Scuola di Scienze mediche e Farmaceutiche

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1 Scuola di Scienze mediche e Farmaceutiche IL PAPILLOMAVIRUS Prof. Oliviero E. Varnier Laboratorio di Microbiologia Molecolare, Sezione di Microbiologia dell Università UO Microbiologia Azienda Ospedaliera Universitaria H San Martino Laboratorio di Microbiologia e Virologia, Cenbtro Biotecnologie Avanzate GENOVA Sezione di Microbiologia Dipartimento di Scienze Chirurgiche R Diagnostiche Integrate (DISC)

2 IL PREMIO NOBEL PER LA MEDICINA 2008 zur Hausen H, Meinhof W, Scheiber W, Bornkamm GW. Attempts to detect virusspecific DNA in human tumors. I. Nucleic acid hybridizations with complementary RNA of human wart virus. Int J Cancer 13: , Di 37

3 La storia Nel 1976 Harald zur Hausen pubblicò l'ipotesi che HPV avesse un ruolo importante nella patogenesi del carcinoma della cervice uterina. Nel 2008 vince il premio NOBEL 3 Di 37

4 informazione HPV and vaccination: knowledge, attitudes and behavioural intention in adolescents and young women in Italy Di Giuseppe G. e coll. Br J Cancer, 2008 solo il 23% ha conoscenza del problema 4 Di 37

5 SAPETE RISPONDERE AI SEGUENTI QUESITI? 1) I papillomavirus sono frequenti o rari? 2) Come si trasmettono i papillomavirus? 3) I papillomavirus causano un tumore nella donna? 4) I papillomavirus causano altre malattie? 5) Con quale meccanismo gli HPV causano il tumore? 6) Si guarisce dall'infezione da papillomavirus? 7) Posso sapere se ho anticorpi contro HPV e se ho contratto l'infezione da HPV? 8) La donna, che ha contratto l'infezione da HPV, svilupperà il tumore dell'utero? 9) Il vaccino contro HPV previene il tumore del collo dell'utero? 10) Perchè funziona il vaccino contro i papillomavirus? 11) Perchè si vaccinano solo le ragazze dodicenni? 5 Di 37

6 CHI SONO I PAPILLOMAVIRUS? " I Papillomavirus sono piccoli, circa nm di diametro. " Non hanno pericapside, sono particelle icosaedriche. " Il loro capside è composto da due proteine: L1 (maggiore) e L2 (minore). " Il genoma di HPV è circolare, dsdna, di circa bp. 6 Di 37

7 VIRUS-LIKE PARTICLE = VLP - ATOMIC FORCE " Con la tecnologia ricombinante i geni L1 dell HPV 16 sono stati espressi in cellule di lievito e di insetti. " Le proteine capsidiche L1 si auto-assemblano in VLPs con una elevata efficienza e possono essere purificate. " Le VLPs sono simili ai virioni dei papillomavirus con una immunigenicità simile a quella dei virioni infettivi. " Le VLPs sono contenitori vuoti privi di materiale genetico. 7 Di 37

8 ASSEMBLAGGIO DELLE PARTICELLE SIMIL-VIRALI (VLPs) Quando la proteina L1 viene sintetizzata in quantità sufficienti ( VLPs ) spontaneamente si assembla a formare Virus-Like Particles Proteine L1 ( kd (55-57 Capsomero L1 72 ( kd (~280 capsomeri Virus-Like Particle (~20,000 kd) 5 x L1 Atomic force miscroscopic picture: Merck Research Laboratories). 1. Kirnbauer et al. Proc Natl Acad Sci USA 1992;89: Kirnbauer et al. J Virol 1993;67: Galloway. In Current Research on Papillomaviruses. (Ed). C. Lacey. Leeds Medical Information, Leeds University Press, Leeds, 1996: Brown et al. Virology 1996;222: Carter et al. Clin Dermatol 1997;15: Di 37

9 Proteine Funzioni Precoci Funzioni delle Proteine di HPV " E1 replicazione del DNA virale " E2 trascrizione e replicazione virale " E4 proteina tardiva NS che taglia il citoscheletro " E5 proteina trasformante inibitrice della degradazione " E6 principale proteina trasformante, lega P53 " E7 proteina trasfornante, lega RB Tardive " L1 principale proteina virale del capside " L2 proteina virale del capside 9 Di 37

10 LE MALATTIE CAUSATE DAI PAPILLOMAVIRUS " HPV causano verruche e alcuni genotipi sono associati a tumori nella donna (carcinoma della cervice) e nell uomo (carcinoma del pene) 10 Di 37

11 PAPILLOMAVIRUS: MILESTONES NELLA RICERCA 460 AC le verruche genitali definite condilomi 1842 la natura venerea del cancro della cervice 1907 natura virale delle verruche cutanee Ciuffo (Università di ( Cagliari 1965 caratterizzazione strutturale e molecolare di HPV DNAdi veruche della cute 1975 ipotesi che HPV sia la causa del cancro della cervice zur Hausen 1979 classificazione dei HPV 1984 HPV 18 nel cancro della cervice 1999 HPV nel 99.7% dei cancri della cervice HPV Nobel Medicina 1891 Inatura infettiva delle verruche comuni 1962/1967 Papovavirus umani 1983 HPV 16 nel carcinoma cervicale 2006 I vaccino per HPV 25 PC tre tipi di verruche identificati 1949 particelle di HPV nelle verruche delal ( EM ) cute Diversità dei tipi di HPV 1992 produzione di VLP mediante autoassemblaggio di L1 e L2 Where EM = electron microscopy; HPV = human PapillomaVirus; VLP = virus-like particle. Syrjänen and Syrjänen. Papillomavirus infections in human pathology. Wiley & Sons, Chichester; p.1 10; Munoz N. J Clin Virol. 2000;19: Di 37

12 QUESITO? CON QUALE MECCANISMO GLI HPV CAUSANO IL TUMORE? 12 Di 37

13 REPLICAZIONE " regioni precoci " proteine non-strutturali tumorali " Antigene T grande " Antigene t piccolo " regioni tardive " proteine del capside " VP1 " VP2 " VP3 13 Di 37

14 REPLICAZIONE VIRALE Non sintetizzano DNA-polimerasi: utilizzano enzimi cellulari Cellule permissive Trascrizione mrna virale tardivo Replicazione virale ( citopatico Morte cellulare (effetto Cellule NON permissive Espressione geni precoci Trasformazione oncogena della cellula 14 Di 37

15 VIRUS TUMORALI A DNA: Oncogeni Adenovirus E1A region 2 SV 40 Large T JC poliomavirus BK poliomavirus Large T Large T Papillomavirus Umano 16 E7 Tutti hanno una sequenza in comune e mutazioni in questa regione aboliscono la capacità trasformante 15 Di 37

16 MECCANISMI DI TRASFORMAZIONE CELLULARE Replicazione cellulare attiva Cellula embrionale indifferenziata Gene di controllo della replicazione Cellule differenziate Blocco della replicazione p53 RB Gene oncosoppressore blocca il Gene di controllo della replicazione 16 Di 37

17 MECCANISMI DI TRASFORMAZIONE CELLULARE PROTEINA ONCO-SOPPRESSIVA: p53 prb p53 gene p53 gene p53 gene HCV HPV P53 P53 P53 P53 DNA Papilloma proteolisi Blocco della replicazione replicazione replicazione 17 Di 37

18 PAPILLOMAVIRUS UMANI ( 2-10% ) " Si conoscono oltre 200 tipi di HPV " 85 genotipi sono stati caratterizzati " HPV possono infettare cellule epiteliali basali della cute oppure lo strato esterno dei tessuti e sono quindi classificati in: " tipi cutanei: epidermotropi-> cute delle mani e dei piedi " tipi mucosali: mucosa della bocca, gola, apparato respiratorio ed epitelio anogenitale 18 Di 37

19 PAPILLOMAVIRUS UMANI " Storicamente, HPV 16 e HPV 18 sono stati considerati i tipi con il più alto rischio oncogeno; " i tipi 6 e 11 sono HPV a basso rischio; " HPV 31, 33 e 35 sono stati considerati a rischio intermedio; " Questi 7 tipi di HPV causano circa il 70% dei tumori cervicali; " Alto rischio (HR):16, 18, 31, 33, 34, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59, 66, 68, 70, 73, 26, 30, 54. " Basso rischio (LR): 6, 11, 40, 42, 43, Di 37

20 HUMAN PAPILLOMAVIRUS PHILOGENETIC 20 Di 37

21 CLASSIFICAZIONE HPV ALBERO FILOGENETICO di 30 TIPI 1 Condilomi genitali 11* 7* 6* 13* 40* 57 44* 10* 2* 3* 43* 32* 42* *Lesione intraepiteliale squamosa di basso grado L-SIL* / CIN1 Neoplasia Cervicale Intraepiteliale HPV Cutanei ( LR (*basso rischio, HPV Mucosali ( 2 alto rischio, HR ( H-SIL*/CIN 2-3 Lesione intraepiteliale squamosa di alto grado 1. Adapted from Wieland U and Pfister H. Papillomaviruses in human pathology: Epidemiology, pathogenesis and oncogenic role. In: Gross, Barrasso Eds. Human papilloma virus infection: A clinical atlas. Ullstein Mosby; p Lui J et al (Eds): IDEAL 2003, LNCS p , Springer-Verlag, Berlin Heidelberg Di 37

22 I PAPILLOMAVIRUS SONO MOLTO RARI? CONDILOMI Anticorpi + Virus - Negli USA circa 20 milioni di persone sono oggi infettati da HPV, si osservano 5,5 milioni di nuovi casi ogni anno, 1.4 milioni hanno verruche genitali e il 15% degli adulti ha una infezione asintomatica e in generale il 75% delle persone sessualmente attiva sono state esposte almeno una volta ad HPV. 22 Di 37

23 HPV: EPIDEMIOLOGIA Cervical Cancer 18 HPV Prevalence (%) HPV CvCx Cases/100, >65 0 Age (years) Sources: NCI SEER Data, ; Melkert et al., Int J Canc 53: Di 37

24 Prevalenza dell infezione da HPV 24 Di 37

25 COME SI TRASMETTE INFEZIONE DA HPV? Adolescenti, che hanno consultato un ambulatorio ginecologico del collegio, sono state analizzate per HPV ad intervalli di 6 mesi per 3 anni. 26% erano positive al primo test e, continuando a frequentare il collegio con incontri di nuovi partners sessuali, il 43% contrasse l infezione. Dopo 3 anni di collegio, circa il 60% era positivo in uno o più tests. 25 Di 37

26 HPV: CICLO REPLICATIVO ed ESPRESSIONI GENICHE L infezione non produce viremia, l HPV resta localizzato a livello epiteliale e mucosale assemblaggio dei virioni Squamoso L1, L2 EPITELIO Granulare E4 replicazione del DNA virale Spinoso E1, E2, E5, E6, E7 entrata dei virioni Membrana basale Adapted from Zur Hausen. Nat Rev Cancer. 2002;2: Di 37

27 PATOGENESI lesione primaria risposta immune completa guarigione clinica inoculazione Inoculazione Infezione asintomatica asintomatica crescita Replicazione attiva Controllo controllo dell ospite da parte dell ospite 1-8 mesi 3-6 mesi 3-6 mesi malattia persistente o ricorrente Dopo l inoculazione, il virus entra in un periodo di latenza che può durare una media da 1 a 8 mesi; sebbene, in alcune donne questa latenza può durare per molti anni o decadi. Ma la maggior parte dei soggetti eradicano questa infezione in questa fase senza presentare una lesione visibile da HPV. In Cervice Cervice Stadio quelli nei quali il sistema immune non controlla il virus in questo stadio, il virus prende sotto controllo la normale HPV precanceroso cellula causando una proliferazione infettata cellulare che evolve in una lesione clinica. Quando le lesioni sono verruche genitali, si ha una crescita attiva da 3 a 6 mesi durante i quali non c è immunsoppressione. Il trattamento delle verruche in questo stadio spesso è seguito dalla ricrescita delle lesioni sia nel sito trattato o in altri siti a causa dell assenza di una risposta immune. Nella maggior parte dei casi, i soggetti che hanno eradicato l infezione, avranno una completa guarigione clinica. Sfortunatamente, dal 10% al 20% hanno lesioni che sono molto difficilmente eradicabili, perché essi non hanno una buona risposta immune. Questi soggetti sono a rischio di sviluppare una malattia persistente o ricorrente. 27 Di 37

28 HPV: ANDAMENTO DELL INCIDENZA DEL CARCINOMA DELLA CERVICE Denmark Finland GDR Germany, Saarland Norway Poland, Cracow Spain, Zaragoza Sweden Switzerland, Geneva UK, England, Oxford France, Bas-Rhin 28 Di 37

29 I KILLER PIÙ FREQUENTI: CANCRO & MORTALITÀ NELLE DONNE Europa Incidenza Mortalità BREAST 61,3 BREAST 20,2 COLON/RECTUM 24,2 COLON/RECTUM 12,9 CERVIX UTERI 13,0 LUNG 9,3 CORPUS UTERI 11,5 STOMACH 8,7 STOMACH 10,6 OVARY 5,8 OVARY 10,5 PANCREAS 4,9 LUNG 10,4 CERVIX UTERI 4, Globocan Di 37

30 I KILLER PIÙ FREQUENTI: CANCRO & MORTALITÀ NELLE DONNE AFRICA Incidenza Mortalità CERVIX UTERI 27,3 CERVIX UTERI 14,9 BREAST 23,6 BREAST 10,7 STOMACH 5,7 LIVER 5,5 LIVER 5,7 STOMACH 4,9 COLON/RECTUM 4,8 COLON/RECTUM 3,1 OVARY 4,8 OVARY 2,9 NH LYMPHOMA 4,0 NH LYMPHOMA 2, Globocan Di 37

31 il SIGNIFICATO CLINICO di un TEST per HPV DNA Snijders et al J Pathol 201:1 31 Di 37

32 il SIGNIFICATO CLINICO di un TEST per HPV DNA 32 Di 37

33 TIPIZZAZIONE di HPV " QUALE GENOTIPO DI HPV? " QUALI GENOTIPI DI HPV? 33 Di 37

34 Probe Innogenetics: HPV genotypes = Conjugate control 2 = HPV 6 3 = HPV 11 4 = HPV 16 5 = HPV 18 6 = HPV 18 7 = HPV 31 / 40 / 58 8 = HPV c31 9 = HPV = HPV = HPV = HPV = HPV = HPV = HPV = HPV = HPV = HPV = HPV = HPV = HPV 56 / = HPV c56 23 = HPV = HPV = HPV = HPV 68 / = HPV c68 28 = HPV = HPV 74 Courtesy of Dr. Flavia Lillo 34 Di 37

35 35 Di 37

36 GINECOLOGO PAZIENTE MICROBIOLOGO ANATOMOPATOLOGO 36 Di 37

37 SAPETE RISPONDERE AI SEGUENTI QUESITI? 1) I papillomavirus sono molto rari? 2) Come si trasmettono i papillomavirus? 3) I papillomavirus causano un tumore nella donna? 4) I papillomavirus causano altre malattie? 5) Con quale meccanismo gli HPV causano il tumore? 6) Si guarisce dall'infezione da papillomavirus? 7) Posso sapere se ho anticorpi contro HPV e se ho contratto l'infezione da HPV? 8) La donna, che ha contratto l'infezione da HPV, svilupperà il tumore dell'utero? 9) Il vaccino contro HPV previene il tumore del collo dell'utero? 10) Perchè funziona il vaccino contro i papillomavirus? 11) Perchè si vaccinano solo le ragazze dodicenni? 37 Di 37