Введение

Вирусное преобразование – это изменение роста, фенотипа или неограниченного размножения клеток, вызванное внедрением наследственного материала. В результате этого процесса вирус вызывает вредные преобразования клетки или клеточной культуры in vivo. Этот термин также может означать трансфекцию ДНК с использованием вирусного вектора. Вирусное преобразование может происходить как естественным, так и искусственным путем. Естественные преобразования включают вирусные онкологические заболевания, такие как вирус папилломы человека (ВПЧ) и вирус лейкемии Т-клеток I типа. Гепатиты B и C также являются результатом естественного вирусного преобразования клеток хозяина. Вирусное преобразование также может быть индуцировано для использования в медицинских целях. Вирусно-преобразованные клетки можно отличить от нетрансформированных клеток по различным характеристикам роста, поверхностным и внутриклеточным признакам. На рост трансформированных клеток может влиять потеря ограничения роста, обусловленная контактом клеток, менее направленный рост и высокая плотность насыщения. Трансформированные клетки могут терять плотные контакты, увеличивать скорость транспорта питательных веществ и повышать секрецию протеаз. Преобразование также может влиять на цитоскелет и изменять количество сигнальных молекул.

Постоянные инфекции

Существует три типа персистирующих инфекций: латентная, хроническая и медленная, при которых вирус остается внутри клетки-хозяина в течение продолжительного времени. При латентных инфекциях экспрессия инфицированного вирусного генома минимальна или отсутствует вовсе. Геном остается в клетке-хозяина до момента готовности вируса к репликации. Хронические инфекции оказывают схожее клеточное воздействие, как и острые цитоцидные инфекции, однако в трансформации участвует ограниченное число вирусных частиц и вирусов. Наконец, при медленных инфекциях наблюдается более длительный инкубационный период, в течение которого могут отсутствовать какие-либо физиологические, морфологические или субклеточные изменения. Этот процесс противоположен литическому циклу, когда вирус использует репликационный аппарат клетки-хозяина исключительно для собственного размножения, после чего разрушает клетку-хозяина. Процесс аналогичен в клетках животных. В большинстве случаев вирусная ДНК не вводится непосредственно в клетку животного, а вирус покрывается частью мембраны, которую затем клетка поглощает вместе с вирусом. Этот процесс, называемый эндоцитозом, показан на рисунке 3.

Трансформация клетки-хозяина

Вирусная трансформация нарушает нормальную экспрессию генов клетки-хозяина, отдавая приоритет экспрессии ограниченного числа вирусных генов. Вирус также может нарушать межклеточные взаимодействия и вызывать ускоренное деление клеток.

Физиологические

Вирусная трансформация может наделять клетку характерными определяемыми признаками. Типичные фенотипические изменения включают высокую плотность насыщения, рост, не зависящий от прикрепления, потерю ингибирования контакта, потерю ориентированного роста, иммортализацию и нарушение цитоскелета клетки.

Биохимические

Вирусные гены экспрессируются с использованием репликационного аппарата клетки-хозяина; поэтому многие вирусные гены имеют промоторы, поддерживающие связывание множества факторов транскрипции, естественным образом присутствующих в клетках-хозяевах. Эти факторы транскрипции, наряду с собственными белками вируса, могут подавлять или активировать гены как вируса, так и генома клетки-хозяина. Многие вирусы также могут увеличивать выработку регуляторных белков клетки. В вирусологии анализы (тесты) могут использоваться для дифференциации трансформированных и нетрансформированных клеток. Изменение используемого анализа изменяет селективное давление на клетки и, следовательно, может изменить свойства, которые отбираются в трансформированных клетках. Этот анализ обладает высокой чувствительностью по сравнению с другими анализами, используемыми для вирусного анализа, такими как анализ снижения продуктивности. Примером анализа, не требующего прикрепления к субстрату, является анализ с использованием мягкого агара. В ходе анализа оценивается способность клеток расти в геле или вязкой среде. Трансформированные клетки могут расти в этой среде и считаются не требующими прикрепления. Клетки, которые могут расти только при прикреплении к твердой поверхности, являются нетрансформированными и требующими прикрепления. Этот анализ считается одним из наиболее строгих для выявления злокачественной трансформации.

В анализе с пониженным содержанием сыворотки клетки исследуются путем выявления изменений в потребностях клеток в сыворотке. Нетрансформированным клеткам требуется не менее 5% сыворотки в среде для роста; однако трансформированные клетки могут расти в среде со значительно меньшим содержанием сыворотки. К числу таких вирусов, которые обычно выделяют, относятся ВПЧ, вирус лейкемии Т-клеток I типа и вирус гепатита B. Вирусный онкогенез наиболее распространен при инфекциях ДНК- и РНК-содержащими опухолевыми вирусами, чаще всего ретровирусами. Существует два типа онкогенных ретровирусов: остро трансформирующие вирусы и не остро трансформирующие вирусы. Острые трансформирующие вирусы индуцируют быстрый рост опухоли, поскольку они несут вирусные онкогены в своей ДНК/РНК для стимуляции такого роста. Примером остро трансформирующего вируса является вирус саркомы Рауса (RSV), несущий онкоген v-src. v-Src является частью c-src, который представляет собой клеточный протоонкоген, стимулирующий быстрый рост и пролиферацию клеток. Неострый трансформирующий вирус, с другой стороны, индуцирует медленный рост опухоли, поскольку он не несет вирусных онкогенов. Он индуцирует рост опухоли путем транскрипционной активации протоонкогенов, в частности длинного терминального повтора (LTR) в протоонкогенах.

Папилломавирусы

Папилломавирусы обычно поражают эпителиальные клетки и вызывают широкий спектр заболеваний, от бородавок до рака шейки матки. При трансформации клетки вирусом папилломы человека (ВПЧ) нарушается функция клеточных белков и происходит деградация других клеточных белков.

Вирусы герпеса

Считается, что герпесвирусы, герпесвирус, ассоциированный с саркомой Капоши, и вирус Эпштейна-Барр способны вызывать рак у человека, в частности, саркому Капоши, лимфому Беркитта и карциному носоглотки. Несмотря на то, что в этих вирусах идентифицированы гены, ответственные за трансформацию, механизмы, посредством которых вирус трансформирует и реплицирует клетку-хозяина, остаются неясными.

Медицинское применение

Существует множество областей применения, где вирусная трансформация может быть искусственно индуцирована в культуре клеток для лечения болезни или иного состояния. Культура клеток инфицируется вирусом, вызывающим трансформацию; трансформированные клетки затем могут быть использованы либо для производства терапевтических средств, либо для непосредственного введения в организм.

Персонализированные интерфероны I типа

Интерфероны I типа (IFN) используются для лечения широкого спектра заболеваний, включая гепатит С, рак, вирусные и воспалительные заболевания. ИФН могут быть получены из натурального источника, такого как культивируемые клетки человека или лейкоциты крови, или произведены с использованием рекомбинантных ДНК-технологий. Большинство этих методов лечения ИФН характеризуются низкой эффективностью. Для создания персонализированных ИФН предлагается использовать вирусную трансформацию вируса Эпштейна-Барра (EBV). В этом процессе первичные B-лимфоциты трансформируются с помощью EBV. Затем эти клетки могут быть использованы для производства ИФН, специфичных для пациента, от которого были получены B-лимфоциты. Такая персонализация снижает вероятность развития антителообразования и, следовательно, повышает эффективность лечения. Идея использования вирусов для лечения рака впервые возникла в 1951 году, когда у 4-летнего мальчика наблюдалась временная ремиссия лейкемии во время ветряной оспы. Это привело к исследованиям в 1990-х годах, в ходе которых ученые работали над созданием штамма вируса простого герпеса, достаточно сильного для инфицирования и трансформации опухолевых клеток, но достаточно слабого, чтобы не повреждать здоровые клетки. Лечение пациентов с использованием вирусной трансформации может быть более безопасным и эффективным, чем традиционные методы, такие как химиотерапия. Вирусы, используемые для лечения рака, усиливают свою активность и повышают эффективность по мере размножения в организме, вызывая лишь незначительные побочные эффекты, такие как тошнота, усталость и боли.