Infos zur Virologie und Zellbiologie: Internet · Eigenschaften des RbProteins 1....
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Transformation/Polyomavirus
Ruth Brack-Werner; SS2011Molekulare Virologie
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi
Infos zur Virologie und Zellbiologie: Internet
Transformation/Polyomavirus
Ruth Brack-Werner; SS2011Molekulare Virologie
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VORLESUNGSPLAN
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RBW: Ruth Brack-Werner: [email protected]: Armin Baiker: [email protected]: Hans Nitschko: [email protected]: Bettina Kempkes [email protected]
Logindaten für die Skriptenhttp://www.helmholtz-muenchen.de/en/viro/seminars-and-teaching/index.html
LogIn daten:
Ben.: student-viro1PW: viro-rbw
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Beteiligung von Viren an Krebserkrankungen
(1) Alleinige Auslöser:
Infektion ist ausreichend für die Tumorentstehung
Beispiel: Rous Sarcoma Virus
(2) als Cofaktoren (häufiger):
Infektion von der Zelle ist Voraussetzung für die
Tumorentstehung aber nicht ausreichend.
Beispiele: HBV, SV40, HPV, HIV
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Beispiele für Tumor-auslösende RNA Viren
Retroviridae RSV, MSV, MuLV; SSV/SSAV; HTLV
Verschiedene Tumore, Leukämien und Sarkome
Flaviviridae Hepatitis C Virus
Leber-karzinome
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Beispiele für Onkogene DNA-Viren
Adenoviridae Adenovirus Verschiedene solide Tumore
Hepadnaviridae Hepatitis B Virus
Leber-Karzinome
Herpesviridae Epstein Barr Virus
B-Zell Lymphome
Papillomaviridae HPV 16, -18 Cervix Karzinom
Polyomaviridae SV40 Verschiedene solide Tumore
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Krebserkrankungen beim Menschen mit virale Beteiligung
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Beispiel für die virus-assoziierte Onkogenese (Viren als Co-Faktoren)
HIV-assoziierte Tumorerkrankungen•Kaposi Sarkom:
maligne Erkrankung des Gefäss-Systems;Mischung von Endothelzellen und inflammator. Zellen;
•AIDS-related lymphomas (ARL);Non-Hodgkin’s Lymphome; in erster Linie B-Zell-Ursprung; oft EBV oder HHV-8 positiv
Burkitt’s Lymphom;Diffuses gross-zelliges B-Zelllymphom (DLBCL); Primäres ZNS-Lymphom (PCNS)
•Cervixkarzinom; Gebärmutterhalskrebs; Epithelzellen
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Beispiel für die virus-assoziierte Onkogenese
Kaposi Sarkom (assoziiert mit HIV)
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Burkitt‘s Lymphoma
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Burkitt‘s Lymphoma
From: Endemic Burkitt's lymphoma: a polymicrobial disease?Rosemary Rochford, Martin J. Cannon & Ann M. MoormannNature Reviews Microbiology 3, 182-187 (February 2005)
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Einige gemeinsame Eigenschaften der onkogenen Zell-Transformation durch Viren
1. Infektion führt nicht zum Zelltod;
2. Einmalige Infektion der Zelle ausreichend für ihre
Transformation (“single-hit” Mechanismus);
3. Persistente Infektion;
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Zelltransformation durch Retroviren
Transduzierende Viren;
Übertragen ein Onkogen;
Nicht-transduzierende Viren;
Enthalten selber kein Onkogen;
Transformation ist auf die Beeinflussung der
Expression von zellulären Tumor-assoziierten
Genen zurückzuführen.
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Zelltransformation durch Retroviren: Retroviren mit Onkogenen
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Fig. 7.7.
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Zelltransformation durch Retroviren: Funktionen von transduzierten Onkogenen
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Table 7.6.
Growth factor
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Zelltransformation durch Retroviren: Aktivierung der Onkogen-Expression
durch integrierte Retroviren
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Fig. 7.14.
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Transformierte Zellen
Mögliche Eigenschaften1. Immortalisation;
2. Morphologische Veränderungen;
3. Verminderte Abhängigkeit von Wachstumsfaktoren;
4. Können bei Nährstoffmangel nicht in die Ruhephase
eingehen;
5. Können “ Foci” (= Zellhaufen) bilden;
6. Wachstum ohne Anheftung möglich;
7. Tumorinduktion in Versuchtstieren;
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Virus-transformierte Zellen
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.2.
Beispiel: Rous sarcoma virus infizierte und transformierte Hühnerzellen
Focus A Übereinander wachsende Zellen in Focus A
Focus C Normale und transformierte Zellen in Focus C
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Tumor-Induktion durch DNA Viren
Persistente Virus-Infektion;• Persistenz des viralen Genoms durch Integration in das
Wirtszellgenom (z.B. Polyomavirus) oder
extrachromosomal als Episom (z.B. EBV);
• Expression von viralen Genprodukten;
• Transformation ist ein seltenes Ereignis.
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Mechanismen der onkogenen Zelltransformation
I. Dauerhafte Aktivierung von zellulären Signal-
Transduktionswegen;
II. Eingriff in die Zellzyklus-Kontrolle;
III. Verhinderung der Apoptose.
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I. Transformation durch Aktivierung von zellulären Signal-Transduktions Wegen
Aktivierung von Tyrosin-Kinasen: Beispiel c-Src
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.9A.
X v-src
P
Kinase Aktivität
Myristyl-Kette
Interktionen mit Protein-Partnern SH3: Partner mit Prolin-reichen SequenzenSH2: Partner mit Phosphotyrosine-haltigen Sequenzen
Membranverankerung
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I. Transformation durch Aktivierung von zellulären Signal-Transduktions Wegen
Inaktive Konformation: Zusammengehalten durch Interaktion von dem phospyhorylierten Tyrosine 527 mit der SH2 Domäne von c-Src.
Aktivierung:Bindung von Liganden an SH2 bzw. SH3 Domänen; Autophosphorylierung von Y416; Dephosphorylierung von Y527D
De-Aktiverung durch Phosphorylierung von Y527
Martin GS. The hunting of the src. 2001. Nature Reviews Molecular Biology 2, 467-475
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I. Transformation durch Aktivierung von zellulären Signal-Transduktions Wegen
Mechanismen zur dauerhafte Aktivierung c-Src:• Beispiel RSV: Transduktion eines Genes das für ein
dauerhaft aktiviertes Src-Analog kodiert (v-Src).
Martin GS. The hunting of the src. 2001. Nature Reviews Molecular Biology 2, 467-475
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I. Transformation durch Aktivierung von zellulären Signal-Transduktions Wegen
Dauerhafte Aktivierung von c-Src durch Polymavirus middleT-Antigen:Rekrutiereung von Pp2 A an c-Src;=> Dauerhafte Aktivierung; Phosphorlyierung von mT durch c-src; Bindung von zellulären Protein an mT, die Signal-Transduktionskaskaden auslösen.
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 7.16.
Protein Phosphatase 2a
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I. Transformation durch Aktivierung von zellulären Signal-Transduktions Wegen
Simulation von aktivierten Rezeptoren für
extrazelluläre Signale
Beispiel: LMP-1 (Latent Membrane Protein 1) von EBV
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LMP-1 induziert verschiedeneSignal-Transduktion Wege
LMP-1 (Oligomerisiert)
CTAR:- C-terminal activating region of LMP-1
Traf: Tumor necrosis factor receptor associated protein
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.13.
JAK: Janus kinase
JNK: Jun N-terminal kinase
STAT: signal transducer and activation of transcription
IkB: Inhibitor of kappa B
NFkB: Nuclear factor kappa B
AP-1: Activator protein
Tradd: Traf adaptor
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I. Transformation durch Aktivierung von zellulären Signal-Transduktions Wegen
Chung JY et al., 2002. J Cell Sci 115, 679-688
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(II) Eingriff in die Zellzykluskontrolle
Der Zellzyklus
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 7.4.
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Zellzykluskontrolle: Zyklin/Kinase Komplexe
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 7.5.
Zyklin = regulatorische Untereinheit
Zyklinabhängigen kinase = katalytische Untereinheit
Mitogene: Wirksam in der G1 Phase bzw. in Go, wo sie den Eintritt in den Zellzyklus bewirken;
Cyclin A + cdk2
Cyclin B + cdk2
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(II) Inaktivierung von Tumor-Suppressor-Proteinen; Rb Protein
Eigenschaften des RbProteins1. Tumor-Suppressor-Protein
2. Im hypo-phosphorylierten Zustand bindet Rb den
Transkriptionsfaktor E2F und hemmt die Transkription von
E2F-abhängigen Genen;
3. Die Phosphorylierung von Rb durch Zyklin D/Kinasen führt zur
Freisetzung von E2F;
4. E2F aktiviert die Expression von verschiedenen Genen:
1. Zykline/Kinasen zur weiteren Phosphorylierung von Rb;
2. Gene für die DNA Synthese und Mitose;
3. E2F Gen
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(II) Freisetzung von an Rb Protein gebundenes E2F durch virale Proteine
Abbau von Rb-E2F Komplexen durch SV40 T-antigen
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Fig. 7.19B.
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(II) Funktionelle Domänen des Rb Proteins
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.16B.
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(II) Weitere virale Mechanismen zur Inaktivierung von Rb
Förderung der Phosphorylierung von Rb durch Erhöhung des
Pools an Zyklin/Kinasen
1. HHV-8 v-Cyclin:
• Virus-kodiertes Zyklin; Homolog von Zyklin D2;
• Bindet nur sehr schwach an Zyklin-Inhibitoren.
2. HPV E7:
• Bindet und inaktiviert den G1 Zyklin-Inhibitor p21Cip1
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(III) Hemmung der Apoptose: Inaktivierung von p53
1. Entdeckung auf Grund seiner Bindung an SV40 LT-Antigen;
2. Sensor für Genom-Schäden/Veränderungen;
3. Am häufigsten mutiertes Gen in menschlichen Tumoren;
4. Protein ist in normalen Zellen sehr kurzlebig (Bindung von Mdm-2
katalysiert die Ubiquitinylierung und fördert damit den Abbau von p53
durch Proteasomen);
5. Wird stabilisiert durch Bindung von anderen Proteinen (z.B. Atm) bei
Doppelstrang-Brüchen bzw. bei der DNA-Reparatur
6. Transkriptionsfaktor; wirkt als Tetramer; Aktiviert die Expression von
Genen die den Zellzyklus anhalten (z.B. den Zyklin-Inhibitor p21Cip1)
oder die Apoptose induzieren;
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(III) p53 Struktur
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 18.19.
DNA
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(III) Mechanismen zur Inaktivierung von p53 durchs virale Proteine
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 7.25.
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(III) Mechanismen zur Inaktivierung von p53 durch virale Proteine
1. Beschleunigung des Abbaus von p53
(HPV E6, Adenovirus E1B + E4);
2. Sequestrierung in inaktive Komplexe (SV40 LT);
3. Veränderung der Funktion von p53 durch Interaktion mit viralem
Protein (z.B. Bindung führt dazu, dass p53 die Transkription
unterdrück, anstatt sie zu aktivieren).
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Ruth Brack-Werner; SS2011Molekulare Virologie
Diversität der Mechanismen der Transformation durch Viren
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Table 7.8.
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Diversität der Mechanismen der Transformation durch Viren
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Fig. 7.14. Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Table 7.8
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Ruth Brack-Werner; SS2011Molekulare Virologie
Zusammenfassung: Tumorigene Viren
•Viren mit tumorigenem Potential: RNA Viren: z.B. RetrovirenDNA Viren:z.B. Papillomaviren
•Voraussetzung: persistente (= dauerhafte) Infektion•Onkogene in Viren:
Retroviren: können modifizierte zelluläre Onkogene übertragen; DNA Viren: Kodierungssequenzen für virale Proteine zur Optimierung der
Virusreplikation;•Mechanismen der Zelltransformation durch DNA Viren:
Dauerhafte Aktivierung von Signaltransduktionswegen;Eingriff in die Zellzykluskontrolle (RB-Protein)Verhinderung der Apoptose (p53)
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LMP1 simuliert den TNF-Receptor 1
TNFα
TNF-receptor 1
TRADD
RIP
TRAF2
LMP1
TRADD
RIP
TRAFs
Anti-apoptotic pathwaysSurvivalTransformation
Apoptosis, necrosisSurvival
Arnd Kieser, AG Signal Transduction, Dept. Gene Vectors, HelmholtzZentrum
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(II) Regulation von E2F durch Rb
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 7.18B
Transformation/Polyomavirus
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(III) Regulation der Stabilität und Aktivität von p53
Principles of Virology, 2009. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM; 3rd Ed., Vol2, ASM Press. Fig. 7.19B.
DNA