Вирусная трансформация - Viral transformation

Вирусная трансформация изменение роста, фенотип, или неограниченное воспроизведение клетки вызвано внесением наследственного материала. Благодаря этому процессу вирус вызывает вредные преобразования in vivo ячейка или культура клеток. Термин также можно понимать как ДНК. трансфекция с помощью вирусный вектор.

Рисунок 1: Вирионы гепатита B

Вирусная трансформация может происходить как естественным путем, так и с медицинской точки зрения. Естественные трансформации могут включать вирусные раки, такие как вирус папилломы человека (ВПЧ) и Вирус Т-клеточного лейкоза I типа. Гепатит Б и C также являются результатом естественной вирусной трансформации клеток-хозяев. Вирусная трансформация также может быть индуцирована для использования в медицинских целях.

Клетки, которые были вирусно трансформированы, можно отличить от нетрансформированных клеток посредством различных наблюдений за ростом, на поверхности и внутри клетки. На рост трансформированных клеток может влиять потеря ограничения роста, вызванная контактом клеток, менее ориентированным ростом и высоким плотность насыщения. Трансформированные клетки могут потерять узкие стыки, увеличивают скорость переноса питательных веществ и увеличивают протеаза секреция. Трансформация также может повлиять на цитоскелет и изменение количества сигнальные молекулы.

Тип

Смотрите также: Злокачественная трансформация

Существует три типа вирусных инфекций, которые можно рассматривать в рамках темы вирусной трансформации. Это цитоцидные, стойкие и трансформирующие инфекции. Цитоцидные инфекции могут вызывать слияние соседних клеток, нарушение транспортных путей, включая ионы и другие клеточные сигналы, нарушение ДНК, РНК и белок синтез, и почти всегда приводит к гибели клеток. Стойкие инфекции связаны с вирусным материалом, который находится в спящем состоянии внутри клетки до тех пор, пока не будет активирован каким-либо стимулом. Этот тип инфекции обычно вызывает несколько явных изменений внутри клетки, но может привести к длительным хроническим заболеваниям. Трансформирующие инфекции также называют злокачественная трансформация. Эта инфекция вызывает клетка-хозяин становиться злокачественный и может быть как цитоцидным (обычно в случае РНК-вирусов), так и персистентным (обычно в случае ДНК-вирусов). Клетки с трансформирующими инфекциями подвергаются увековечение и наследуют генетический материал для образования опухолей. Поскольку термин «цитоцидный» или «цитолитический» относится к гибели клеток, эти три инфекции не исключают друг друга. Многие трансформирующие инфекции ДНК опухолевых вирусов также являются цитоцидными.^[1]

Таблица 1: Клеточные эффекты вирусных инфекций^[1]

		Генетический	Судьба клетки	Морфологический	Биохимический	Физиологический
Цитоцидный	Продуктивный ----------------- Неудачный	Деградация ДНК ----------------- Возможная мутация	Смерть ----------------- Обычно смерть	Округление ячейки Слияние с соседними ячейками Внешний вид тел включения	Подавляют синтез ДНК, РНК и белка Вмешиваются в субклеточные взаимодействия	Недостаточное движение ионов Формирование вторичных мессенджеров Активация клеточных каскадов
Стойкий	Скрытый ----------------- Хронический ----------------- Медленный	Возможная мутация ----------------- Возможная мутация ----------------- Возможная мутация	Выживание ----------------- Переменная ----------------- Переменная	Слияние с соседними ячейками Внешний вид тел включения Почкование	Иммунные реакции ограничивают распространение вируса Комплексы антиген-антитело могут включать вирусный антигены вызывая воспаление	Редко до стимуляции
Преобразование	ДНК-вирусы ----------------- РНК-вирусы	Мутация ----------------- Мутация	Выживание ----------------- Выживание	Неограниченная репликация клеток	Инактивирует белки-супрессоры опухолей Ухудшает клеточный цикл регулирование	Неограниченная репликация клеток

Цитоцидные инфекции

Цитоцидные инфекции часто связаны с изменениями морфологии, физиологии клеток и, таким образом, важны для полной репликации и трансформации вируса. Цитопатические эффекты, часто включают изменение морфологии клетки, такое как слияние с соседними клетками с образованием поликариоцитов, а также синтез ядерных и цитоплазматических органы включения. Физиологические изменения включают недостаточное движение ионов, образование вторичных мессенджеров и активацию клеточных каскадов для продолжения клеточной активности. Биохимическимногие вирусы подавляют синтез ДНК, РНК, белков хозяина напрямую или даже препятствуют взаимодействиям белок-белок, ДНК-белок, РНК-белок на субклеточном уровне. Генотоксичность включает разрыв, фрагментацию или перестройку хромосом хозяина. Наконец, биологические эффекты включать способность вирусов влиять на активность антигены и иммунологлобулины в клетке-хозяине.^[1]

Существует два типа цитоцидных инфекций: продуктивные и абортивные. При продуктивных инфекциях образуются дополнительные инфекционные вирусы. Абортивные инфекции не вызывают инфекционных вирусов. Одним из примеров продуктивной цитоцидной инфекции является вирус герпеса.^[2]

Стойкие инфекции

Существует три типа стойких инфекций: латентные, хронические и медленные, при которых вирус остается внутри клетки-хозяина в течение длительных периодов времени. В течение скрытые инфекции экспрессия инфицированного вирусного генома минимальна или отсутствует. Геном остается в клетке-хозяине до тех пор, пока вирус не будет готов к репликации. Хронические инфекции обладают такими же клеточными эффектами, что и острые цитоцидные инфекции, но ограниченное количество потомков и вирусов участвует в трансформации. Наконец, медленные инфекции имеют более длительный инкубационный период, в который не могут быть вовлечены физиологические, морфологические или субклеточные изменения.^[1]

Трансформирующие инфекции

Трансформационные инфекции ограничиваются абортивными или рестриктивными инфекциями.^[1] Это самая широкая категория инфекций, поскольку она может включать как цитоцидные, так и хронические инфекции. Под вирусной трансформацией чаще всего понимают трансформирующую инфекцию, поэтому оставшаяся часть статьи посвящена детализации трансформирующих инфекций.

Обработать

Рисунок 2: Фаг, вводящий свой геном в бактериальную клетку

Для того чтобы клетка трансформировалась вирус, вирусный ДНК должен быть внесен в клетка-хозяин. Самым простым соображением является вирусная трансформация бактериальной клетки. Этот процесс называется лизогения. Как показано на рисунке 2, бактериофаг приземляется на ячейку и прикрепляется к ней. Затем фаг может проникнуть в клеточная мембрана и ввести вирусную ДНК в клетку-хозяин. Затем вирусная ДНК может либо бездействовать до тех пор, пока не будет стимулирована источником, таким как ультрафиолетовый свет, либо может быть немедленно поглощена хозяином. геном. В любом случае вирусная ДНК будет реплицироваться вместе с исходной ДНК хозяина во время клеточного репликация в результате чего две клетки теперь заражены вирусом. Процесс будет продолжать размножать все больше и больше инфицированных клеток.^[3] Этот процесс отличается от литический цикл где вирус использует механизм репликации клетки-хозяина только для репликации перед разрушением клетки-хозяина.^[4]

Рисунок 3: Примеры эндоцитоза

Этот процесс аналогичен в клетках животных. В большинстве случаев, вместо того, чтобы вводить вирусную ДНК в клетку животного, часть мембраны заключает в себе вирус, а затем клетка поглощает и вирус, и покрывающую часть мембраны в клетку. Этот процесс, называемый эндоцитоз, показан на рисунке 3.^[5]

Трансформация клетки-хозяина

Вирусная трансформация нарушает нормальную экспрессию генов клетки-хозяина в пользу экспрессии ограниченного числа вирусных генов. Вирус также может нарушить связь между клетками и вызвать ускоренное деление клеток.^[6]

Физиологический

Вирусная трансформация может придавать клетке характерно определяемые особенности. Типичный фенотипический изменения включают высокую плотность насыщения, рост, независимый от закрепления, потерю контактного торможения, потерю ориентированного роста, увековечение, нарушение клеточного цитоскелет.

Биохимический

Вирусные гены экспрессируются с помощью репликационного аппарата клетки-хозяина; поэтому многие вирусные гены имеют промоутеры которые поддерживают связывание многих факторы транскрипции естественным образом обнаруживается в клетках-хозяевах. Эти факторы транскрипции вместе с собственными белками вируса может подавлять или активировать гены как из вируса, так и из генома клетки-хозяина. Многие вирусы также могут увеличивать производство регуляторных белков клетки.^[1]

Генетический

В зависимости от вируса в клетке-хозяине могут происходить различные генетические изменения. В случае литический цикл вируса, клетка будет жить достаточно долго, чтобы репликационный аппарат использовался для создания дополнительных вирусных единиц. В других случаях вирусная ДНК будет сохраняться в клетке-хозяине и реплицироваться по мере репликации клетки. Эта вирусная ДНК может быть либо включена в генетический материал клетки-хозяина, либо сохраняться как отдельный генетический вектор. В любом случае это может привести к повреждению клеток-хозяев. хромосомы. Не исключено, что повреждение удастся устранить; однако наиболее частым результатом является нестабильность исходного генетического материала или подавление или изменение экспрессии гена.^[1]

Анализы

Смотрите также: Количественная оценка вирусов

An проба - это аналитический инструмент, который часто используется в лабораторных условиях для оценки или измерения некоторого качества целевого объекта.^[7] В вирусология, анализы можно использовать для различения трансформированных и нетрансформированных клеток. Варьируя используемый анализ, изменяет селективное давление на клетки и, следовательно, может изменять свойства, выбранные в трансформированных клетках.^[6]

Используются три распространенных метода: анализ формирования фокуса, то Независимый рост от якоря пробирный, и анализ пониженной сыворотки.

Анализ формирования фокуса (FFA) используется для выращивания клеток, содержащих трансформирующий онкоген на монослое нетрансформированных клеток. Трансформированные клетки будут образовывать приподнятые плотные пятна на образце по мере роста без контактного торможения.^[8] Этот анализ очень чувствителен по сравнению с другими анализами, используемыми для вирусного анализа, такими как анализ снижения урожайности.^[9]

Примером независимого от анкориджа анализа роста является анализ мягкого агара. Анализ оценивает способность клеток расти в геле или вязкий жидкость. Трансформированные клетки могут расти в этой среде и считаются независимыми от закрепления. Клетки, которые могут расти только при прикреплении к твердой поверхности, являются нетрансформированными клетками, зависящими от закрепления. Этот анализ считается одним из самых строгих для обнаружения злокачественная трансформация ^[10]

В анализе с пониженным содержанием сыворотки клетки анализируют, используя изменения в потребности клеток в сыворотке. Нетрансформированным клеткам для роста требуется не менее 5% сывороточной среды; однако трансформированные клетки могут расти в среде со значительно меньшим содержанием сыворотки.^[6]

Примеры естественной трансформации

Естественная трансформация - это вирусная трансформация клеток без вмешательства медицинской науки. Это наиболее часто рассматриваемая форма вирусной трансформации, включающая множество видов рака и заболеваний, таких как ВИЧ, Гепатит Б, и Вирус Т-клеточного лейкоза I типа.

Вирусный онкогенез

Смотрите также: Онковирус

До 20% опухолей человека вызываются вирусами.^[11] Некоторые из таких широко известных вирусов включают: ВПЧ, Вирус Т-клеточного лейкоза I типа, и гепатит Б.

Вирусный онкогенез чаще всего встречается с опухолевыми вирусами ДНК и РНК, чаще всего с ретровирусами.^[12] Есть два типа онкогенных ретровирусы: острые трансформирующие вирусы и неострые трансформирующие вирусы. Острые трансформирующие вирусы вызывают быстрый рост опухоли, поскольку они несут вирусные онкогены в их ДНК / РНК, чтобы вызвать такой рост. Примером острого трансформирующего вируса является Вирус саркомы Рауса (RSV), несущие онкоген v-src. v-Src является частью c-src, клеточного протоонкогена, который стимулирует быстрый рост и размножение клеток. С другой стороны, неострый трансформирующий вирус вызывает медленный рост опухоли, так как он не несет вирусных онкогенов. Он вызывает рост опухоли путем транскрипционной активации протоонкогенов, особенно длинный терминальный повтор (LTR) в протоонкогенах.^[12]

Вирусный онкогенез через трансформацию может происходить по 2 механизмам:^[1]

1. Опухолевый вирус может вводить и экспрессировать «трансформирующий» ген либо путем интеграции ДНК, либо РНК в геном хозяина.
2. Опухолевый вирус может изменять экспрессию уже существующих генов хозяина.

Один или оба этих механизма могут происходить в одной и той же клетке-хозяине.

Гепатит Б

В Гепатит Б вирусный белок X, как полагают, вызывает гепатоцеллюлярная карцинома через трансформацию, как правило, клеток печени. Вирусная ДНК встраивается в геном клетки-хозяина, вызывая быструю репликацию клеток и рост опухоли.^[13]

Папилломавирусы

Папилломавирусы обычно нацелены эпителиальные клетки и вызывают все, от бородавок до рака шейки матки. Когда вирус папилломы человека (ВПЧ) трансформирует клетку, он нарушает функцию клеточных белков, разрушая при этом другие клеточные белки.^[14]

Герпесвирусы

В герпесвирусы, Саркома Капоши -ассоциированный вирус герпеса и Вирус Эпштейна-Барра, как полагают, вызывают рак у людей, например саркому Капоши, Лимфома Беркитта, и карцинома носоглотки. Хотя в этих вирусах были идентифицированы гены, вызывающие трансформацию, способ, которым вирус трансформирует и реплицирует клетку-хозяина, не изучен.^[14]

Ретровирусы

Ретровирусы включают Вирус Т-клеточного лейкоза I типа, ВИЧ, и Вирус саркомы Рауса (RSV). Налог вирусных генов выражается, когда вирус Т-клеточной лейкемии трансформирует клетку, изменяя экспрессию генов, контролирующих рост клеток, и заставляя трансформированные клетки становиться злокачественными. ВИЧ работает иначе, не заставляя клетки напрямую становиться злокачественными, а вместо этого делая инфицированных более восприимчивыми к лимфома и Саркома Капоши. Многие другие ретровирусы содержат три гена: кляп, pol, и env, которые непосредственно не вызывают трансформации или образования опухоли.^[14]

ВИЧ

Вирус иммунодефицита человека вирусная инфекция, поражающая лимфатический узел. ВИЧ связывается с иммунной CD4 ячейка и обратная транскриптаза изменяет геном клетки-хозяина, чтобы обеспечить интеграцию вирусной ДНК через интегрировать. Вирус реплицируется с помощью механизмов клетки-хозяина, а затем покидает клетку, чтобы инфицировать дополнительные клетки через подающий надежды.^[15]

Медицинские приложения

Существует множество приложений, в которых вирусная трансформация может быть искусственно индуцирована в культуре клеток для лечения болезни или другого состояния. Культура клеток инфицирована вирусом, вызывающим трансформацию; затем трансформированные клетки могут быть использованы либо для лечения, либо непосредственно введены в организм.

Персонализированные интерфероны I типа

Рисунок 4: Человеческий интерферон I типа

Интерфероны I типа (IFNs) используются для лечения широкого спектра заболеваний, включая: гепатит С, раковые, вирусные и воспалительные заболевания. IFN могут быть извлечены из природного источника, такого как культивируемые клетки человека или кровь. лейкоциты, или они могут быть изготовлены с рекомбинантная ДНК технологии. Большинство из этих обработок IFN имеют низкий уровень ответа.^[16]

Использование вирусной трансформации Вирус Эпштейна-Барра (EBV) был рекомендован для создания персонализированных IFN. В этом процессе первичные В-лимфоциты трансформируются EBV. Эти клетки затем можно использовать для производства IFN, специфичных для пациента, у которого В-лимфоциты были извлечены. Такая персонализация снижает вероятность антитело ответ и, следовательно, увеличивает эффективность лечения.^[16]

Лечение рака

Когда вирус трансформирует клетку, он часто вызывает рак, либо изменяя существующий геном клетки, либо вводя дополнительный генетический материал, который вызывает неконтролируемую репликацию клеток.^[11] Редко считается, что то, что причиняет столько вреда, также способно обратить процесс вспять и замедлить рост рака или даже привести к ремиссии. Вирусы трансформируют клетки-хозяева, чтобы выжить и размножаться; однако иммунные ответы клетки-хозяина обычно нарушаются во время трансформации, что делает трансформированные клетки более восприимчивыми к другим вирусам.^[17]

Идея использования вирусов для лечения рака была впервые предложена в 1951 году, когда у 4-летнего мальчика внезапно наступила временная ремиссия. лейкемия пока у него было ветрянка. Это привело к исследованиям в 1990-х годах, когда ученые работали над созданием штамма Вирус простого герпеса достаточно сильный, чтобы заразить и трансформировать опухолевые клетки, но достаточно слабый, чтобы не повредить здоровые клетки. Лечение пациентов с вирусной трансформацией дает возможность лечить пациентов более безопасно и эффективно, чем при использовании традиционных методов, таких как химиотерапия. Вирусы, используемые при лечении рака, набирают силу и повышают свою эффективность по мере размножения в организме, вызывая лишь незначительные побочные эффекты, такие как тошнота, усталость и боли.^[17]

Смотрите также

• Трансдукция
• Трансфекция
• Трансгенез

использованная литература

1. Барон, изд. Самуэля (1996). «Воздействие на клетки». Медицинская микробиология (4-е изд.). Галвестон, Техас: Univ. Техасского медицинского отделения. ISBN  0963117211.
2. Хуанг, CR; Лин, СС; Чоу, МОЙ; Хо, СС; Ван, Л; Ли, Ю.Л .; Чен, CS; Ян, CC (2005). «Демонстрация различных способов гибели клеток при инфицировании вирусом простого герпеса 1 в различных типах клеток полости рта». Acta Virologica. 49 (1): 7–15. PMID  15929393.
3. «Лизогения». Британская энциклопедия. Получено 8 апреля 2014.
4. «Два жизненных цикла вируса». Получено 8 апреля 2014.
5. «Цикл заражения». Британская энциклопедия. Получено 8 апреля 2014.
6. Хифи, Шон. «Вирусная трансформация клеток». Кейптаунский университет. Получено 25 марта 2014.
7. Анализ. Википедия, свободная энциклопедия. Проверено 25 марта 2014 г.
8. Эндрюс, Дэвид. «Анализы трансформации: анализ формирования фокуса» (PDF). Andrews Lab. Получено 25 марта 2014.
9. Уиншип, Тимоти Р. (11 декабря 1979 г.). "Чувствительный метод количественной оценки мешающих частиц, вызывающих дефект вируса везикулярного стоматита: анализ формирования фокуса" (PDF). Журнал общей вирусологии. 48 (1): 237–240. Дои:10.1099/0022-1317-48-1-237. PMID  6247438. Получено 25 марта 2014.
10. Провост, Джозеф. «Анализ мягкого агара для формирования культур» (PDF). Лаборатория Уоллерта и Провоста. Получено 25 марта 2014.
11. Даярам, ​​Т; Marriott, SJ (август 2008 г.). «Влияние трансформирующих вирусов на молекулярные механизмы, связанные с раком». Журнал клеточной физиологии. 216 (2): 309–14. Дои:10.1002 / jcp.21439. ЧВК  4160108. PMID  18366075.
12. Фан, Хунг (15 июня 2011 г.). «Трансформация клеток с помощью РНК-вирусов: обзор». Вирусы. 3 (12): 858–860. Дои:10.3390 / v3060858. ЧВК  3185770. PMID  21994757.
13. Шефер, S; Герлих, WH (1995). «Трансформация in vitro ДНК вируса гепатита В». Интервирология. 38 (3–4): 143–54. Дои:10.1159/000150425. PMID  8682609.
14. Купер, Джеффри М. (2000). Клетка: молекулярный подход (2-е изд.). Вашингтон: АСМ Пресс. ISBN  0878931023.
15. «Жизненный цикл ВИЧ». Министерство здравоохранения и социальных служб США. Получено 7 мая 2014.
16. Сюй, Дуншэн; Чжан, Лювэнь (июнь 2010 г.). «Вирусная трансформация для производства персонализированных интерферонов I типа». Биотехнологический журнал. 5 (6): 578–581. Дои:10.1002 / biot.201000038. ЧВК  3023146. PMID  20518060.
17. Нувер, Рэйчел (19 марта 2012 г.). «Вирусы, призванные убить опухоли». Газета "Нью-Йорк Таймс. Получено 6 мая 2014.