HPV og molekylærbiologi Molekylære mekanismer bak HPV-indusert kreftutvikling

Transkript

1 HPV og molekylærbiologi Molekylære mekanismer bak HPV-indusert kreftutvikling Irene Kraus Christiansen Nasjonalt referanselaboratorium for HPV

2 Molekylære mekanismer ved kreftutvikling Forståelse av samspillet mellom faktorer

3 Outline Hva er kreft litt grunnleggende molekylærbiologi HPV genomet, livssyklus og kreftutvikling Molekylære mekanismer bak HPV-indusert kreft

4 Hva er kreft?

5 Cellesyklus: Deling av en celle til to datterceller (mitose) Cellesyklus kan deles inn i fire faser - G1 fase (12 t) - Vekst - S fase (6 t) - Syntese (kopiering av DNA) - G2 fase (6 t) - Vekst - M fase (30 min) - Mitose (selve celledelingen) Nøyaktig rekkefølge av hendelser Flere kontrollpunker

6 Celledeling ute av kontroll: Kreftutvikling Forandringer i et relativt lite antall gener synes å være ansvarlig for mange av prosessene vi finner i kreft. Feil i gener som direkte regulerer cellesyklus unormal vekststimulering ukontrollert modning av cellene Onkogener: har en vekstfremmende virkning. Tumor suppressor gener: har en veksthemmende virkning. Når disse genene uttrykkes normalt, reguleres cellens utvikling slik den skal. Men - når disse genene uttrykkes unormalt, kan det føre til en utvikling av kreft. Summen av flere mutasjoner vil til slutt kunne føre til kreft

7 Onkogener Vekstfremmende = Fremmer kreftutvikling Den normale varianten av disse genene kalles et proto-onkogen, altså et gen som kan bli til et kreftfremkallende gen. Flere enn 100 proto-onkogener er identifisert. - Vekstfaktorer (PDGF,..) - Vekstfaktor-reseptorer (EGF receptor/erbb,..) - Proteiner involvert i signaloverføring (Ras, Abl,..) - Regulatorer av programmert celledød (apoptose) (Bcl-2,..) - Transkriptionsfaktorer (faktorer som til enhver tid bestemmer hvilke gener som skal uttrykkes slik at vi får dannet proteinet som genet koder for) (Myc, Fos, Jun,..)

8 Tumor suppressor gener Veksthemmende = Hindrer kreftutvikling Kreft: Tumor suppressorer har mistet sin funksjon ukontrollert cellevekst p53 - hyppigst mutert i humane cancere Rb - borte eller mutert/deaktivert i minst en tredel av alle humane cancere - Veksthemmere (negative regulatorer av celledeling) (p16) - Proteiner involvert i DNA repair - Cell suicide genes (programmed cell death, apoptosis)

9 Outline Hva er kreft litt grunnleggende molekylærbiologi HPV genomet, livssyklus og kreftutvikling Molekylære mekanismer bak HPV-indusert kreft

10 HPV-genomet Oncogenes Capsid proteins LCR = Long control region E = Early genes L = Late genes Replication and transcriptional regulation Doorbar, 2006; Clin Sci (Lond) 110,

11 HPV livssyklus Kopiering av DNA, produksjon av virus proteiner samt produksjon av nye viruspartikler, er nøyaktig regulert og knyttet opp imot hvor i epitel-laget cellen befinner seg. Dvs. hvilke virus proteiner som uttrykkes bestemmes av hvor i utviklingen cellen er mot å være en ferdig utviklet epitelcelle. Early (E)/Late (L) genes Doorbar J.Clin.Virol. 32 Suppl 1:S7-15., S

12 Development of cervical squamous cell carcinoma from its precursor lesions Differentiation CIN = Cervical intraepithelial neoplasia SCC = Squamous cell carcinoma Modified from Baldwin et al., Nat Rev Cancer 3,

13 Utvikling av forstadier til livmorhalskreft etter en høy-risiko HPV-infeksjon Doorbar et al. Vaccine 2012 Nov 20;30 Suppl 5:F55-70

14 Outline Hva er kreft litt grunnleggende molekylærbiologi HPV genomet, livssyklus og kreftutvikling Molekylære mekanismer bak HPV-indusert kreft

15 Molekylære mekanismer bak HPV-indusert kreft HPV onkogenene E6 og E7 Integrasjon av HPV DNA inn i vårt arvemateriale Epigenetiske mekanismer

16 Molekylære mekanismer bak HPV-indusert kreft HPV onkogenene E6 og E7 Integrasjon av HPV DNA inn i vårt arvemateriale Epigenetiske mekanismer

17 E6 og E7 Interaction of E6 and E7 with cell cycle regulating proteins of the host cell deregulation of the cell cycle and instability of the host genome E6: Binds to the p53 protein p53 degradation E7: Binds and inactivates the Rb protein

18 TGF p15 E7 p21 p53 E6 p16 TGF G1 E7 Rb E2F Cdk4 E2F Cyclin D Cdk2 Cyclin E E7 Rb P Cdk2 p27 E7 Cdc25 Cyclin A E7 M Cdc2 P CyclinA CyclinB Cyclin B S Cdc2 Cdc25 Cyclin B P Cdc2 Cyclin H Cdk7 p53 E6 G2 Wee 1 Southern and Herrington, Int J Gyn Cancer, 2000

19 p16 (INK4A) Doorbar et al. Vaccine 2012 Nov 20;30 Suppl 5:F55-70

20 Affect chromosome segregation Aneuploidy High-risk HPV E6 and E7 Affect angiogenesis Inhibit the immune response Interfere with anti-viral mechanisms Telomere stabilization Interfere with the cell cycle prb p53 Inhibit DNA repair Increased mutation frequency Increased potential for cell division Increased cell division Decreased apoptosis (cell death)

21 Molekylære mekanismer bak HPV-indusert kreft HPV onkogenene E6 og E7 Integrasjon av HPV DNA inn i vårt arvemateriale Epigenetiske mekanismer

22 8q MYC 13q KLF5 2q LRP1B Kraus et al., Cancer Research 2008;68(7):

23 Integrasjon av HPV DNA inn i vårt arvemateriale Brudd i E2 genet og ofte delesjoner av sideliggende områder. E6 og E7 genene beholdes alltid.

24 Integrasjon av HPV DNA inn i vårt arvemateriale Due to the disruption of the E2 region, viral transcriptional control by E2 will be lost, and as a consequence the expression of E6 and E7 will increase, resulting in cellular proliferation. E2 Increased expression of E6 and E7 oncoproteins

25 Molekylære mekanismer bak HPV-indusert kreft HPV onkogenene E6 og E7 Integrasjon av HPV DNA inn i vårt arvemateriale Epigenetiske mekanismer

26 Epigenetiske mekanismer Endringer i reguleringen av genuttykk (ingen endringer i selve DNA-sekvensen) Har en sentral rolle i kreftutvikling DNA methylation silencing of genes Abberant methylation in the promoter regions of tumor suppressor genes carcinogenesis Histone acetylation activation of genes Histone acetyl transferase (HAT) Activation of genes Histone deacetylace (HDAC) Repression of gene transcription

27 Take-home message Molekylærbiologisk kunnskap viktig for: - Formålstjenlig diagnostikk - Behandling av sykdom; terapeutiske vaksiner Viktig med studier som blant annet karakteriserer de faktiske egenskapene til E6 og E7 hos de ulike HPV typene (evne til å indusere kreft), som igjen vil gi grunnlag for en mer presis definisjon av høy-risiko og lav-risiko typer. Studier av HPV-indusert kreft kan være med på å avdekke mekanismer som gjelder for kreftutvikling generelt.

28 TAKK