ОНКОГЕННЫЕ ВИРУСЫ

По морфологии РНК-содержащие О. в. делят на онковирусы (или ретровирусы) типа А, В, С и D (рис. 1,7—4). О. в. типа А рассматриваются гл. обр. как внутриклеточные предшественники О. в. типов В, Си D. Предполагают также, что среди О. в. типа А существует самостоятельная группа вирусов, роль к-рых неизвестна. О. в. типа В являются возбудителями карцином молочных желез у мышей, а О. в. типа С — лейкозов и сарком у птиц и млекопитающих; О. в. типа D объединяют вирус обезьян Мейзона— Пфайзера, вирус перевиваемых раковых клеток человека, эндогенные вирусы белок и обезьян.

Структура и морфогенез ДНК-содержащих О. в. разнообразны и сходны с субмикроскопической организацией и внутриклеточным развитием инф. вирусов группы оспы, герпеса, аденовирусов, паповавирусов (рис. 1, 5—8 и рис. 2).

Внеклеточные вирионы РНК-содержащих О. в. состоят из оболочки и сердцевины, имеющих достаточно сложное строение, как, напр., у О. в. типа С млекопитающих (рис. 3—4). Для внутриклеточного развития РНК-содержащих О. в. характерны два основных признака: интеграция вирусного ДHК-транскрипта (ДНК-овой копии вирусного РНК-содержащего генома, к-рая синтезируется вирусным ферментом — ревертазой) с геномом клетки и наличие дополнительной стадии дифференцировки (созревания) у выделившегося (или выделяющегося) из клетки О. в. (цветн. рис.).

Помимо обычных РНК-содержащих онкогенных вирусов (рис. 5,а), описаны так наз. минимальные формы РНК-содержащих О. в. (рис. 5, б, в, г), к-рые обнаружены в популяции онковирусов типа А, С и D. Они отличаются меньшей величиной и формируются либо на поверхности клетки, либо в процессе фрагментации внеклеточных онковирусов при неблагоприятных условиях культивирования. В подобных условиях выявляются многочисленные аномальные формы онковирусов, в частности гигантские их формы (рис. 6).

Большая роль в становлении современной онковирусологии принадлежит советскому ученому Л. А. Зильберу, впервые высказавшему гипотезу о возможности интегративного взаимодействия опухолевых вирусов и клеток, к-рая впоследствии получила полное и повсеместное признание в качестве вирусо-генетической теории возникновения опухолей (Л. А. Зильбер, 1968).

По мере накопления данных сложилась следующая схема механизма вирусного канцерогенеза. Вирусный генетический материал закрепляется в клетке, становится составной частью клеточного генома. В составе закрепленного вирусного генома имеется ген (гены), продукт к-рого непосредственно отвечает за превращение нормальной клетки в опухолевую (такие гены получили название онкогенов). Продукт онкогена («раковый белок»), образующийся в результате функционирования онкогена, стойко нарушает нормальную регуляцию клеточного деления — клетка становится опухолевой. Что же касается химических и физических канцерогенных факторов, то они усиливают активность до той поры не проявлявших своей опухолевой природы вирусов.

Усиление опухолеродных свойств О. в. при заражении животных не-онкогенными вирусами было впервые описано советским вирусологом Н. П. Мазуренко в 1957—1962 гг. и получило наименование вирусновирусного коканцерогенеза (см. Онкогенез).

Помимо РНК-содержащих О. в., попадающих в клетку извне, обнаружены так наз. эндогенные онковирусы, генетическая информация к-рых содержится в геноме всех клеток данного вида животных (в т. ч. и в геноме половых клеток). Клетки природных хозяев всех известных эндогенных вирусов неблагоприятны для размножения этих вирусов. Роль эндогенных онковирусов неизвестна. Советские вирусологи В. М. Жданов и Т. И. Тихоненко высказали предположение, что эти эндогенные онковирусы могут являться одним из факторов клеточной дифференцировки и обмена генетической информации в биосфере.

См. также Вирусы.

Из дополнительных материалов

Известно, что как ДНК-содержащие, так и РНК-содержащие онкогенные вирусы вызывают опухоли у экспериментальных животных. ДНК-содержащие онкогенные вирусы обнаружены среди вирусов группы оспы, герпеса, аденовирусов, паповавиру-сов, а РНК-содержащие онкогенные вирусы — только среди ретровирусов. Онкогенные вирусы способны вызывать опухоли практически у всех представителей хордовых животных за исключением, как полагали до недавнего времени, человека. В связи с невозможностью использования прямых экспериментальных доказательств были установлены закономерности, на основании к-рых с помощью косвенных методов можно судить об участии вирусов в малигнизации клеток организма человека: регулярное обнаружение вирусов в опухолевых клетках и отсутствие в тканях в норме; способность этих вирусов вызывать опухоли у родственных видов животных и злокачественную трансформацию чувствительных клеток в культуре ткани; их морфологическое, биохимическое или иммунологическое сходство с известными онкогенными вирусами, вызывающими опухоли и лейкозы у млекопитающих и птиц; наличие в опухолевых клетках генетического материала — ДНК или РНК вируса. Наиболее изучены в этом отношении РНК-содержащие онкогенные вирусы, к-рые можно разделить на три основные группы: вирусы, вызывающие лейкозы; вирусы, способные вызывать различные виды сарком и лейкозов, а также злокачественную трансформацию клеток в культуре ткани; вирусы, обусловливающие развитие опухолей молочных желез. При изучении РНК этих вирусов было выявлено наличие в них трех принципиальных групп генов: структурных генов вирионов, ответственных за синтез белков вирусной частицы (ген gag кодирует белки сердцевины вириона, ген env — белки оболочки вириона, ген pol — обратную транскриптазу, или ревертазу); гена, имеющегося только у вирусов, вызывающих саркомы, и непосредственно связанного со способностью вирусов вызывать злокачественную трансформацию клеток (этот ген получил название онкогена); функционального гена, представляющего собой нуклеотидные последовательности, имеющие функциональное значение и необходимые для регуляции транскрипции указанных генов. Биологически активные вирионы содержат полные гены gag, pol env и функциональный ген, однако среди вирусов, вызывающих саркомы и лейкоз, а также злокачественную трансформацию клеток в культуре ткани, имеется большое количество вирусов с дефектами этих генов, размножение таких вирусов возможно только в присутствии других вирусов, вызывающих лейкоз.

Наличие онкогенов характерно не только для ретровирусов: они обнаружены и у ДНК-содержащих вирусов — паповавирусов (полио-мы и SV-40) и аденовирусов. Размер этих генов коррелирует с размерами онкогенов. Доказательство существования в составе генома РНК-содержащих вирусов онкогенов, ответственных за злокачественную трансформацию клеток, открыло новую главу в экспериментальной онкологии. Практически у всех известных трансформирующих ретро-вирусов с помощью методов молекулярной биологии и генетической инженерии были выделены, очищены и клонированы онкогены. Оказалось, что онкогены обладают одним уникальным свойством: при внесении в чувствительные клетки они вызывают наследственную злокачественную трансформацию клеток. Это прямое экспериментальное доказательство того, что единственный ген в составе ретровирусов (а не вирусные частицы в целом) способен трансформировать клетку. Онкогены различаются по тестам молекулярной гибдадизации и синтезируют в зараженных клетках специфический белок.

Отдельную группу составляют онкогены вирусов сарком птиц Рауса, В 77, Фудзинами, У 73, ЭШ, вируса лейкоза мышей Абельсона, нек-рых штаммов вирусов сарком кошек. Продукты этих онкогенов обладают ферментативной (так наз. фосфо-протеинкиназной) активностью, обусловливающей фосфорилирование нек-рых клеточных белков, в т. ч. и тех, к-рые играют важную роль в контакте клеток между собой. По-видимому, изменение структуры этих белков является одним из основных факторов, определяющих образование трансформированного фенотипа клеток.

Продукты другой группы онкогенов — онкогенов вирусов эритробластоза птиц (AEV) и саркомы кошек — являются гликопротеидами и также связаны с поверхностными белками клетки. Продукт онкогена вируса AEV имеет родство с рецептором эпидермального фактора роста.

К третьей группе принадлежат онкогены семейства ras вирусов саркомы крыс Кирстена, Харви и Рашида. Онкогены этой группы активно функционируют во многих опухолях человека. Продукт онкогена этой группы — белок р21 обладает способностью связывать гуаниловые нуклеотиды.

Четвертая группа, к к-рой относятся онкогены вирусов сарком мышей Молони и обезьян (онкоген sis), характеризуется тем, что синтез онкогенов в очень небольших количествах происходит в индуцированных ими опухолевых клетках, причем белок онкогена sis обладает гомологией к тромбоцитарному фактору роста.

К пятой группе принадлежат онкогены (онкоген шус) вирусов мие-лоцитоматоза птиц (МС 29), миело-бластоза птиц и остеосаркомы мышей (FBJ). Продукты этих онкогенов локализованы в ядре. У онкогена туе выявлена способность переводить клетки в так наз. имморта-лизованное состояние, характеризующееся тем, что клетки, оставаясь морфологически нормальными, приобретают способность к неограниченному числу делений при пассировании в культуре ткани, т. е. становятся «вечноживущими».

В большинстве ретровирусов присутствует по одному онкогену, однако в нек-рых имеется по два, в частности в вирусе эритробластоза птиц (AEV), в вирусах острых лейкозов птиц (МН 2, Е 26) и остеосаркомы мышей (FBJ).

Онкогены являются составной частью вирусного генома и подчиняются основным закономерностям репликации ретровирусов. Содержащийся в составе вируса фермент обратная транскриптаза присутствует в цитоплазме зараженных клеток и участвует в синтезе ДНК-копии вирусного генома, к-рая затем переносится в ядро и интегрирует с клеточным геномом. После интеграции вирусные гены начинают функционировать как обычные клеточные гены. Интеграция с клеточным геномом носит неспецифический характер и имеет ряд особенностей. Непосредственно перед интеграцией вирусная ДНК образует кольцевую структуру, при этом концевые функциональные последовательности замыкаются. Такая структура, называемая провирусом, сходна с так наз. мобильными диспергированными генами, описанными Г. П. Георгиевым и В. А. Гвоздевым с соавт. Одно из основных свойств генов такого типа заключается в способности перемещаться как внутри хромосомы, так и между хромосомами. Эти перемещения оказывают существенное влияние на активность соседствующих генов. Поэтому интеграция и передислокация провируса могут изменять функциональную активность многих клеточных генов. Описанный путь передачи генетической информации через стадию ДНК расширил основные положения вирусогенетической концепции, разработанной Л. А. Зильбером.

Т. о., различные РНК-содержащие вирусы, обладающие общим свойством вызывать злокачественную трансформацию клеток, осуществляют этот процесс благодаря специальным генам (онкогенам), отличающимся друг от друга по генетической структуре и механизмам функционирования.

Использование молекулярных зондов, специфичных для вирусных онкогенов, показало, что их гомологи присутствуют в нормальных клетках практически всех видов животных, включая и насекомых. Тем самым было подтверждено высказанное ранее Фогтом (P. Vogt) и А. Д. Альт-штейном предположение о клеточном происхождении онкогенов. Свойства клеточных онкогенов (или протоонкогенов) оказались в целом сходными с вирусными, однако обнаружен и ряд существенных отличий.

Клеточные онкогены имеют структуру, похожую на структуру других клеточных генов. Как правило, в виде единственной копии они локализованы на определенных хромосомах, имеют большие размеры, чем вирусные онкогены, но размеры кодируемых ими РНК в целом соответствуют или несколько превышают размеры РНК, специфичных для вирусных онкогенов. При сравнении нуклеотидных последовательностей вирусных и клеточных онкогенов также не обнаружено существенной разницы между ними, за исключением незначительных различий в концевых структурах. Продукты онкогенов в нормальных клетках (онкобелки) имеют несколько большие размеры, чем продукты вирусных онкогенов, но обладают тем же видом ферментативной активности, что и продукты вирусных онкогенов. Онкогены нормальных клеток являются слабо экспрессируемыми генами, и в большинстве нормальных клеток содержание продукта онкогена в 100—1000 раз меньше, чем в клетках, трансформированных вирусом. Нек-рые из них могут селективно экспрессироваться на разных стадиях эмбриогенеза или дифференцировки клеток. Основное отличие вирусных онкогенов от клеточных заключается в том, что последние не обладают способностью трансформировать клетки в культуре ткани, но вместе с тем нек-рые из клеточных онкогенов, выделенные из спонтанных опухолей или из опухолей, индуцированных химическими канцерогенами, вызывали злокачественную трансформацию клеток в культуре ткани.

Т. о., аналоги всех вирусных онкогенов имеются как в нормальных, так и в опухолевых клетках. Во многих опухолевых клетках описаны характерные изменения в структуре клеточных онкогенов, к-рые, по-видимому, непосредственно связаны со злокачественной трансформацией. Доказано существование нескольких типов таких изменений. Первое из них — появление мутаций в онкогене, выявленное в клеточных линиях, полученных из клеток рака мочевого пузыря человека. В этих линиях выявляется повышенная экспрессия клеточного онкогена ras (гомолога гена вируса саркомы мышей Харви), обусловленная точечной мутацией в этом гене, при этом аминокислота глицин в положении 12 заменяется на валин. Это изменение является одним из основных в последующей цепи превращений нормальной клетки в опухолевую. Другой тип изменений онкогена в опухолевых клетках — увеличение его транскрипционной активности, напр, в лимфомах бурсы цыплят, где происходит резкое усиление синтеза клеточного онкогена туе (гомолога гена вируса миелоцитомато-за птиц). Эти опухоли возникают у цыплят при заражении вирусом лимфатического лейкоза птиц, в к-ром отсутствует онкоген, но имеются структурные гены вируса (см. выше), а также функциональные последовательности (обозначаемые LTR), включающие сигналы контроля синтеза РНК (промоторы). В лимфомах бурсы цыплят активация синтеза myc-гена происходит за счет присоединения LTR из вируса лимфоидного лейкоза к онкогену туе.

Другой вид активации клеточного онкогена, обнаруженный в лимфомах кур и человека, заключается в последовательном «включении» нескольких клеточных онкогенов, начальным- этапом к-рого является транслокация фрагментов хромосом.

Доказано наличие в опухолевых клетках еще двух типов изменений онкогенов. В нек-рых линиях, полученных из лейкозных клеток человека (в частности, К 562), имеют место внутренние перестройки в онкогене abi (гомолог гена вируса лейкоза Абельсона), что и приводит к увеличению синтеза измененного продукта этого гена. В линии клеток HL 60, полученной из лейкозных промиелоцитов человека, наблюдается более чем 10-кратная амплификация (увеличение числа копий) гена туе с одновременным возрастанием его транскрипционной активности.

Следовательно, клетки в норме содержат гомологи вирусных онкогенов, к-рые в различных опухолях могут дифференцированно экспрессироваться с помощью различных механизмов, выполняя т. о. одну из ключевых ролей в начальных этапах превращения нормальной клетки в опухолевую.

Доказательства присутствия трансформирующих генов в опухолях животных и человека были получены в опытах по трансфекции, основанных на внесении ДНК опухолей в чувствительные клетки мышей, в результате к-рой происходила их злокачественная трансформация. Положительные результаты получены для ДНК, выделенной из опухолевой ткани при раке легкого, кишечника, мочевого пузыря, печени, молочной железы, лимфомах, нек-рых видах лейкозов, нейробластомах и ряде сарком. С помощью методов молекулярной гибридизации показано, что в большинстве случаев активный трансформирующий ген опухолей человека представлен одним из онкогенов семейства ras. В ряде других опухолей трансформирующие гены еще не идентифицированы, но они отличаются от всех известных вирусных онкогенов.

Если биологически активный ген ras выделить из состава ДНК и внести в клетку без остальной части клеточной ДНК, то его способность к осуществлению трансформации клетки резко падает. Ее можно восстановить при внесении вместе с геном ras в чувствительные клетки генов-иммортализаторов типа онкогена туе или ранних генов аденовирусов и паповавирусов (см. выше). Это свидетельствует о том, что иммортализация клеток является необходимой предпосылкой их малигнизации. Таким образом, первичные этапы, связанные с превращением клеток в опухолевые, обусловлены последовательной активацией нескольких клеточных генов, среди к-рых главная роль принадлежит аналогам вирусных онкогенов, что согласуется с положением о много-этапности и многофакторности процесса развития злокачественной опухоли.

Следовательно, изучение онкогенов внесло в онкологию принципиально новую и важную информацию для понимания природы злокачественных опухолей: наличие в составе клеток специальных генов (гомологичных трансформирующим генам РНК-содержащих онко генных вирусов), к-рые в определенных условиях способны перестраивать свою программу таким образом, что размножение клеток выходит из-под контроля и приводит к развитию опухоли.

Иначе складывается ситуация с РНК-содержащими вирусами, к-рые не имеют онкогена, но вызывают различные формы лейкозов у экспериментальных животных. Получены данные, свидетельствующие о том, что вирусы подобного тина способны вызывать лейкозы и у человека. От больных с Т-клеточным лейкозом выделен ретровирус, к-рый по биохимическим и морфологическим признакам сходен с классическими вирусами, вызывающими лейкозы у животных. Вирус оказался способным трансформировать лимфоциты нормальных доноров, но наибольший эффект наблюдался в том случае, если использовали лимфоциты родственников больных. Вирус обладал высокой тропностью и был способен размножаться только в Т-лимфоцитах человека. Он получил обозначение HTLV (human Т-cell leucemia virus) и был выделен одновременно в лабораториях Галло (R. С. Gallo) в США и Хинумы (Y. Hinuma) в Японии. У больных с синдромом приобретенного иммунного дефицита (СПИД) из крови выделен HTLV-подобный вирус, а в Т-лимфоцитах обнаружен интегрированный вирусный геном. Следовательно, два родственных (сходных) вируса, взаимодействуя с Т-лимфоцитами человека, способны вызывать два разных заболевания — лейкоз и СПИД.

До сих пор остается неясным механизм действия вируса опухолей молочных желез мышей. Основная особенность этого вируса по сравнению с другими РНК-содержащими онкогенными вирусами заключается в том, что в составе функциональных последовательностей (LTR) этого вируса имеются участки, позволяющие вирусу синтезировать в клетках дополнительный белок, функция к-рого пока не установлена. Кроме того, в составе функциональных последовательностей вируса обнаружены участки, контролирующие чувствительность к гликокортикоид-ным гормонам.

Последняя группа РНК-содержащих онкогенных вирусов — так наз. вирусы D-типа, выделенные из опухолевых клеток человека и обезьян и являющиеся лишь «пассажирами» в них, несмотря на большое сходство с онкогенными ретровирусами. Наиболее интересен тот факт, что нек-рые представители вирусов этой группы могут вызывать у обезьян заболевание, сходное по клинической картине со СПИД.

Следовательно, вне зависимости от того, каков окончательный итог взаимодействия ретровирусов с клеткой, оно осуществляется при участии двух геномов — вирусного и клеточного. В тех случаях, когда вирус имеет онкоген, происходит интеграция вирусного генома с клеточным, и вирусный онкоген перестраивает программу клетки путем синтеза собственных продуктов, направляющих клетку на неконтролируемый рост. В других случаях часть вирусного генома может активировать другие клеточные гены (прежде всего онкогены клетки), к-рые приводят либо к неконтролируемому делению (развитие опухоли), либо к изменению в дифференцировке клеток (различные виды лейкозов). Активация клеточных онкогенов, по-видимому, возможна и в результате воздействия других факторов (химические канцерогены, различные гормоны и факторы окружающей среды).

Успехи в понимании природы опухолевого роста и роли в этом процессе РНК-содержащих онкогенных вирусов в основном связаны с изучением молекулярных процессов, происходящих в трансформированных клетках. В отношении ДНК-содержащих онкогенных вирусов и особенно их роли в этиологии опухолей человека конкретная информация отсутствует. Одна важная особенность объединяет между собой онкогенные вирусы группы герпеса, аденовирусы и паповавирусы: в составе генома этих вирусов, молекулярная масса к-рых варьирует от 100 X 106 до 3 X 106, имеются специальные гены, осуществляющие иммортализацию клеток (см. выше), т. е. заражение клеток этими вирусами может приводить к их конверсии и предтрансформирован-ному состоянию, а затем действие ряда других факторов может вывести зараженные клетки из-под контроля деления и дифференцировки. Кроме того, в составе ДНК-содержащих вирусов выявлены последовательности, к-рые могут усиливать транскрипцию других клеточных генов после интеграции вирусной ДНК в клеточный геном.

Большой интерес представляют собой вирусы группы папиллом. До недавнего времени полагали, что эти вирусы вызывают доброкачественные опухоли типа папиллом, причем в зараженных клетках выявляли геном этих вирусов в неинтегрированной форме. Выделено два новых папилломатозных вируса, связанных со злокачественными опухолями половых органов. В этих опухолях (в отличие от доброкачественных) вирусный геном интегрирован с клеточной ДНК. Характерно, что интегрированная ДНК обнаруживалась только в опухолях половых органов, но никогда не выявлялась в опухолях другой локализации.

Таким образом, основным достижением в изучении механизма онкогенеза является обнаружение онкогенов, играющих ключевую роль в процессах превращения нормальных клеток в опухолевые.

См. также Онкология экспериментальная.

Таблица. Онкогенные вирусы позвоночных и вызываемые ими заболевания (или обнаружение вируса)

Библиография: Абелев Г. И. и др. Опухолевый рост как проблема биологии развития, М., 1979; Агеенко А. И. Механизм вирусного Онкогенеза, М., 1978; Атлас вирусной цитопатологии, под ред. Б.М. Жданова, М., 1975; Быковский А. Ф. и Клицунова Н.Б. Строение необычных («минимальных») форм онкорнавирусов типа А и С, Докл. АН СССР, т. 224, № 1, с. 226, 1975; Жданов В. М., Быковский А. Ф. и Ильин К. В. Онкогенные вирусы типа D, М., 1979; 3ильбер Л. А. и др. Эволюция вирусогенетической теории возникновения опухолей, М., 1975; Лапин Б. А. и др. Гемобластозы приматов и роль вирусов в их возникновении, М., 1979; Альтштейн А. Д. Онкогены опухолеродных вирусов, Журн. Все-союз. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева, т. 18, № 6, с. 630, 1973; Георгиев Г. П. О механизме онкогенеза: промоторная гипотеза, Молек. биол., № 15, с. 261, 1981; Зильбер Л. А., Ирлин И. С. и Киселев Ф.Л. Эволюция вирусогенетической теории возникновения опухолей, М., 1975; Киселев Ф. Л. Новый ретровирус HTLV, ассоциированный с Т-клеточным лейкозом/лимфомой человека, Эксперим. онкол., т. 6, № 3, с. 3, 1984; Киселев Ф. Л. и др. Молекулярные механизмы вирусного и невирусного канцерогенеза, М., 1983; Лапин Б. А. и др. Гемобластозы приматов и роль вирусов в их возникновении, М., 1979; Онкогенные вирусы, Атлас, под ред. А. Ф. Быковского, М., 1983; Bishop J. М. Retroviruses and cancer genes, Advanc. Cancer Res., v. 37, p. 1, 1982, bibliogr.; Cooper G. M. Cellular transforming genes, Science, v. 217, p. 801, 1982; Vogt P. K. The emerging genetics of RNA tumor viruses, J. nat. Cancer Inst., v. 48, p. 3, 1972.

И. Г. Баландин, А. Ф. Быковский, Ф. Л. Киселев.