ONKOJENİK VİRUSLER
Kanserler, hücresel genlerdeki mutasyonlara bağlı olarak hücre proliferasyonunun kontrolünün kaybolması sonunda ortaya çıkmaktadır. Hücre üreme ve gelişmesindeki bu bozukluklardan, en az 40 hücresel genin sorumlu olduğu düşünülmektedir. Bu bozukluklar, iki temel gen grubunda ortaya çıkan mutasyonlarla olur:
- Stimülatör genler: Hücre üremesini stimüle ederler. Bu genlerin hiperaktif olarak çalışması kansere neden olur. Bu genlerdeki mutasyonlar dominanttır.
- İnhibitör genler: Hücre üremesini inhibe ederler. Bu genlerin baskılanması ya da kapanması kansere neden olur. Bu genlerdeki mutasyonlar resesiftir.
Hücrelerde ortaya çıkan morfolojik, biyokimyasal ya da üreme (büyüme) özelliklerindeki anormal sapmalar transformasyon olarak adlandırılır. Transforme hücrelerin deney hayvanlarında tümör oluşturabilme özelliğine ya da kanser hücresi şeklinde davranmasına ise neoplastik transformasyon denir. Transforme hücrelerde ortaya çıkan morfolojik, fenotipik ve genotipik değişiklikler şunlardır:
1. Hücre üremesindeki değişiklikler
a. Üreme hızı ve hücre yoğunluğu artar.
b. Büyüme faktörlerine (growth factors) gereksinim azalır.
c. Kontak (temas) inhibisyonu kaybolur.
d. Yarı katı ortamda koloni oluşturabilir (in-vitro).
e. Katı yüzeylere tutunma özelliği kaybolur (in-vitro).
2. Hücre yüzeyindeki değişiklikler
a. Besin maddelerinin hücreye girişi artar.
b. Proteaz ve proteaz aktivatörlerinin salınımı artar.
c. Glikoprotein ve glikolipid yapılarda değişiklikler olur.
3. Hücre içi komponentleri ve biyokimyasal olaylardaki değişiklikler
a. Metabolik hız ve glikoliz artar.
b. Hücrelerde yuvarlaklaşma olur (hücre iskeletindeki değişiklikler ile)
c. Bazı hücresel genler aktive veya inaktive edilir.
VİRUSLAR VE ONKOGENEZ
Karsinogenez çok faktörlü ve çok basamaklı bir olay olup, normal bir hücrenin kanser hücresine dönüşmesi için çok sayıda genetik değişikliklerin olması gereklidir. Bunlar arasında; nokta mutasyonları, translokasyonlar, gen amplifikasyonları, hücresel onkogen aktivasyonu ve tümör süpresör genlerin (anti-onkogen) inaktivasyonu gibi mekanizmalar yer alır.
Tümör virusları onkogenezde genellikle kofaktör olarak rol oynar ve hücrenin kanserleşmesinde bu safhalardan bazılarının gerçekleşmesine neden olur. Dolayısıyla virusların kanserlerle ilişkileri, hücre üreme döngüsünü kontrol eden stimülatör ya da inhibitör genlerden herhangi birinin kopyasına sahip olmaları ya da bu genlerden herhangi birinin ekspresyonunu değiştirmelerine bağlıdır. Viruslar, tüm dünyadaki kanserlerin -özellikle karaciğer ve servikal kanserler- %15-20’sinin gelişmesinde etiyolojik faktörler olarak yer almaktadır.
Viruslar tarafından oluşturulan transformasyon, hücrenin viral genler tarafından kontrolü sonunda ortaya çıkan ve hücrenin biyolojik fonksiyonlarında değişikliklere neden olan bir süreçtir. Burada en sık rastlanan mekanizma (ancak her zaman değil) viral genomun hücre kromozomuna entegrasyonudur. Viral genomda, transformasyon ve tümör oluşumuna neden olan genlere onkogen (v-onc) adı verilir. Viral onkogenler ilk kez retroviruslarda saptanmıştır. Ancak bu onkogenlerin homolog kopyaları tüm normal hücrelerde (proto-onkogen, c-onc) de bulunmuş ve hücre büyüme/gelişmesinde rolü olan bu genlerin eksprese edilmediği ya da düşük düzeylerde eksprese edildiği belirlenmiştir. c-onc’lar kendilerinin karşılığı olan v-onc’lardan farklıdırlar. Bunun nedeni, virusun hücre büyümesini/farklılaşmasını kontrol eden bir geni hücreden aldıktan sonra mutasyonlar sonucu değişime uğratmasıdır. Viruslar, ya kendileri bir onkogen taşımak ya da hücresel bir proto-onkogeni aktive etmek suretiyle onkogenezde rol almaktadırlar.
Proto-onkogenler:
Bunlar, hücre proliferasyonunu ve farklılaşmasını kontrol eden normal hücresel genlerdir. Bunlardaki regülasyon bozukluğu ya da değişimler onkogenlere dönüşmelerine neden olur ve kanser gelişimiyle sonuçlanır. Onkogenler regülatör elementlerden yoksundurlar. Onkogenlerin kodladığı proteinler onkoprotein adını alır. Bunlar:
1. Büyüme faktörleri (örn. sis, PDGF: platelet derived growth factor): Bunlardaki mutasyonlar dominant özellik gösterir ve onkojeniktir.
2. Büyüme faktör reseptörleri (örn. c-erb: epidermal growth factor receptor): Onkogenler reseptörlerin mutasyona uğramış formunu kodlayabilirler.
3. Sinyal iletim proteinleri (örn. abl, src, ras): Onkoprotein normal sinyal iletim proteinlerinin fonksiyonunu taklit edebilir.
4. Nüklear regülatör faktörler (örn. myc, fos): Bunlar transkripsiyon faktörleri olup DNA replikasyonunu kontrol ederler. Onkoproteinler DNA transkripsiyonunu sürekli hale getirebilir veya hücre farklılaşması için gerekli genlerin ekspresyonunu önleyebilir.
5. Hücre döngüsü proteinleri (örn. Siklin ve siklin bağımlı kinazlar): Bunlardaki mutasyonlar hücre döngüsünü bozar.
Anti-onkogenler (Tümör süpresör genler):
Bu genlerin kodladığı proteinlerin normal fonksiyonu, hücre döngüsünün ilerlemesini ve hücre bölünmesini inhibe etmektir. Bunlardaki mutasyonlar resesif özellik gösterir.
1. Rb (retinoblastoma) geni: Bu genin kodladığı protein nukleusta yer alır ve transkripsiyonu baskılayıcı bir proteindir. Kansere neden olan mutasyon bu genin fonksiyonunun bozulmasıdır. Kanser oluşumu için genin her iki allelinde de mutasyon olmalıdır.
2. P53 geni: Bu genin kodladığı protein bir transkripsiyon faktörüdür ve DNA hasarı kontrol sistemindeki çok sayıda komponentin regülasyonunda görev alır. Herhangi bir DNA hasarı meydana geldiğinde p53, DNA replikasyonunu durdurmaktadır. Ayrıca kromozomların özel bölgelerine bağlanarak hücre bölünmesini durdurur ya da hücreyi apoptozise götürür. Birçok insan kanserinin temelinde, p53 geninde meydana gelen mutasyonların –direk ya da indirek- rolü olduğu düşünülmektedir.
Onkojenik viruslar: İki grupta toplanırlar: DNA tümör virusları ve RNA tümör virusları.
DNA tümör viruslarının iki tip replikasyon stratejisi vardır: Üretken hücrelerde viral genomun tümü eksprese edilir ve virus replikasyonu gerçekleşir. Bu proses konak hücrenin ölümüyle sonlanır. Üretken olmayan hücrelerde ise, viral DNA hücre kromozomuna entegre olur, viral genomun sadece bir kısmı eksprese edilir. Bu bölgeler virusun erken proteinlerini kodlayan bölgelerdir (örn. E antijenleri, T antijenleri). Virusun yapısal proteinleri eksprese edilmez ve yeni progeni virus oluşumu gerçekleşmez.
RNA tümör virusları (Retroviruslar) ise taşıdıkları nükleik asit tipi ile DNA tümör viruslarından ayrılırlar ancak genomlarını onlar gibi hücre kromozuma entegre ederler. Retroviruslar, RNA’ya bağımlı DNA polimeraz (revers transkriptaz) enzimi içerirler ve bu enzim sayesinde kendi RNA’larını DNA’ya çevirerek hücre kromozomuna entegre olurlar.
Onkojenik virusların sınıflandırılması ve ilişkili olduğu kanser tipi aşağıdaki tabloda verilmiştir.
İlişkili olduğu kanser tipi |
|
DNA tümör virusları |
|
| Adeno viruslar (Grup A; en riskli tipler: tip 12, 18, 31) | Değişik solid tümörler (hayvanda) |
| Hepadna viruslar (Hepatit B virusu) | Hepatoselüler karsinoma |
| Herpes viruslar (HSV-2, EBV, HHV-8) | Lenfoma, karsinoma, sarkoma |
| Papilloma viruslar | Papilloma, karsinoma |
| Polyoma viruslar | Değişik solid tümörler (SV40 ® hayvanda, BK ve JC ® insanda?) |
| Poks viruslar | Miksoma, fibroma (hayvanda) |
RNA tümör virusları |
|
| Retroviruslar | Hematopoietik kanserler, sarkoma, karsinoma |
| Flaviviruslar (Hepatit C virusu) | Hepatoselüler karsinoma |
İnsan kanserleri ile ilişkili viruslar:
Virus |
Genom | Kanser tipi |
| İnsan papilloma virusları (HPV) | DNA | Servikal kanser (en riskli tipler: HPV tip 16, 18) |
| Epstein-Barr virus (EBV) | DNA | Burkitt lenfoma, nazofarengeal karsinoma, immün baskılanmış kişilerde B hücre lenfoması, Hodgkin lenfoma |
| İnsan herpes virusu-8 (HHV-8) | DNA | Kaposi sarkoma |
| Herpes simpleks virus-2 | DNA | Servikal karsinoma |
| Hepatit B virusu (HBV) | DNA | Hepatoselüler karsinoma |
| Hepatit C virusu (HCV) | RNA | Hepatoselüler karsinoma |
| İnsan T-hücre lenfotropik virusları HTLV-1 HTLV-2 |
RNA |
Erişkin T-hücre lenfositik lösemisi Hairy cell lösemi |
Bu virusların hemen hepsi ayrı derslerin konusu olduğundan, burada sadece Papovavirus grubu ile ilgili genel bilgi verilmektedir.
PAPOVAVİRUSLAR
Bunlar küçük (45-55 nm), çift iplikli çembersel DNA genomu içeren zarfsız, ikozahedral kapsidli viruslardır. Papovaviridae ailesinde 2 genus yer alır:
Papilloma viruslar: Bunlar polyomaviruslardan biraz daha büyük olup daha kompleks bir genom içerirler. Genom 7 adet erken (E1-E7) ve 2 adet geç (L1, L2) protein kodlar. İnsandan 100’den fazla tipi izole edilmiştir. Bu viruslar deri ve mukoz membranların epitel hücrelerine yüksek derecede tropizm gösterirler. İnsan papillomavirusları (HPV) çeşitli tiplerde siğiller (verruka, wart) oluştururlar (örn. tüm vücutta –özellikle el ve parmaklarda- siğiller, ayak tabanında hiperkeratotik papüller, genital bölgede kondiloma ve laringeal papilloma). En sık rastlanan klinik form cinsel yolla bulaşan genital lezyonlardır. Siğiller genellikle benign olmakla birlikte malignan kanserlere dönüşebilirler. Bazı HPV tipleri (tip 16 ve 18) genital (penis, uterus, serviks) kanserlerden sorumlu tutulmaktadır. Servikal kanserler kadınlarda ikinci sıklıkta görülen kanserlerdir. Virusun erken proteinlerinden E5, E6 ve E7, HPV’nin transforme edici antijenleridir.
Polyoma viruslar: Simian virus 40 (SV40), BK ve JC olmak üzere 3 virus türü içerirler. SV40 bir maymun polyomavirusudur ve hamsterlerde sarkoma oluşturur. Normal maymun böbrek hücrelerinden izole edilmiştir. İnsan polyoma virusları olan BK ve JC ise ilk kez izole edildikleri hastaların isimleri ile adlandırılmışlardır. Bu viruslar insan popülasyonlarında oldukça yaygın olarak bulunmaktadır (%70-80). Enfeksiyonlar çocukluk döneminde kazanılır ve virus sağlıklı kişilerde böbrekte latent olarak kalır. Konağın immün yanıtı bozulduğunda reaktive olurlar. BK virus, sistit, nefropati ve böbrek transplant alıcılarında allograft disfonksiyonuna yol açabilirken, JC virus progresif multifokal lökoensefalopatiye (PML) neden olur. PML, bazı immün baskılanmış hastalarda ortaya çıkan fatal bir beyin hastalığıdır. BK ve JC viruslar hayvanlara enjekte edildiğinde tümör oluşumuna yol açarlar.
Polyoma viruslar genellikle üretken hücrelerde litik enfeksiyon oluştururlar. Ancak üreyemedikleri hücrelerde transformasyona neden olurlar ki bu defektif virusun neden olduğu bir etkidir. Polyomavirus genomu 3 erken protein (küçük, orta, büyük T antijenleri) kodlar. Büyük ve küçük T antijenleri transformasyon yapan proteinlerdir. Transforme hücrelerde geç proteinler eksprese edilmez.
VİRUSLARIN TRANSFORMASYON MEKANİZMALARI
1. Hücre sinyal moleküllerinin benzerlerinin üretilmesi:
a. Akut transformasyon yapan retroviruslar ® Bu retrovirus grubu (örn. Rous Sarcoma virus) genomlarında ekstra genler (onkogen, v-onc) taşırlar. Bunlar, hücrenin sinyal iletim sisteminde rol alan proteinlere benzeyen ancak kontrolsüz aktivite gösteren proteinler üretir.
b. HHV-8 ® Taşıdığı onkogen (v-gpcr) hücresel kemokin reseptörlerine benzer bir protein üretir ve sinyalizasyonu sürekli hale getirir.
2. Sinyal iletimini artıran viral proteinlerin üretimi:
a. EBV® B lenfositlerinin immortalizasyonuna neden olan ve hücresel sinyal iletimini etkileyen latent membran proteini 1 (LMP-1) kodlar. LPM-1 bir transkripsiyon aktivatörüdür. Ayrıca EBNA-2 ve LPM-2 gibi viral proteinler de sinyal iletiminde rol alan tirozin kinazları aktive ederek hücre proliferasyonunu indükler ve apoptozisi inhibe eder.
3. Hücresel transformasyon genlerinin aktivasyonu: Virus DNA’sının hücre kromozomuna katılması (insersiyon, integrasyon), katılma bölgesindeki hücresel bir genin yapısal veya fonksiyonel özelliğini bozabilir. Hücresel genler aktive (ekspresyonda artış) veya inaktive olabilir.
a. Kronik transformasyon yapan retroviruslar ® Bu retrovirus grubu (örn. avian leukosis virus) yapılarında v-onc içermezler, ancak hücre genomuna entegre olan proviral DNA, proto-onkogenleri (örn. c-myc) aktive eder ve bunların ekspresyonlarının artışı DNA replikasyonunu hızlandırır (insersiyonel aktivasyon).
4. Hücre yüzey reseptörlerinin uyarılması: Bazı viral proteinler hücre membranındaki reseptörlere bağlanarak sürekli bir uyarı oluşturur ve hücre proliferasyonunun artmasına yol açar.
a. HPV tip 16 ® E5 proteini, hücre yüzeyindeki “epidermal büyüme faktörü” reseptörüne bağlanır ve sürekli uyarı yapar.
5. Fosfataz inhibisyonu: Fosfataz enzimleri hücresel sinyal iletiminin sonlandırılmasında rol alır.
a. Polyomavirus (SV40)® ‘Küçük t’ antijeni, fosfataz enzimini inhibe ederek sinyal iletiminin devamlılığına neden olur.
6. Hücre sinyal iletimi proteinlerinin aktivitelerinin değiştirilmesi: Bazı viral faktörler hücre sinyal iletiminde rol alan proteinleri ya da onları kodlayan genleri aktive ederek aktif ya da uygunsuz hücre proliferasyonuna ve transformasyona neden olurlar.
7. Hücre döngüsü kontrolünün bozulması: Bazı viral antijenler Rb proteinine bağlanmak suretiyle, S fazı proteinlerinin sentezini uyarır ve hücrenin uygunsuz olarak S fazına girmesine neden olarak proliferasyonu indükler. Bu viral antijenler, hücre döngüsünde rol oynayan ve Rb’ye benzeyen diğer proteinlere de bağlanarak hücrelerin sürekli mitoza girmesine yol açarlar.
a. Adenovirus ®E1A antijeni
b. Polyomavirus ® ‘büyük T’ antijeni
c. HPV tip 16 ve 18 ® E7 antijeni
8. Virusa özgü siklinlerin üretilmesi:
a. HHV-8 ® v-siklin geni tarafından kodlanan siklinler, hücre döngüsünde rol oynayan inhibitör proteinleri inhibe ederek hücreleri bölünmeye sevkeder.
9. Siklin Bağımlı Kinaz (SBK) inhibitörlerinin aktivasyonu:
a. Papillomavirus ® E7 proteini, SBK inhibitörüne bağlanarak hücrenin S dönemine girmesini sağlar.
10. p53 fonksiyonlarının baskılanması:
a. HPV tip 16 ve 18 ® E6 proteini
b. SV40 ® ‘büyük T’ antijeni
c. Adenovirus ® E1B antijeni
11. Hücresel transkripsiyonun aktivasyonu: Bazı viral genler (onkogen değil) virusun replikasyonu için gerekli olan transaktivasyon regülator proteinleri kodlar. Bu genlerin aynı zamanda hücre büyümesini düzenleyen hücresel genleri değiştirerek onkogeneze yol açtığı düşünülmektedir. Hücre kromozomuna entegre olan viral genler tarafından kodlanan bu viral proteinler hücrede proto-onkogenler dahil birçok genin transkripsiyonunu stimüle eder ve transformasyona neden olur.
a. Uzun latent dönemli retroviruslar (örn. HTLV) ® tax geni
b. Hepatit B virusu ® x geni
Transformasyonda rol oynayan viral genler
| Virus | Gen/protein ® fonksiyon |
| HTLV-1 | Tax ® Hücresel transkripsiyon aktivasyonu, c-fos proto-onkogeninin ekspresyonunun artması (indirek olarak) |
| HPV tip 16, 18 | E5 ® Plazma membran reseptörlerinin uyarılması E6 ® p53 fonksiyonlarının baskılanması E7 ® Rb ve Rb benzeri proteinlerin fonksiyonlarının baskılanması, SBK inhibitörlerinin aktivasyonu |
| EBV | EBNA, LMP ® Sinyal iletimini etkileyen viral proteinlerin üretimi |
| HHV-8 | v-siklin ® virusa özgü siklinlerin üretilmesi v-gpcr ® hücre sinyal moleküllerinin homologlarının üretilmesi |
| Polyomaviruslar | Büyük T ® Rb ve Rb benzeri proteinlerin baskılanması, p53 fonksiyonlarının baskılanması Küçük t ® Fosfatazların inhibisyonu |
| Adenovirus | E1A ® Rb proteininin fonksiyonlarının baskılanması E1B® p53 fonksiyonlarının baskılanması |
| HBV | X ® Hücresel proto-onkogenlerin ve diğer birçok hücresel genin transkripsiyonunun aktivasyonu |
Virusların bazı insan tümörleriyle ilişkili olduğu bilinse de, bir virus ile bir kanser tipi arasındaki nedensel ilişkinin varlığı ispat edilmelidir ki, bu oldukça zordur. Bu ilişkinin gösterilmesinde, bir insan tümöründen saflaştırılan virusun laboratuvar hayvanlarına inoküle edilmesiyle onlarda da aynı tip tümörün oluştuğunun izlenmesi ya da insan hücre kültürlerinde transformasyona yol açtığının gösterilmesi gereklidir. Ancak hayvanlardan ya da in-vitro koşullardan elde edilen bulguların insan için ne denli geçerli olduğu hala tartışmalıdır. Nedensel ilişkinin belirlenmesinde ayrıca, toplumlarda bir virus enfeksiyonunun önlenmesiyle bir tümör tipi insidansında azalmanın gösterilmesi de epidemiyolojik bir kanıt olabilir.
belgesi-366
