Białka wirusowe HPV i ich funkcje w patogenezie

Białka wirusowe HPV stanowią wysoce wyspecjalizowany system molekularny, który umożliwia wirusowi skuteczne zakażenie, replikację oraz w przypadku typów wysokiego ryzyka – transformację nowotworową komórek gospodarza. Każde z białek wczesnych (E1-E7) pełni specyficzne funkcje w złożonym cyklu życiowym wirusa, od utrzymywania genomu w komórkach podstawnych po produkcję potomnych wirionów w zróżnicowanych keratynocytach.

Białka replikacyjne E1 i E2

Białka E1 i E2 stanowią podstawowy system replikacji genomu wirusowego HPV. Do aktywacji replikacji DNA papillomawirusa oba białka E1 i E2 są niezbędne. Początkowo E1 jako dimer i E2 jako dimer wiążą się z początkiem replikacji wirusowej, co skutkuje utworzeniem kompleksu trójskładnikowego E1-E2, który hamuje niespecyficzne wiązanie E1-DNA¹.

Białko E1 wykazuje również aktywność helikazową, umożliwiając rozdzielenie nici DNA wirusowego przed kompleksem replikacyjnym². E2 jest białkiem wiążącym DNA w sposób specyficzny dla miejsca, które pomaga rekrutować E1 do początku replikacji, ale również odgrywa rolę w regulacji transkrypcji wirusowej z wczesnego promotora². Te białka tworzą kompleks, który wiąże się z sekwencjami w wirusowym początku replikacji i działa w celu rekrutowania komórkowych polimeraz i białek pomocniczych do mediacji replikacji².

W okresach utrzymywania plazmidu i episomalnego ekspresja genów wirusowych jest ograniczona. Podczas typowego cyklu życiowego HPV ekspresja wielu wirusowych onkogenów, w tym białek E6 i E7, jest ściśle regulowana¹. Białko E2 pełni również funkcję regulatora transkrypcyjnego, kontrolując poziomy ekspresji innych genów wirusowych, szczególnie onkobiałek E6 i E7.

Białko E5 i modulacja odpowiedzi immunologicznej

Białko E5 jest odpowiedzialne za kontrolę wzrostu komórek, różnicowania i modulacji immunologicznej³. Onkobiałko E5 HPV jest jednym z możliwych efektorów, które pozwalają wirusowi uciec przed układem immunologicznym gospodarza poprzez regulację w dół powierzchniowych klasycznych cząsteczek głównego układu zgodności tkankowej klasy I (MHC I), ale nie niekonwencjonalnych MHC I⁴.

Brak klasycznych MHC I w zainfekowanych komórkach ekspresujących E5 umożliwiłby uniknięcie zabijania przez cytotoksyczne limfocyty T (CTL) i tym samym ustanowienie i utrzymywanie infekcji wirusowej⁴. Regulacja w dół MHC I przez onkobiałko E5 pozwala zainfekowanej komórce uniknąć odpowiedzi immunologicznej komórkowej, co potencjalnie umożliwia innym onkobiałkom HPV ustanowienie i utrzymywanie infekcji wirusowej⁵.

Białko E5 indukuje również aktywność enzymu indukującego proces apoptozy komórkowej – COX-2⁶. Dodatkowo, E5 uczestniczy w kontroli wzrostu komórkowego i może wpływać na procesy różnicowania komórkowego, co ma znaczenie dla cyklu życiowego wirusa.

Onkobiałko E6 – inaktywacja p53

Białko E6 (150-160 aminokwasów, około 18 kDal) jest głównym onkobiałkiem. Hamuje apoptozę i różnicowanie. Wpływa na kształt komórki, polarność, ruchliwość i sygnalizację⁷. E6 wysokiego ryzyka wiąże białko supresorowe nowotworów p53 jako część kompleksu trójskładnikowego z komórkową ligazą ubikwityny E6AP, prowadząc do szybkiego rozpadu p53⁸.

Normalnie p53 działa w celu zapobiegania wzrostowi komórek i promowania śmierci komórkowej w obecności uszkodzenia DNA. p53 również reguluje w górę białko p21, które blokuje tworzenie kompleksu cyklina D/Cdk4, tym samym zapobiegając fosforylacji białka retinoblastoma (RB) i z kolei zatrzymując progresję cyklu komórkowego poprzez zapobieganie aktywacji E2F⁹.

Krótko mówiąc, p53 jest białkiem supresorowym nowotworów, które zatrzymuje cykl komórkowy i zapobiega wzrostowi i przeżyciu komórek, gdy występuje uszkodzenie DNA. Tak więc degradacja p53, indukowana przez E6, promuje nieuregulowany podział komórek, wzrost komórek i przeżycie komórek – wszystkie cechy charakterystyczne nowotworów⁹.

Białka wirusowe działają poprzez zwiększenie ekspresji katalitycznej podjednostki telomerazy, tak zwanej ludzkiej odwrotnej transkryptazy telomerazy (hTERT)³. HPV16 E6 wiąże się z E6AP, aby promować degradację represora transkrypcyjnego NFX1-91 i w konsekwencji aktywować transkrypcję hTERT¹⁰.

Onkobiałko E7 – inaktywacja Rb

E7 wiąże się z rodziną supresorów nowotworów retinoblastoma (Rb), jak również z innymi białkami zaangażowanymi w regulację cyklu komórkowego⁸. Białko E7 wiąże się z białkiem supresorowym Rb (oprócz białek p107 i p130), które jest odpowiedzialne za utrzymanie komórki w fazie G1 cyklu. Powstały kompleks implikuje uwolnienie E2F, które jest odpowiedzialne za ponadprzeciętny podział komórek i transkrypcję, kierując komórkę do fazy S cyklu, co prowadzi do jej immortalizacji⁶.

Białko E7 może również bezpośrednio oddziaływać z E2F1 w sposób niezależny od retinoblastoma w badaniach in vitro i in vivo, w których białko E7 generowane przez HR-HPV wiąże się mocniej z E2F1 niż z LR-HPV i aktywuje transkrypcję i aktywności promotora zależne od E2F1, które uczestniczą w deregulacji cyklu komórkowego i indukcji transformacji¹¹.

Gdy zainfekowane komórki HPV opuszczają warstwę podstawną, pozostają aktywne w cyklu komórkowym z powodu działania białka E7. Komórki ponownie wchodzą do fazy S w wysoce zróżnicowanych komórkach i aktywują ekspresję komórkowych czynników replikacji wymaganych do replikacji wirusowej. Obecność E7 prowadzi do charakterystycznego zachowania jąder we wszystkich warstwach zainfekowanego nabłonka⁸.

Białko E4 i późne funkcje wirusowe

Białko E4 jest ekspresowane w komórkach środkowego do górnego nabłonka, które przerywa połączenia keratynowe cytoplazmy komórki gospodarza i wstrzymuje podział komórek. To białko umożliwia proliferację i uwolnienie cząstek HPV z umierających komórek gospodarza¹². W bardziej zróżnicowanych komórkach tej samej warstwy nabłonkowej aktywacja promotora jest zależna od różnicowania i utrzymania ekspresji genów E1, E2, E6 i E7. Ponadto nastąpi aktywacja ekspresji genu E4, który będzie promować amplifikację replikacji genomu wirusowego¹³.

Funkcje białek E5 i E1^E4 są nadal w dużej mierze nieznane, ale białka te zostały zaangażowane w modulację późnych funkcji wirusowych¹⁴. Charakterystyka celów komórkowych tych białek wirusowych i mechanizmów regulujących cykl życiowy wirusa zależny od różnicowania pozostają aktywnymi obszarami badań nad tymi ważnymi patogenami ludzkimi.

Regulacja ekspresji białek wirusowych

Najbardziej prawdopodobny mechanizm koncentruje się na aktywacji ekspresji późnego promotora wirusowego, skutkując wysokim poziomem ekspresji transkryptów kodujących wirusowe białka replikacji, E1 i E2, wraz z genami późnymi. W przeciwieństwie do wczesnego promotora, późny promotor nie jest negatywnie regulowany przez białko E2, a wysokie poziomy ekspresji występują po różnicowaniu, prowadząc do amplifikacji DNA wirusowego¹⁵.

To zwiększenie liczby matryc skutkuje dalszym wzrostem ekspresji białek replikacji. Możliwe jest, że komórkowe lub inne czynniki wirusowe są regulowane w górę podczas różnicowania i że te czynniki przyczyniają się do aktywacji późnych funkcji, ale identyfikacja tych białek dopiero się rozpoczyna¹⁵.

Konsekwencje niekontrolowanej ekspresji onkobiałek

Niekontrolowana ekspresja onkogenów E6 i E7 jest głównie napędzana przez utratę funkcji regulacyjnej wirusowego białka E2. Jedna z istotnych konsekwencji sygnalizacji onkogenów HPV to wywołana przez E7 nadekspresja regulatora cyklu komórkowego p16INK4a, która jest przekazywana przez epigenetyczną aktywność demetylazy KDM6B¹⁶.

Ciągła aktywność białek E6 i E7 prowadzi do aberracyjnej proliferacji komórek, akumulacji mutacji onkogenów i ostatecznie raka szyjki macicy¹⁰. Wyciszenie E6 i E7 okazało się zmniejszać metylację genów supresorowych nowotworów i odwracać transformowany fenotyp komórek raka szyjki macicy¹⁰.