massa tumorale ben evidente in poco tempo (nel giro di alcune settimane), ed in particolare i tempi saranno tanto più brevi quanto più alta è la carica infettante. Il tumore, che si genera in questi animali, è di tipo policlonale, cioè non deriva da un’unica cellula trasformata, ma deriva da tanti eventi trasformanti, condotti in cellule diverse. Infine diciamo che i virus oncogeni acuti sono in grado di trasformare le cellule in vitro.

I virus oncogeni cronici danno invece una percentuale bassissima di tumore negli animali infettati, e comunque la comparsa del tumore richiede molto tempo (si parla di anni). Il tumore che si genera è di tipo monoclonale, cioè tutte le cellule tumorali derivano da un unico clone inizialmente trasformato dal virus. I virus oncogeni cronici non sono in grado di trasformare le cellule in vitro.

Questi due tipi diversi di virus oncogeno corrispondono a meccanismi di trasformazione diversa, perché nel primo caso parliamo di un meccanismo trasduzionale, mentre nel secondo caso parliamo di un meccanismo di cis-attivazione inserzionale. Per capire come avvengono questi meccanismi, riprendiamo le caratteristiche del genoma dei retrovirus.

I retrovirus appartengono alla sesta classe replicativa, retrotrascrivono il RNA in DNA double strand, che va poi nel nucleo e si integra.

All’estremità del genoma di questi virus, dopo la duplicazione, ci sono le LTR, delle regioni non codificanti, ma che sono dei potenti promotori della trascrizione virale, seguono poi i tre geni gag, pol ed env, ma possiamo osservare anche che, sul genoma dei virus oncogeni, oltre ad env, si trova il gene v-onc (v = virale, onc = oncogene), che è l’oncogene virale (l’ultimo gene in basso). Gli oncogeni virali dei retrovirus, sono delle versioni mutate di proto-oncogeni che si trovano sul genoma delle cellule infettate dal virus, così v-onc sarà il corrispettivo di c-onc, il proto-oncogene cellulare. Se consideriamo il caso specifico del virus che determina il sarcoma di Rous, v-onc viene definito in modo più specifico v-src (è il penultimo gene).

Accade poi che, nel momento in cui il genoma virale si integra nel genoma cellulare, avviene la trasduzione (è il meccanismo trasduzionale) di una nuova copia di un oncogene, diverso rispetto a quello che era presente nella cellula, che sappiamo essere sotto il controllo dei promotori cellulari.

Il nuovo oncogene (in questo caso v-src), che viene integrato sul genoma cellulare, è però sotto il controllo di LTR, che sappiamo essere un promotore della trascrizione molto potente, per cui v-src avrà un livello di espressione molto più elevato. In realtà il virus di Rous, pur essendo un prototipo di questo tipo di virus, è un prototipo un po’ anomalo, perchè l’oncogene virale è in aggiunta sul genoma rispetto agli altri tre geni codificanti. Cosa significa questo? Significa che il virus ha il normale assetto replicativo, che permette al virus di replicarsi, per cui nelle cellule infettate dal virus, tipo quello di Rous, avviene sia la trasformazione cellulare, grazie all’espressione dell’oncogene, sia il normale ciclo replicativo virale, in quest’ultimo caso si avrà dunque, oltre alla formazione di tumore, anche il rilascio di nuovi virus dalla cellula infettata. Tutti gli altri virus oncogeni acuti hanno invece l’oncogène virale in sostituzione totale o parziale di uno degli altri tre geni (nell’immagine, Denv indica che c’è stata una sostituzione parziale o totale di env da parte di v-onc), così che il virus non potrà replicarsi, ma può solo trasformare la cellula ospite. Tuttavia, tutti i virus defettivi di un gene per la presenza di v-onc, possono replicarsi se la cellula ospite viene contemporaneamente infettata da un virus, che ha quel gene mancante nel virus defettivo, il gene in questione viene definito virus helper, perché fornisce al virus defettivo la funzione mancante (quest’ultima situazione si verifica abbastanza frequentemente).

Il meccanismo che abbiamo appena descritto, secondo il quale un oncogene presente sul genoma virale, si integra sul genoma cellulare e viene trasdotto sotto il controllo di LTR, creando una trasformazione tumorale ed eventualmente anche il rilascio di nuovi virus, viene detto appunto meccanismo trasduzionale, e riguarda principalmente i virus oncogeni acuti.

I virus oncogeni cronici sono invece quelli delle leucemie (feline, aviarie o murine), il cui genoma lo possiamo osservare nell’immagine sopra (il primo dei tre). Come si può notare, su questo genoma non si trova nessun oncogene virale, come fanno allora a determinare una trasformazione nella cellula bersaglio? Questi virus agiscono con il meccanismo inserzionale o cis-attivazionale, cioè possono trasformare solo se si vanno ad integrare in prossimità di un proto-oncogene cellulare. Questo proto-oncogene cellulare perde il controllo del suo promotore cellulare, e va incontro ad un’attivazione da parte delle LTR virali, che possono esercitare il loro elevato potere anche sulle porzioni di genoma poste nelle loro prossimità (il termine cis, nel meccanismo cis-attivazionale, sta proprio ad indicare che un proto-oncogene può essere attivato se si trova subito o a monte o a valle di un gene attivante). In questo modo il proto-oncogene viene overespresso per l’azione delle LTR, così che il proto-oncogene diventa un vero e proprio oncogene. Visto il numero estremamente alto di possibili punti inserzionali, il meccanismo cis-attivazionale è un evento a scarsa probabilità, e se si verifica la trasformazione tumorale, questa è di tipo monoclonale, poiché deriva dalle trasformazioni a cui va incontro quest’unica cellula. Diciamo anche che, prima che quest’unica cellula si duplichi così tante volte da generare una massa tumorale evidente, ci vuole molto tempo.

Ci sono dunque tre meccanismi che possiamo riassumere, con cui un retrovirus può dare origine ad una situazione tumorale, in particolare il primo meccanismo è dato dai virus acutamente trasformanti, che in 15 giorni possono creare una situazione tumorale, e riguarda proprio quei retrovirus trasducenti che abbiamo appena visto prendere al loro interno un gene cellulare. Questo gene viene deregolato perchè cade sotto il controllo del promotore virale (ma anche dell’enhancer virale) che è molto efficiente, inoltre la maggior parte di questi geni sono mutati, perchè sono troppo grandi per essere contenuti all’interno del genoma virale, anche se la piccola parte che ne va a far parte è sufficiente per dare origine alla situazione tumorale. Per quanto riguarda il secondo meccanismo, vero anche nell’uomo, è chiamato anche meccanismo inserzionale e prende in considerazione i virus lenti, mentre il terzo meccanismo è chiamato transattivante, ed è legato a virus come l’HIV che hanno un genoma piuttosto complesso e producono delle proteine virali che vanno a legarsi su geni endogeni per andarne ad attivare direttamente la trascrizione.

Nel primo caso, prendiamo in considerazione i virus trasducenti di cui abbiamo già detto come avviene l’acquisizione del gene di regolazione che una volta sul genoma virale viene over-espresso ed eventualmente mutato, abbiamo inoltre detto che hanno un genoma piccolo, di circa 3400 nucleotidi, infatti se supero la lunghezza dei 5000 nucleotidi con il gene inserito, il retrovirus diventa inefficiente, non riesce più a funzionare bene. Se ad esempio acquisisco il gene MYC, vediamo che nel genoma virale mi rimangono le due regioni LTR-5′ e LTR-3′, la sequenza di impacchettamento della particella virale ed il gene GAG. Questo virus non può produrre una particella virale, perchè mancano i geni POL ed ENV, mancano delle proteine importanti, infatti la maggior parte di questi virus diventano dei virus difettivi, in quanto manca un pezzo del loro genoma, legato al fatto che il genoma di questo virus è molto piccolo e non può ospitare pezzi di DNA grandi. Come fa allora questo virus a propagare un’infezione (questi virus danno infatti origine ad un tumore, perchè questo sistema sia efficiente però serve un’infezione che si possa propagare a diverse cellule)? Questo avviene grazie alla presenza nel genoma cellulare di un retrovirus helper o definito anche “wildtype”, l’infezione infatti da retrovirus è molto frequente, così grazie alle sue proteine vengono prodotti i costituenti virali e il gene d’impacchettamento del virus difettivo permette di costruire nuove particelle virali. All’inizio però le cellule che subiscono l’attacco di questo tipo di virus non sono cellule tumorali ma sono cellule immortalizzate, ad esempio se valutiamo la situazione in una linea cellulare mieloide vediamo che abbiamo l’aumento del numero di queste cellule mieloidi, poi però esse facilmente danno origine ad una situazione tumorale proprio grazie all’instabilità genetica a cui vanno incontro, si va infatti incontro alla mutazione di un gene trasformante in circa 15-20 giorni. Un esempio di un oncogene trasformante molto bersagliato anche nei tumori umani è RAS, alla fine è rispettato anche in questo caso il meccanismo del doppio step che porta all’origine di una situazione tumorale.

Se analizziamo ora i virus che funzionano con un meccanismo inserzionale, vediamo che tendono ad inserire il loro genoma “wildtype” in una regione ricca di geni, in questa maniera si vanno ad inserire a monte o a valle di un gene di regolazione. Se prendiamo in considerazione il gene MYC, vediamo che se il genoma virale si inserisce a monte di questo gene va ad over-esprimerlo con il suo promotore che funziona in maniera molto più efficiente, mentre se si va ad inserire a valle sarà l’enhancer virale che andrà a over-esprimere MYC, il risultato è dunque lo stesso in tutti e due i casi. Si avrà dunque una situazione d’instabilità genetica che però impiegherà alcuni mesi per dare origine ad una situazione tumorale, è infatti un meccanismo meno efficiente di quello utilizzato dai virus trasducenti. Stiamo ancora parlando di sistemi animali, ma potrebbe benissimo essere un meccanismo che riguarda anche l’uomo, in particolare le problematiche della terapia genica sono derivate proprio da vettori retrovirali utilizzati che avrebbero dovuto solamente correggere il difetto genico presente nel paziente, ma oltre a ciò si andavano ad inserire su regioni particolari del genoma cellulare, andando a deregolare qualche gene importante che ha portato i pazienti a contrarre delle patologie tumorali.

Nel meccanismo transattivante, vediamo che il retrovirus dell’HIV è in grado di produrre molte più proteine, tra cui TAT e REL, in particolare quest’ultima è in grado di attivare la trascrizione di particolari geni andando a legarsi sui loro promotori cellulari, in questo modo va ad originare la situazione tumorale se si trova a deregolare la trascrizione di un particolare gene di regolazione.

I VIRUS ONCOGENI ad RNA umani

I virus ad RNA sono dei virus esclusivamente animali, ma ovviamente esistono anche due retrovirus oncogeni umani, chiamati HTLV-1 e HTLV-2. Questi due virus hanno una circolazione limitata, soprattutto HTLV1 è assai raro, mentre HTLV-2 ha una circolazione più alta, soprattutto in determinate aree geografiche come i Caraibi, il Brasile ed il Giappone. HTLV significa human T-lymphotropic virus, cioè si tratta di virus che infettano i linfociti T.

HTLV-1 in generale può generare due tipi di patologia:

  • una patologia degenerativa non tumorale del sistema nervoso centrale
  • una patologia tumorale, che è la leucemia delle cellule T dell’adulto

Il meccanismo con cui HTLV determina la trasformazione cellulare, determinando una leucemia, è un meccanismo diverso da quanto abbiamo visto fin’ora, che viene definito meccanismo trans-attivazionale. Mentre la cis-attivazione consisteva nell’attivazione di un gene, che si trova nelle vicinanze del promotore, la trans-attivazione prevede un’attivazione a distanza che richiede la presenza di una proteina trans-attivante, cioè viene prodotta una proteina da un determinato gene, che va ad attivare dei geni collocati anche su altri cromosomi.

HTLV, come anche il virus HIV, sono definiti dei retrovirus complessi, perché, oltre ai tre geni gag, pol ed env, troviamo anche una serie di altri geni definiti geni ancillari. In particolare HTLV-1 ha come gene ancillare il gene x, che codifica per la proteina tax, che è appunto la proteina trans-attivante, così, in qualsiasi punto il cDNA di HTLV-1 si integri, tra i vari prodotti virali c’è anche questa proteina tax. La proteina tax va a trans-attivare in modo particolare due geni: l’IL-2, che è il fattore di crescita, stimolante la mitosi, per i linfociti T, ed il recettore per l’IL-2 (infatti avevamo detto che anche i recettori dei fattori di crescita sono dei proto-oncogeni). Così, in seguito alla stimolazione dei linfociti T a produrre più IL-2, ma anche a produrre i recettori stessi per l’IL-2, la proteina tax ha effettuato una stimolazione autocrina.