Virologia HPV e Polioma
Papillomavirus & Polyomavirus
Virus capaci di causare infezioni litiche, croniche, latenti e di
indurre trasformazione
• Papillomaviridae: Papillomavirus (uomo e animali)
– HPV (verruche cutanee, papillomi laringei, condilomi genitali,
cancro della cervice)
• Polyomaviridae:
– JC virus (leucoencefalopatia progressiva multifocale)
– BK virus (gravi disfunzioni renali, cistite emorragica)
– Polyoma virus (del topo)
– SV40 (Simian vacuolating virus della scimmia)
Inizialmente riuniti nella famiglia dei Papovavirus è sembrato
opportuno separarli nelle due famiglie distinte per le
differenze relative a taglia e organizzazione del genoma,
1
determinanti antigenici e proprietà biologiche.
Papillomaviridae
nell’uomo
Papillomavirus
Famiglia papillomaviridae
Generi: α-π papillomavirus
• Specie-specifici
• Tropismo tissutale: cellule
epiteliali (epiteli pavimentosi
pluristratificati e cheratinizzati)
• Virus oncogeni
2
PV umani e loro associazione al cancro
della cervice
mucosal
mucosal
mucosal
John DOORBAR Clinical Science (2006) 110, 525–541
4
De Villiers E.M. et al, Virology 2004
1
Virologia HPV e Polioma
Il virus
The HPV inverted iceberg
• Famiglia: Papillomaviridae
• Generi: α-π Papillomavirus
classificati su base genetica
• Capside: icosaedrico
• 72 capsomeri,
• diametro 50-55 nm
• Privi di envelope
• Genoma: dsDNA, circolare,
7.900 bp, associato ad istoni
della cellula ospite a formare
una sostanza cromatinosimile
Shah, in Fields Virology, 1996
Schiffman et al. Lancet 2007
5
Organizzazione del genoma
Regione codificante
proteine tardive
(L = Late)
L2
Long control
region (LCR)
E6
PAL
E7
proteine
capsidiche
E1
proteina tardiva,
legame citocheratine
Blocco in fase G2/M
L1
PAE
Assemblaggio
attacco
E5
trasformazione
(EGFr, PDGFr)
Regione codificante
proteine precoci
(E = Early)
P670
HPV16
Long control region
trasformazione (p53-pRb)
P97
Packaging
assemblaggio
6
replicazione
episomica (elicasi)
E4
Tutte le regioni LCR studiate hanno mostrato di
contenere sequenze regolatorie sensibili a fattori
di crescita specifici per tessuto o tipo cellulare
E2
regolazione della trascrizione
e replicazione DNA
7
8
2
Virologia HPV e Polioma
HPV: REPLICAZIONE
Organizzazione del genoma e
ciclo di replicazione virale
il ciclo di replicazione è piuttosto complesso essendo necessaria una
differenziazione cellulare perché possa essere prodotto nuovo virus
DUE FASI
1) PRECOCE (NON PRODUTTIVA)
2) TARDIVA (PRODUTTIVA)
Eventi relativi
9
10
John DOORBAR Clinical Science (2006) 110, 525–541 (Printed in Great Britain)
HPV: REPLICAZIONE DNA
Organizzazione del genoma e
ciclo di replicazione virale
Inibizione trascrizione di E6/E7
LCR
Fase precoce
Infection
receptors: alfa6 integrins, heparan sulphate
E6/E7
E1/E2
E4
E5
L1
L2
Fattori cellulari
Replicazione DNA
Eventi relativi
11
• Due modalità:
– Plasmidica (non produttiva)
– Vegetativa (produttiva)
• La replicazione plasmidica avviene nello strato basale del derma, assicura la persistenza
dell’infezione. Dipende dalla fase S cellulare. Permette l’accumulo di 50-400 copie/cellula
(E1/E2) che in seguito si replicano una sola volta con la divisione cellulare
• La replicazione vegetativa avviene nelle cellule differenziate. Vengono prodotte nuove
molecole di DNA virale. Il controllo del numero di copie è perso e si accumulano migliaia di
copie per cellula
12
John DOORBAR Clinical Science (2006) 110, 525–541 (Printed in Great Britain)
3
Virologia HPV e Polioma
HPV: FASE PRECOCE
Organizzazione del genoma e
ciclo di replicazione virale
Inibizione trascrizione di E6/E7
LCR
Fase tardiva
E6/E7
Infezione
DNA virale
episomico
E1/E2
E4 E5
L1
L2
Fattori cellulari
Replicazione DNA
•
Cheratinocito
basale normale
L’infezione di cellule in attiva divisione consente il matenimento del DNA virale a
livello plasmidico in poche copie (50-400 per cellula),
– avviene a livello basale dell’epitelio perché queste sono le uniche cellule capaci di dividersi
permettendo così il mantenimento del genoma
•
Vengono espressi solo i geni precoci e a basso livello
– E1: elicasi, interagisce con gli enzimi cellulari (primasi, polimerasi)
– E2: ha una attività transattivante nei confronti dei promotori virali (e cellulari). Coopera con
E1(é legame all’ori).
Infection
Eventi relativi
receptors: alfa6 integrins, heparan sulphate
13
John DOORBAR Clinical Science (2006) 110, 525–541 (Printed in Great Britain)
•
L’espressione di E6 ed E7 in presenza di bassi livelli delle altre proteine precoci
permette il mantenimento del genoma virale e consente una proliferazione cellulare
14
anche negli strati soprabasali.
HPV: FASE TARDIVA
Desquamazione/sfaldamento delle cellule
epiteliali che contengono il virus
Inibizione trascrizione di E6/E7
LCR
E6/E7
Fattori cellulari
E1/E2
E4 E5 L1
Replicazione DNA
L2
Strato corneo
Assemblaggio virale
Strato granuloso
Replicazione accelerata di
DNA virale in cellule più
differenziate
Strato basale
Episoma
•
•
•
•
•
Negli strati superiori tutti i geni precoci vengono up-regolati
L’espressione di E4 blocca la cellula nel passaggio G2/M
L’espressione di E6/E7 mantiene le cellule in una fase pseudo-S ma l’aumento di E2
inibisce la trascrizione di E6 ed E7.
Il differenziamento cellulare è mantenuto
E l’ambiente cellulare è permissivo per un breve momento alla replicazione del genoma
Negli strati alti vengono espressi i geni strutturali L1 e L2 (tardivi) e assemblate le
particelle virali
nuovo virus
15
Le fasi dipendono
probabilmente da fattori
trascrizionali specifici presenti
nei diversi stadi di
differenziazione delle cellule
epiteliali
16
4
Virologia HPV e Polioma
Infezione e trasformazione
Integrazione
LCR
E6/E7
E1/E2
Trasformazione e
immortalizzazione
E4
E5
L1
L2
Replicazione DNA
Inserzione del genoma di
HPV nel genoma della
cellula ospite:
un evento necessario per
la carcinogenesi
progression
• Nelle cellule tumorali viene quasi sempre rilevato DNA di HPV, spesso
integrato e linearizzato a livello di E2
• Questo provoca una iperespressione dei geni E6 ed E7 con conseguente
17
disturbo dell’omeostasi replicativa cellulare
NATURE REVIEWS CANCER VOLUME 7 | JANUARY 2007
18
Ciaran B. J. Woodman*, Stuart I. Collins‡ and Lawrence S. Young*
Interferenze virali nella regolazione del ciclo cellulare
Interferenze virali nella regolazione del ciclo cellulare
Proteina E6 di HPV e p53
Proteina E7 di HPV e pRB
Infezione HPV (éE7)
Danneggiamento DNA
Stress cellulare
p53
bassi livelli
E6 HPV alto rischio
(degradazione ubiquitinodipendente della p53)
p53
alti livelli
ép21
G1
E7
E2F-1
p53
bassi livelli
+
E7
• passaggio in fase S
• accumulo mutazioni
• blocco dell’apoptosi
arresto del
M ciclo in G1 S
pRB
E2F-1
ppRB
attivazione della trascrizione
e passaggio in fase S
G1
S
M
iperfosforilata
inattiva
apoptosi
complesso inattivo
degradazione proteasomica
repressione della trascrizione
E2F-1
éFattori proapoptotici
pRB
ppRB
inattiva
G2
G2
19
ppRB
20
5
Virologia HPV e Polioma
Interferenze virali nella regolazione della fase S
del ciclo cellulare
IL PROTEASOMA
Il trituratutto della cellula
fosforilazione
ciclina D
CDK 4/6
pRB
complesso
pRB-E2F
F
A
S
E
enzimi
FASE S
E2F libero
pRB
p107
p130
complesso
ciclina ACDK1
complesso
ciclina ECDK 2
p21cip1
p27kip1
S
cull2
Mi2β
E7
APOPTOSI
p53
ubiquitina
E6AP
cromatina
AP1
BAK
E6
CBP/p300
γtubulina
BRCA
Repressor
PDZ binding domain
differenziamento cellulare
Paxillina
hDlg
hScribble
Funzionalità del fuso mitotico
Instabilità genomica e aneuploidia
XRCC1
ligaseIII
hTERT
Riparo di rotture del
singolo filamento di DNA
Stabilizzazione del citoscheletro
differenziamento cellulare
In giallo e grigio sono rappresentate le proteine cellulari, in viola quelle virali;
le frecce arancio rappresentano attivazione, le barre rosse inibizione.
21
Interferenze virali nella regolazione della fase S
del ciclo cellulare
fosforilazione
ciclina D
CDK 4/6
pRB
complesso
pRB-E2F
E2F libero
pRB
p107
p130
complesso
ciclina ACDK1
complesso
ciclina ECDK 2
p21cip1
p27kip1
Mi2β
E7
ubiquitina
AP1
E6
CBP/p300
γtubulina
differenziamento cellulare
CDK 4/6
Mi2β
E7
Anomalie del fuso mitotico
Stabilizzazione del citoscheletro
In giallo e grigio sono rappresentate le proteine cellulari, in viola quelle virali;
le frecce arancio rappresentano attivazione, le barre rosse inibizione.
E2F libero
Riparo di rotture del
singolo filamento di DNA
differenziamento cellulare
E6
differenziamento cellulare
Paxillina
EGFR
Immortalizzazione e trasformazione cellulare
23
E5
BAK
BRCA
Repressor
PDZ binding domain
Anomalie del fuso mitotico
Allungamento
dei telomeri
S
APOPTOSI
p53
E6AP
CBP/p300
γtubulina
hTERT
complesso
ciclina ACDK1
complesso
ciclina ECDK 2
p21cip1
p27kip1
ubiquitina
AP1
BRCA
Repressor
XRCC1
ligaseIII
F
A
S
E
enzimi
FASE S
cromatina
BAK
hDlg
hScribble
complesso
pRB-E2F
cull2
PDZ binding domain
Paxillina
pRB
pRB
p107
p130
APOPTOSI
p53
E6AP
cromatina
fosforilazione
ciclina D
S
cull2
22
Interferenze virali nella regolazione della fase S
del ciclo cellulare
F
A
S
E
enzimi
FASE S
Allungamento
dei telomeri
Stabilizzazione del citoscheletro
In giallo e grigio sono rappresentate le proteine cellulari, in viola quelle virali;
le frecce arancio rappresentano attivazione, le barre rosse inibizione.
hDlg
hScribble
XRCC1
ligaseIII
Riparo di rotture del
singolo filamento di DNA
differenziamento cellulare
hTERT
Allungamento
dei telomeri
24
6
Virologia HPV e Polioma
Interferenze virali nella regolazione della
risposta immunitaria
I fattori della persistenza
L’OSPITE
• Immunocompetenza
• Risposta cellulo-mediata
• Fattori genetici e fattori correlati ad abitudini di vita
– Fumo di sigarette (metaboliti del tabacco)
– Numero di parti
Stimolazione da parte del
progesterone dell‘enhancer virale
– Uso protratto di contraccettivi orali
p53
E7
ubiquitina
BAK
E6AP
IL VIRUS
• Espressione di proteine che interferiscono nella regolazione del
ciclo cellulare (èfase S)
• Capacità di interazione e affinità delle oncoproteine virali (HR PVs)
per i substrati cellulari
• Infezione di cellule in attiva divisione che non attraversano mai la
membrana basale ed espressione di antigeni virali in cellule
superficiali difficilmente raggiungibili dal sistema immune 25
Interferenze virali nella regolazione della
risposta immunitaria
1
presentazione
antigenica
TAP1
E6
ISGF-3
IRF-1
Trasporto dei peptidi nel reticolo
endoplasmico per l’assemblaggio
con le proteine MHC
Processamento nel reticolo
endoplasmico delle proteine MHC
Il-18
Risposta immunitaria di tipo Th1 e NK
IRF-3
Tyk2
IFNβ
STAT-1
3
citokine
geni indotti da IFNα/β
Jak-Stat pathway indotto da IFNα/β
E5
In giallo e grigio sono rappresentate le proteine cellulari, in viola quelle virali;
le barre rosse rappresentano inibizione,le frecce arancione attivazione.
2
sistema interferonico
26
Mechanisms of HPV carcinogenesis
4
APOPTOSI
MHC class I
heavy chain
promoters
p53
E7
ubiquitina
BAK
Il-18
E6AP
1
presentazione
antigenica
4
APOPTOSI
MHC class I
heavy chain
promoters
TAP1
E6
ISGF-3
IRF-1
Trasporto dei peptidi nel reticolo
endoplasmico per l’assemblaggio
con le proteine MHC
Processamento nel reticolo
endoplasmico delle proteine MHC
Risposta immunitaria di tipo Th1 e NK
IRF-3
Tyk2
IFNβ
STAT-1
3
citokine
geni indotti da IFNα/β
Jak-Stat pathway indotto da IFNα/β
E5
In giallo e grigio sono rappresentate le proteine cellulari, in viola quelle virali;
le barre rosse rappresentano inibizione,le frecce arancione attivazione.
2
sistema interferonico
27
28
7
Virologia HPV e Polioma
genotipi di HPV associati
a lesioni cutanee
HPV umani: CLASSIFICAZIONE
Ad oggi sono stati identificati più di 106 genotipi di HPV (di cui
circa 40 genitali)
Esempio di classificazione genetica
§ Nuovo genotipo: quando la divergenza nella sequenza nucleotidica
della regione L1 (rispetto alla sequenza corrispondente di genomi di
tipi conosciuti) è ≥10% ma <30%
§ Sottotipi: la divergenza è compresa tra il 10% e 2%
§ Varianti: mostrano una divergenza tra il < 2%
Verruche comuni, piane,
plantari e palmari
1, 2, 3, 4, 7, 10, 26-29, 41, 48, 49, 75,
76, 77
Verruche in
Epidermodispl. verruciforme
5, 8, 9, 12, 14, 15, 17, 19, 20, 46,
47
Carcinomi cutanei in
Epidermodispl. verruciforme
5, 8, 14, 17, 20, 47
Carcinomi cutanei
16, 18, 33, 34, 35, 41
I diversi genotipi vengono denominati con dei numeri.
epidermodisplasia verruciforme
ASSOCIAZIONE TRA GENOTIPI, LOCALIZZAZIONE ANATOMICA
DELL’INFEZIONE E TIPO DI LESIONE (PATOLOGIA) ASSOCIATA
29
30
genotipi di HPV associati
a lesioni mucosali
VIE RESPIRATORIE:
Papillomi
Ca. laringo-bronchiali
CONGIUNTIVA:
Papillomi
CAVITA’ ORALE:
Iperplasia epiteliale focale
Ca. oro-faringei
TRATTO GENITALE:
Condilomi acuminati
Condilomi piani
Papulosi bowenoide
Ca. vulvari, penieni, anali
Ca. cervice uterina
6, 11
16, 18
Patologie
6, 11
Papilloma tonsillare
3, 32
1
16, 18
6, 11
6, 11, 16, 18, 31
16
16, 18, 31, 33, 39, 40, 59, 68
6, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58,
1
59, 67, 68, 73 e 82
relazione tra genotipo epitelio e lesione
31
Ca. cervice
Ca. Pene
Ca. Vulva
Ca. Vagina
Ca. Ano
Ca. bocca
Ca. oro-faringe
tassi di incidenza
10 /100.000
<1 /100.000
0,5-1,5 /100.000
0,3-0,7 /100.000
<1 /100.000
10 /100.000
10 /100.000
% attribuibile all’HPV
100%
40%
40%
40%
90%
3%
12%
(70%
(63%
(80%
(80%
(92%
(95%
(89%
HPV 16,18)
HPV 16,18)
HPV 16,18)
HPV 16,18)
HPV 16,18)
HPV 16,18)
HPV 16,18)
Condilomi ano-genitali
100% (100% HPV 6,11)
Papillomatosi respiratoria
giovanile ricorrente
100% (100% HPV 6,11)
Fonte: Vaccine 2006; AIRT Rapporto 2006 EpidPrev.
32
32
8
Virologia HPV e Polioma
L’infezione genitale da HPV
HPV: modalità di trasmissione
ü E’ la più comune delle infezioni a trasmissione sessuale e la
trasmissione può avvenire anche tramite semplice contatto
nell’area genitale
ü Il 50-80% dei soggetti sessualmente attivi si infetta nel corso
della vita con un PV e fino al 50% si infetta con un tipo
oncogeno
ü La storia naturale dell’infezione è fortemente condizionata
dall’equilibrio che si instaura fra ospite ed agente infettante
ü L’infezione può regredire, persistere o progredire
• HPV cutanei
- contatto diretto
- contatto con superfici contaminate
- autoinoculazione
• HPV mucosi
• regione anogenitale
- sessuale (fomiti, perinatale)
• app. respiratorio
- oro-genitale
- perinatale
• congiuntiva
- perinatale
ü Il 70% delle infezioni regredisce frequentemente dopo
un anno e il 90% in due anni, sono per lo più transitorie e
asintomatiche.
33
Infezione da HPV e SIL
§ L’infezione da HPV in genere decorre senza provocare lesioni
(latente o subclinica) e si risolve (immunità cellulo-mediata)
§ Periodo di incubazione da 3 settimane a 8 mesi
§ Nella maggior parte dei soggetti, lo sviluppo delle verruche genitali
avviene a 2-3 mesi circa di distanza dall’infezione. La regressione
spontanea ha luogo entro 3 mesi nel 10-30% dei pazienti.
§ L’infezione da HPV può tuttavia causare l’insorgenza di una
generica infiammazione cervicale, LSIL (lesioni intraepiteliali
squamose basso grado) che regredisce spontaneamente nella
maggiorparte dei casi
– ma nel 30% persiste (HSIL)
L’infezione persistente con HPV oncogeni è la condizione necessaria per
l’evoluzione a carcinoma
– nell’11% di questi si svilupperà come carcinoma in situ
Ø Impossibile prevedere l’evoluzione
35
Baseman JG et al. J ClinVirol2005; 32 Suppl1; S16−24; Brown DR et al. J Infect Dis2005; 191: 182–92; Bosch FX et
al. J NatlCancer Inst Monogr2003; 3−13
34
Prevalenza delle infezioni da HPV e cofattori
del carcinoma della cervice uterina
ü Correlata all’età (massima tra i
15 e i 25 anni)
ü Correlata al numero dei partner
e alla frequenza dei rapporti
sessuali
ü Correlata allo stato immunitario
(maggiore in pazienti HIV positivi)
ü Correlata alle abitudini di vita
(fumo, contraccettivi orali)
36
9
Virologia HPV e Polioma
HPV e carcinoma della cervice
DIAGNOSI “INDIRETTA”
• Il carcinoma della cervice è la
seconda causa di morte per
tumore tra le donne (dopo il
carcinoma della mammella)
Le indagini di tipo indiretto evidenziano lesioni clinicamente
apparenti o modificazioni cellulari e di tessuto indotte dal virus.
• 500.000 nuovi casi di carcinoma
della cervice uterina ogni anno nel
mondo. In Italia, 3500 nuovi casi e
1000 decessi
Non evidenziano le infezioni subcliniche (latenti)
• Indagine
clinica e colposcopica
• Nel 99.7% dei casi di carcinoma
della cervice si trova DNA di HPV
(in PCR)
• Indagine microscopica di strisci cellulari (Pap-test)
permette di valutare il grado di displasia (LSIL, ecc)
• Il 53% dei carcinomi della cervice
correlati ad HPV sono associati al
16, il 15% al 18, il 9% al 45, il 6%
al 31 e il 3% al 33 (fonte AIRC)
[questi High Risk=85%]
• Indagine microscopica di preparati bioptici permette
di valutare il grado di neoplasia cellulare
intraepiteliale (CIN I, II, III)
37
˜ et al., N Eng J Med, 2003
Munoz
Diagnostica citologica:
coilocitosi e paracheratosi sono patognomoniche d’infezione da HPV
38
DIAGNOSI VIROLOGICA
HPV non può essere coltivato in vitro se non utilizzando
le cosiddette colture organotipiche
• Il ciclo replicativo di HPV dipende infatti da fattori ed eventi
che legati alla maturazione e differenziazione dei cheratinociti,
situazione difficilmente riproducibile in vitro
l’isolamento virale non è percorribile
Multinucleate
Alone perinucleare
Nuclei grandi
Ipercromatici
• I diversi genotipi di HPV hanno proteine capsidiche
antigenicamente simili (bassa specificità)
• Le proteine capsidiche vengono espresse solo nelle infezioni
produttive (bassa sensibiltà)
Specificità < 60%
eventualmente p16INK4a
marcatore istologico di infezione ad alto rischio:
indicatore di proliferazione cellulare e senescenza
(overespresso in seguito a infezione con PV alto rischio)
La diagnosi sierologica è poco affidabile
39
40
10
Virologia HPV e Polioma
Sequenze consenso di 93 HPV L1
DIAGNOSI DIRETTA
LCR E6 E7
452bp
MY11
HPV31
MY09
GP6+
E1
L1
• Ricerca del genoma virale in cellule e tessuti
• Identificazione del genotipo virale
L2
E2
E5
• Tecniche di ibridazione
E4
– Dot-blot ibridazione
– Ibridazione in fase liquida e cattura in micropiastra (Hybrid Capture)
– Ibridazione “in situ”
SPF2
SPF1
GP5+
MY11
• Tecniche di amplificazione genica
G C A C A G G G C C A T A A T A A T G G T A T T T G T T G G G G T A A T C A G T T G T T T G T T A C T G T T G T A G A T A C T A C A C G T A G T A C T A A T T T TA C T A T T T G T G C T G C T A C A GC T G - - -- - - 10
– PCR con primer tipo-specifici
– PCR con primer “di consenso” e analisi dei pattern di restrizione
– Microarrays
30
40
50
60
70
80
90
100
110
- - - - - C - - - - - - T - - - - - - - - - - - - - - - - - - A C A T A T A A T G C T A C T A A T T T T A A G G A A T A T T T A A G A C A T G T G G A G G A A T AT G A T T T A C A G T T
120
130
140
150
160
170
173bp
41
HPV: PCR & Restriction digestion of positive reactions
20
180
190
200
GP6+
42
Possibilità terapeutiche
Non esiste una terapia specifica per
l’infezione da HPV.
173-203 bp
RSA I
Neg h68 neg h56
h68 h87
h16
•
Rimozione delle lesioni: conizzazione,
laser, crioterapia, elettrocoagulazione
•
Interferone (α e β): in lesioni molto
estese, in condilomi acuminati ricorrenti
o in papillomatosi laringee (troppo alto
rapporto costi/benefici)
•
Podofillina + vidarabina: hanno
mostrato un buon potenziale terapeutico
nel trattare lesioni tipo CIN.
•
Imiquimod: nuovo farmaco per il
trattamento dei condilomi, sembra avere
una buona efficacia in quanto stimola le
difese immunitarie (citochine TH1
risposta CTL) e la produzione di
interferone
TRU91
h11 h16 h27
+h31
h66
Neg h68
h18
179
126
75
65
51
36
neg h56
h68 h87
h16
h11 h16 h27 h66 h18
+h31
179
126
75
65
51
36
43
44
11
Virologia HPV e Polioma
Prospettive vaccinali
• Vaccinazione preventiva (due vaccini approvati)
– Virus like particles (VLP) esprimono L1, L2 (HPV16 e 18; HPV16,18,6,11)
inseriti in baculovirus o lievito
– Immunità mucosale, produzione di IgA
– La protezione conferita è tipo-specifica e specie-specifica
– Non si conosce la durata della protezione
– Tali vaccini non sono efficaci se somministrati dopo il contatto con il
virus
– Devono essere vaccini polivalenti (comprendere i genotipi più
importanti)
– Devono essere somministrati prima dell’inizio dell’attività sessuale
• Vaccinazione terapeutica per elevare la risposta CTL
– Strategie prime-boost (vaccino a DNA prima e poi un richiamo con le
proteine) (E2, E6, E7, L1, L2)
Polyomavirus
umani
Famiglia polyomaviridae
Genere JC virus, BK virus
Polyoma virus e SV40 nel topo e nella
scimmia
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Human Polyomavirus
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A cornucopia of human polyomaviruses
genus
Orthopolyomavirus
genus
Wukipolyomavirus
James A. DeCaprio and Robert L. Garcea
NATURE REVIEWS | MICROBIOLOGY VOLUME 11 | APRIL 2013 | 265
Negli ultimi 6 anni la ricerca di nuovi
virus ha portato alla scoperta di 9
nuovi polyomaviruse umani,
comprendenti il Merkel cell
polyomavirus associato ad un letale
cancro della cute, il carcinoma a
cellule di Merkel (2008) in soggetti
immunocompromessi.
La scoperta di così numerosi e
altamente divergenti polyomavirus
umani solleva interrogativi circa le
relazioni tra tropismo/evoluzione,
latenza/riattivazione, stato immune/
patogenesi.
James A. DeCaprio and Robert L. Garcea
NATURE REVIEWS | MICROBIOLOGY VOLUME 11 | APRIL 2013 | 265
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Virologia HPV e Polioma
Il genoma
Il virus
• piccolo (45-50nm)
• capside icosaedrico
– 72 capsomeri
– tre proteine VP1-3
polyomavirus
• senza envelope
• ds DNA (circolare superavvolto)
– 4 istoni cellulari sono associati con
il DNA a formare “mini cromosoma”
– 5.000 bp
• Replicazione nel nucleo
• Costituiscono un importante modello di virus tumorali
• Le oncoproteine interagiscono con le proteine cellulari
soppressive tumorali.
James A. DeCaprio and Robert L. Garcea. (2013). A cornucopia of human
polyomaviruses. Nature Reviews Microbiology. doi:10.1038/nrmicro2992
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3 regioni funzionali
Precoce: proteine non strutturali
espresse subito dopo l’infezione
prima della replicazione del
genoma.
Tardiva: proteine del capside e
LP1, espresse durante e dopo la
replicazione del genoma.
Regolatoria: contiene i promotori
& enhancer della trascrizione più
l’origine di replicazione del DNA .
Un esempio di come condensare la massima informazione (6-8 geni)
in un minimo spazio: usando entrambi i filamenti per la trascrizione,
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sovrapponendo le ORF e sfruttando il processo di splicing nucleare
Ciclo replicativo
IL CONTROLLO TEMPORALE
(PRECOCE vs TARDIVO)
DELL’ESPRESSIONE DEI GENI E’
UN ATTEGGIAMENTO COMUNE AI
VIRUS DELLA CLASSE I.
48-72 hrs
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Lo schift precoce-tardivo dipende
dall’aumento di [Tag] -> reprime il
promotore precoce e stimola la
replicazione (legame a DNA pol e DBP,
passaggio della cellula dalla fase G1 a S)
Attacco: il recettore cellulare
contiene acido sialico
Antirecettore sul virus è VP1
Entry: VP2/3 miristilate interagiscono
con le membrane -> ingresso
Il vacuolo endocitico interagisce con
il citoscheletro
Ciò favorisce il trasporto al nucleo
Ingresso attraverso i pori nucleari
Uncoating: avviene nel nucleo
(coinvolgimento di VP2/3)
Espressione: geni precoci
Replicazione: dipende pesantemente
dagli enzimi cellulari
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Espressione: geni tardivi
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Virologia HPV e Polioma
Polyomavirus e tumori
Interazione con gli antioncogeni
• La trascrizione dei geni tardivi avviene nelle cellule permissive
(infezione litica produttiva, uccide la cellula -> no trasformazione)
• L’infezione può essere non-produttiva, sono espressi solo i geni
precoci (infezione abortiva che può portare a trasformazione)
• I geni precoci interagiscono con p53 ed RB promuovendo la
crescita cellulare e la trasformazione
• I geni precoci dei poliomavirus trasformano le cellule in coltura
• Con l’eccezione di Polyoma Virus, che può causare tumori solidi
in siti multipli nel topolino, il potenziale oncogeno di JC, BK,
SV40 non si sviluppa nell’ospite naturale (motivi sconosciuti) ma
è causa di tumori nell’hamster
• Nel carcinoma cutaneo a cellule di Merkel il DNA è stabilmente
integrato e presenta delezioni per il T-ag che lo rendono
incapace di legare DBP e elicasi cellulari, quindi sono eliminate
le funzioni replicative ma preservate quelle oncogene (Rb-bind)
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POLIOMAVIRUS UMANI
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Patogenesi delle infezioni da poliomavirus
umani JC e BK
• Rappresentati da tre soli virus
– BKV
– JCV
– MCV
• L’infezione è di norma asintomatica
acquisita nell’infanzia
• Anticorpi anti BK e JC presenti
nell’80% della popolazione
• MCV rilevato nella pelle della maggior parte degli adulti
• Ruolo eziologico di MCV nel MCC: classificato come
“probabilmente cancerogeno per l'uomo” (IARC)
• La modalità di trasmissione, il tropismo cellulare e le caratteristiche
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del suo stato di latenza restano ancora da chiarire.
Latenza / infezione occulta
Il significato di latenza
dovrebbe essere
riconsiderato nel caso di
queste infezioni in cui
verosimilmente si ha un
livello di minima replicazione
o affatto, ma l’acido nucleico
è presente in alcune cellule
del tubulo prossimale del
nefrone.
PVAN
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Virologia HPV e Polioma
Poliomavirus in immunodepressi
JC causa una malattia
subacuta demielinizzante
fatale: la leucoencefalopatia
multifocale progressiva
(PML) in pazienti HIV/AIDS
e in pazienti con sclerosi
multipla trattati con
natalizumab
Non esiste trattamento se
non la riduzione della
immudeficienza
La localizzazione al SNC è conseguente alla
replicazione nell’endotelio dei vasi che permette
il passaggio della barriera ematoencefalica.
Infezione abortiva degli astrociti
(trasformazione e lesioni simili a
glioblastomi) e infezione litica degli
oligodendrociti (demielinizzazione)
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