PAPOVAVIRUS PAPILLOMA POLIOMA VACUOLANTE DELLA SCIMMIA

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1 PAPOVAVIRUS PAPILLOMA POLIOMA VACUOLANTE DELLA SCIMMIA

2 PAPOVAVIRUS -Sono virus nudi piccoli con dimensioni di circa 50 nm con capside icosaedrico - Il genoma è formato da DNA bicatenario circolare e spiralizzato - La replicazione avviene nel nucleo

3 2 generi che differiscono per dimensione, determinanti antigenici e proprietà biologiche Papillomavirus HPV (>70 tipi diversi) Gli studi su questi virus si sono intensificati da quando si è visto che il genoma di alcuni di questi è presente nel 93% di carcinomi - cervice uterina - ano-genitali Poliomavirus Virus BK Virus JC SV40 (virus vacuolante della scimmia)

4 I papovavirus codificano proteine che promuovono la crescita cellulare Questo facilita il ciclo litico virale nelle cellule permissive. Queste proteine possono però determinare anche trasformazione oncogena in cellule non permissive. I papillomavirus sono associati ai vari tipi di verruche cutanee mentre i virus del Polioma sono facilmente coltivabili i virus del Papilloma non sono coltivabili ma sono stati individuati attraverso l analisi del DNA virionico estratto. Non è possibile propagare HPV su colture cellulari perché il virus replica nell epitelio squamoso stratificato (cellule differenziate) la cui coltivazione in vitro è difficile.

5 I Papillomavirus umani possiedono un esclusivo tropismo per le cellule epiteliali dell epidermide e delle mucose, dovuto probabilmente alla presenza solo in queste cellule di fattori cellulari necessari alla trascrizione virale Epitelio squamoso della cute: verruche Membrane mucose: papillomi congiuntivali) (genitali, orali,

6 Electron micrograph of BPV-1 virion particles (55 nm in diameter)

7 Papillomavirus Struttura del virione nm diametro 8 kbp genoma Il genoma del papillomavirus possiede due geni tardivi (L1 e L2) che codificano per proteine strutturali sette/otto geni precoci che producono proteine non strutturali, alcune delle quali (E6 ed E7) possono promuovere l inattivazione di due importanti proteine cellulari (p53 e prb) che presenziano al controllo del ciclo cellulare.

8 Genomic map of HPV-16 Figure 66-2 Genomic map of HPV-16. The genome is a double-stranded circular DNA molecule of 7904 base pairs. Transcription occurs in a clockwise manner; the only transcriptional promoter presently mapped for HPV-16 is designated P97. The open reading frames deduced from the DNA sequence are designed E1 to E7, L1, and L2.

9 Il papillomavirus infetta le cellule dello strato basale dell epitelio si moltiplica e persiste durante il differenziamento cheratinocitico delle cellule dallo strato spinoso, granuloso e corneo. Nelle cellule dello strato basale e spinoso non si trova il virione ma solo il DNA libero nel nucleo le particelle virali si ritrovano nello strato granuloso e corneo alcune cellule ingrossate tra lo strato spinoso e granuloso, i coilociti, sono altamente indicativi delle infezioni papillomatose..

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11 Replication cycle of a papillomavirus Figure 65-6 Replication cycle of a papillomavirus. To establish a wart or papilloma, the virus must infect a basal epithelial cell. Our knowledge is limited about the initial steps in the replication cycle such as attachment (1), uptake (2), endocytosis (3), and transport to the nucleus and uncoating of the viral DNA (4). Early-region transcription (5), translation of the early proteins (6), and steady-state viral DNA replication (7) all occur in the basal cell and in the infected suprabasal epithelial cell. Events in the viral life cycle leading to the production of virion particles occur in the differentiated keratinocyte: vegetative viral DNA replication (8), transcription of the late region (9), production of the capsid proteins L1 and L2 (10), assembly of the virion particles (11), nuclear breakdown (12), and release of virus (13).

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13 Carcinogenesi I papillomavirus sono associati con lesioni proliferative. Lesioni proliferative in genere benigne (verruche) della pelle e delle mucose. Tuttavia alcuni tipi di HPV (16 & 18) sono strettamente associati a carcinomi che presentano DNA virale nelle cellule. I geni di HPV rilevanti nel processo di trasformazione sono E6 (che lega p53) & E7 (che lega Rb ipofosforilata) Nell infezione produttiva E6 & E7 favoriscono la sintesi di DNA virale e il ciclo replicativo Nell infezione non produttiva sono responsabili della trasformazione oncogena.

14 E6 & E7 alterano rispettivamente l attività delle proteine p53 e Rb (retinoblastoma) che hanno un attività di controllo negativo della crescita cellulare. Nelle cellule quiescenti Rb è presente in forma ipofosforilata e viene fosforilata nella fase G1 del ciclo cellulare Rb controlla un fattore di trascrizione E2F-1 Rb fosforilata non lega E2F-1 p53 ha un ruolo chiave nell arresto del ciclo cellulare in G1 Nel ciclo replicativo normale del virus la produzione di E6 e E7 è tenuta sotto controllo dal gene E2 Il gene E2 viene perso però durante l integrazione del genoma di HPV nel genoma cellulare Produzione incontrollata di proteine E6 e E7.

15 The level of p53 in primary cells is generally low degradazione Stabile complesso non funzionale

16 E7 abrogates the cell cycle regulation mediated by prb (as well as the related proteins p107 and p130) by complex formation.

17 La verruca è una proliferazione benigna autolimitante della pelle, stimolata dal virus, che regredisce col tempo. Si manifesta in 3-4 mesi. L infezione virale rimane localizzata, in genere regredisce spontaneamente. Nelle verruche e nei condilomi (escrescenze benigne) il genoma virale si trova in forma episomiale. Nel carcinoma della cervice uterina e in carcinomi squamosi (un tumore che può svilupparsi in pazienti colpiti da una rara malattia ereditaria, l epidermodisplasia verruciforme), il genoma virale è stato ritrovato integrato nel DNA della cellula tumorale.

18 Esempi dei tipi più comuni di papilloma associati a malattie Verruche plantari tipi 1,2 Verruche comuni tipi 1,2 Verruche piane tipi 3,10 Condilomi acuminati tipi 6,11 Papillomi orali tipi 13,32 Papillomi laringei tipi 6,11 Carcinomi cervicali tipi 16,18 (genoma virale integrato sicuramente concausa del tumore)

19 Sezione istologica di una verruca cutanea. Ispessimento dell epidermide e numerosi strati di cheratinociti desquamanti.

20 Papillomavirus I papillomi sono ampiamente distribuiti nella specie umana Le verruche ano-genitali sono a trasmissione sessuale, con incidenza proporzionale al numero dei partner sessuali La papillomatosi respiratoria ricorrente è causata dalla trasmissione al tratto respiratorio di HPV6 e HPV11 Il rischio maggiore è per i bambini al disotto dei 5 anni e la trasmissione avviene probabilmente durante il parto

21 Papillomavirus Manifestazioni cliniche Verruche Condilomi Epidermodisplasia verruciforme Papillomi Replicazione virale e trasformazione cellulare Cellule epiteliali squamose in differenziamento = infezione produttiva stadi precoci stadi tardivi

22 Papillomavirus Epidemiologia HPV può essere trasmesso per Contatto diretto e tramite piccole lacerazioni cutanee o delle mucose (anche durante rapporti sessuali!!, parto) Contatto indiretto (con oggetti contaminati:pavimenti, asciugamani) Autoinoculazione

23 Papillomavirus Patogenesi Ispessimento dell epidermide Ipercheratosi Papillomatosi di grado variabile Membrana basale intatta Cofattori

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25 Patogenesi del cancro del collo dell utero HPV infection Persistent HPV infection Cellular dysregulation High-grade CIN Invasive cancer Immunologic factors Co-carcinogens Bosh FX, et al. Journal of Clinical Pathology, 2002,55:

26 Papillomavirus Diagnosi -No sierologica -No isolamento colturale - Clinica - Colposcopia - Citologica -Istologica - Immunocitochimica (group specific not type specific) - PCR DNA (unica metodica in grado di tipizzare HPV) - Microscopia elettronica Si può differenziare tra infezioni oncogeniche e non oncogeniche da HPV!! I virioni non sono presenti nel tessuto trasformato!!

27 Major clinical association of genital tract and other mucosal HPVs (from Fields et al.) CLINICAL ASSOCIATION GENITAL TRACT HPV TYPES Subclinical infection All types Exophytic condyloma - any site HPV 6, 11 Flat condyloma - especially cervix HPV 6, 11,16, 18, 31, others Bowenoid papulosis HPV 16 Giant condyloma HPV 6, 11 Cervical cancer Strong association HPV16, 18, 31, 45 Moderate association HPV 33, 35, 39, 51, 52, 56, 58, 59, 68 Weak or no association HPV 6, 11, 26, 42, 43, 44, 53, 54, 55, 62 Vulvar cancer HPV 16 Penile cancer HPV 16 RESPIRATORY PAPILLOMAS HPV 6, 11 CONJUNCTIVAL PAPILLOMAS HPV 6, 11 ORAL CAVITY Focal epithelial hyperplasia HPV 13, 32 Infection with genital tract HPVs HPV 6, 11, 16 Lesions on Lip HPV 2

28 Papillomavirus Terapia Agenti caustici Crioterapia Inibitori della sintesi di DNA Terapia chirurgica!! Recidive!!

29 Phylogenetic tree of human and animal papillomaviruses

30 Raft cultures showing normal keratinocytes (A) and keratinotcytes transfected with the full-length HPV-16 genome (B).

31 Cervical squamous carcinoma precursors

32 Low-grade squamous intraepithelial lesions of the cervix

33 Estimates of prevalence of genital tract HPV infections and of HPV-associated diseases, in U.S. women.

34 Patterns of HPV type distribution within four diagnostic categories Figure 66-7 Patterns of HPV type distribution within four diagnostic categories: Neg, negative; Low, low-risk HPVs (HPV-6, HPV-11, HPV-42, HPV-43, HPV-44); Unc, unclassified HPVs; Int, intermediate-risk HPVs (HPV-31, HPV-33, HPV-35, HPV-51, HPV-52); High, high-risk HPVs (HPV- 16, HPV-18, HPV-45, HPV-56); LSIL, low-grade squamous intraepithelial lesion; HSIL, high-grade squamous intraepithelial lesion.

35 Ruolo clinico dell HPV Test Prof. Cartesio Favalli Dott. Marco Ciotti Virologia Molecolare-PTV

36 Histological classification: CIN: cervical intraepithelial neoplasia LSIL: low-grade squamous intraepithelial lesions HSIL: high-grade squamous intraepithelial lesions

37 Tipizzazione HPV PCR con primers contro la regione E6/E7 degli HPV a Basso rischio (6,11) e Alto Rischio (16,18,31,33,35,45,52,58) Innolipa : Ibridazione inversa Riconosce14 HPV ad Alto Rischio e 11 HPV a Basso Rischio Sequenziamento del frammento MY09/MY11 del gene capsidico L1

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46 Fig. 1. Age-standardized incidence and mortality rates for invasive cervical cancer in different regions of the world. Rates are per 100,000 women and are standardized according to the age distribution of the world population of Source of data: Globocan 2002

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48 Poliomavirus Infezioni benigne, asintomatiche, persistenti nell ospite naturale BKV sintomi respiratori alla sieroconversione nell immunocompetente cistite o danno renale nel bambino immunocompromesso JCV Leucoencefalopatia Progressiva Multifocale (LPM) nell immunodeficienza

49 Poliomavirus Non inducono neoplasie in cellule dell ospite in cui si replicano ma in cellule di altri animali non permissivi Il virus si integra in siti multipli nei cromosomi ed esprime solo alcuni geni precoci Antigeni T (tumorali) ottenuti per splicing del RNA virale T grande T piccolo T medio (espresso solo dal polioma) substrato per Srctirosinochinasi fosfatidinositol-3-chinasi

50 Viral DNA, minichromosomes, and virions. Figure 63-1 Viral DNA, minichromosomes, and virions. A: Electron micrograph of supercoiled SV40 DNA molecules. B: Electron micrograph of an SV40 minichromosome. Note that this particular minichromosome displays a nucleosome-free region. About 20% of minichromosomes have a nucleosome-free region surrounding the regulatory region at the origin of DNA replication. C: Computer graphic representation of the structure of the SV40 virion. Note that the shell is made up of 72 pentamers of VP1.

51 Mappa genomica dei papovavirus Polioma Geni precoci (catena E early) T-grande Ag (Tumor-Specific Trasplantation Antigen; TSTA) Trascrizione tardiva (late) VP1 VP2 VP3

52 Poliomavirus Antigene T grande è una proteina multifunzionale Infezione produttiva inizio della sintesi del DNA virale repressione della trascrizione precoce trascrizione tardiva Infezione non produttiva inizio della trasformazione mantenimento della trasformazione

53 Espressione di poliomavirus (SV40) nel ciclo litico e in quello trasformante