Integracja genomu HPV i transformacja nowotworowa

Transformacja nowotworowa związana z zakażeniem HPV stanowi wieloetapowy proces molekularny, który może rozciągać się na dekady. Kluczowym momentem w tym procesie jest integracja genomu wirusowego do chromosomów komórki gospodarza, co prowadzi do fundamentalnych zmian w regulacji cyklu komórkowego i mechanizmach kontroli genomu. Proces ten wymaga nie tylko obecności wirusa wysokiego ryzyka, ale również akumulacji dodatkowych mutacji genetycznych i współdziałania z czynnikami środowiskowymi.

Mechanizmy integracji genomu wirusowego

W większości przypadków zakażenia HPV DNA pozostaje w formie episomalnej, niezintegrowanej z DNA gospodarza, co pozwala wirusowi na efektywną replikację¹. Jednak integracja genomu HPV do genomu komórkowego odgrywa kluczową rolę w kancerogenezie związanej z HPV¹. Przeważającym mechanizmem integracji jest szlak naprawy DNA mediowany przez mikrohomologie².

Trwała infekcja hr-HPV może prowadzić do integracji genomu wirusowego z genomem gospodarza. Dowody wykazały, że współczynnik integracji genomu jest wyższy w próbkach nowotworowych dodatnich dla HPV-16 i HPV-18 niż w próbkach nienowotworowych, a integracja ułatwia heterogenność wewnątrzguzkową i ewolucję klonalną².

Ta integracja zwykle występuje w obrębie otwartej ramki odczytu E2 i skutkuje utratą represyjnego działania E2, prowadząc do wyższych poziomów ekspresji E6 i E7³. Integracja typowo skutkuje zwiększoną ekspresją i stabilnością transkryptów kodujących wirusowe onkogeny E6 i E7, które jak wiadomo inaktywują i/lub przyspieszają degradację licznych białek komórkowych, w tym białka retinoblastoma (E7) i p53 (E6)⁴.

Niestabilność chromosomalna i genomowa

Wirusowe onkobiałka E6 i E7 są znane z tego, że indukują uszkodzenia DNA, nieprawidłowości centrosomów i defekty segregacji chromosomów, tym samym prowadząc do niestabilności chromosomalnej⁴. HPV wyzwala odpowiedź na uszkodzenie DNA (DDR) i wykorzystuje mechanizm DDR do pozyskania materiałów niezbędnych do syntezy DNA wirusowego w fazie podobnej do G2².

Integracja HPV przyczynia się do generacji pozachromosomalnego DNA (ecDNA), które umożliwia komórkom nieograniczoną proliferację, czyniąc je obiecującymi motorami ewolucji klonalnej. Integracja HPV indukuje niestabilność chromosomalną, czyniąc komórki gospodarza bardziej podatnymi na nowotwory⁵.

Trwały charakter infekcji HPV i integracja DNA wirusowego do genomu komórki przyczyniają się do zwiększonego ryzyka zmian wysokiego stopnia i złośliwych z powodu wynikającej z tego niestabilności genomowej. E6 i E7 mogą indukować nieprawidłowości centrosomowe skutkujące aberracyjną reduplikacją centrosomów, prowadząc do nieprawidłowej liczby centrosomów⁶.

Inaktywacja genów supresorowych

E6 i E7 są rozpoznawane jako główne onkobiałka w procesie onkogenezy. Mogą zakłócać cykl komórkowy, wpływać na proliferację komórek, hamować apoptozę i zmieniać metabolizm komórkowy, prowadząc do wystąpienia i rozwoju nowotworów⁵. Wczesne geny E6 i E7 odgrywają zasadniczą rolę w kancerogenezie indukowanej przez HPV poprzez ingerencję w dwa istotne geny supresorowe nowotworów p53 i pRb, które regulują normalną proliferację komórkową⁷.

Degradacja p53 przez E6 jest ważna, ponieważ p53 jest czynnikiem transkrypcyjnym, który reguluje ekspresję genów kodujących regulatory cyklu komórkowego, maszynę naprawy DNA, metabolizm i apoptozę⁴. W hr-HPV białko E6 inaktywuje białko supresorowe nowotworów p53, hamując jego aktywności antyproliferacyjne i apoptotyczne⁸.

Białko E7 jest niezbędne do aktywacji punktu kontrolnego G1 do fazy S i potencjalnie kontroluje zmiany transkrypcyjne w zainfekowanych komórkach⁹. Białko Rb jest negatywnym regulatorem wzrostu komórek. Wiąże czynnik transkrypcyjny E2F, który kontroluje replikację DNA i indukowane cykliną wchodzenie komórki do fazy S cyklu komórkowego. Białko E7 wiąże Rb/E2F, uwalniając E2F z hamującego wpływu Rb, powodując zwiększone indukowane cykliną wchodzenie komórki do fazy S cyklu komórkowego, skutkując zwiększonym tempem replikacji komórek akumulujących mutacje¹⁰.

Aktywacja telomerazy i immortalizacja

E6 wysokiego ryzyka ma zdolność aktywacji katalitycznej podjednostki telomerazy [hTERT (ludzka odwrotna transkryptaza telomerazy)], która dodaje powtórzenia heksamerowe do końców telomerowych chromosomów¹¹. Aktywność telomerazy jest normalnie ograniczona do kompartmentu proliferacyjnego nabłonka, a aktywacja jest związana z immortalizacją komórkową i kancerogenezy¹¹.

HPV16 E6 wiąże się z E6AP, aby promować degradację represora transkrypcyjnego NFX1-91 i w konsekwencji aktywować transkrypcję hTERT; ten repressor ma również rolę w aktywacji HPV16 E6 onkogennego czynnika transkrypcyjnego NF-κB¹¹. Ta aktywacja telomerazy jest kluczowa dla immortalizacji komórek i może przyczyniać się do kancerogenezy poprzez umożliwienie komórkom nieograniczonej liczby podziałów.

Współczynniki środowiskowe i kofaktory

Oprócz HPV niezbędne są dodatkowe kofaktory do transformacji tkanki zainfekowanej HPV w neoplazję śróднabłonkową lub inwazyjną¹². Onkogenna zdolność HPV nie jest wystarczająca tylko do progresji złośliwości, ale także do innych kroków generujących guzy wymaganych do produkcji inwazyjnego raka, takich jak koinfekcja z innymi wirusami, czynniki stylu życia takie jak wysoka rodność, palenie, żucie tytoniu, długotrwałe stosowanie środków antykoncepcyjnych oraz odpowiedzi immunologiczne takie jak stymulacja przewlekłego stanu zapalnego zrębu i odchylenia immunologiczne w mikrośrodowisku guza¹³.

HPV nie jest jedynym wirusem uczestniczącym w rozwoju raka szyjki macicy; inne niebezpieczne sytuacje, takie jak koinfekcje (z wirusem opryszczki pospolitej typu 2 i Chlamydia trachomatis), palenie, trwałe stosowanie doustnych środków antykoncepcyjnych, wielorodność, niedobory żywieniowe, immunosupresja i choroby związane z odpornością są również zaangażowane w progresję raka¹⁴.

Czas rozwoju transformacji nowotworowej

Średni czas od zakażenia HPV do CIN 3 wynosi 7-15 lat, osiągając szczyt w wieku 25-30 lat¹⁵. Proces rozwoju raka z infekcji HPV trwa około 5-10 lat minimum i 20-25 lat średnio¹⁶. Kancerogeneza szyjki macicy jest reprezentowana przez 4 przyczynowe etapy: nabycie HPV; utrzymywanie się HPV (vs. eliminacja); progresja do zmian przedrakowych; inwazyjny rak¹⁶.

Trwała infekcja typami HPV wysokiego ryzyka jest wymagana do progresji od normalnego nabłonka szyjki macicy do zmian przedrakowych i ostatecznie inwazyjnego raka szyjki macicy, z wkładem dodatkowych mutacji genetycznych i zewnętrznych kofaktorów przez długie okresy czasu¹⁷. Mediowana przez HPV onkogeneza wymaga akumulacji dodatkowych mutacji genetycznych w czasie. To sugeruje długi stan przedrakowy w większości przypadków inwazyjnego raka, który pozwala na akumulację wtórnych mutacji genetycznych wraz z innymi kofaktorami, takimi jak palenie, kancerogeny i hormonalne¹⁷.

Mechanizmy epigenetyczne

Wyciszenie E6 i E7 okazało się zmniejszać metylację genów supresorowych nowotworów i odwracać transformowany fenotyp komórek raka szyjki macicy¹¹. Wpływ zakażenia HPV na złośliwą transformację komórek nabłonkowych szyjki macicy jest potencjalnie mediowany poprzez regulacyjną modulację ekspresji poprzez metylację DNA¹⁸.

Modyfikacje epigenetyczne, które występują podczas przebiegu infekcji HPV, z kolei promują tworzenie raka. Badania wykazały ścisły związek między zakażeniem HPV a podwyższonymi poziomami metylacji w połączeniu ze zmniejszoną ekspresją¹⁸. Te zmiany epigenetyczne mogą wpływać na ekspresję genów supresorowych nowotworów i innych kluczowych regulatorów cyklu komórkowego.

Rola mikrośrodowiska nowotworowego

Przewlekły stan zapalny wywołany przez zakażenie HPV jest powiązany z rozwojem nowotworów, obejmując złożone interakcje między czynnikami wirusowymi, gospodarza i środowiskowymi¹⁹. Ponadto interakcja przewlekłego stanu zapalnego i stresu oksydacyjnego przyczynia się do zakażenia HPV i rozwoju raka indukowanego przez HPV¹⁹.

Kilka raportów sugerowało, że niezrównoważona odporność i przewlekły stan zapalny w mikrośrodowisku guza (TME) może prowokować przedrakowe zmiany szyjki macicy, które przekształcają się w inwazyjnego raka²⁰. Mikrośrodowisko nowotworowe odgrywa kluczową rolę w progresji od infekcji do inwazyjnego raka poprzez modulację odpowiedzi immunologicznej i promowanie angiogenezy.