Apoptyny

Poniższy tekst powstał na podstawie wykładu doktora Marka Łosa z Linköping University który odbył się 21 lutego w Zakładzie Patomorfologii w szpitalu na Unii Lubelskiej w Szczecinie.

Apoptyny, czyli białka wirusowe preferencyjnie zabijające komórki nowotworowe zostały odkryte w 1992 przez Jeurissena i Noteborna. Przedmiotem ich badań był wirus CAV (Chicken Anemia Virus) - niewielki (wielkość genomu 2,3 kb) wirus o jednoniciowym, ujemnie spolaryzowanym DNA, odpowiedzialny za niszczenie erytrocytów lub tymocytów u młodych kur. Infekcja nim dorosłych zwierząt nie powoduje objawów, jednak obniża ilość zachorowań na nowotwory. Jeurissenowi i Notebornowi udało się wyizolować białko wirusowe odpowiedzialne za ten efekt (apoptyna VP3), a w latach późniejszych odkryto inne białka pełniące podobne funkcje, jak choćby apoptyna ludzkiego gyrowirusa czy apoptyna wirusa tero-torque która wykazuje szczególne powinowactwo do raków wątrobowokomórkowych. W roku 2011 zespół naukowców pod przewodnictwem Virginie Sauvage odkrył ludzkiego gyrowirusa o strukturze bardzo podobnej do CAV.

Po co i w jaki sposób wirusy indukują apoptozę?  Proces ten jest elementem strategii namnażania niektórych wirusów, ułatwiającym im uwolnienie się z komórki lub też wyeliminowanie komórek układu immunologicznego (tak działa np. wirus HIV). Co ciekawe, istnieją też wirusy działające w odwrotny sposób: herpeswirus 8, powodujący powstawanie mięsaków Kaposiego blokuje apoptozę. Badania wykazały, że w komórkach nienowotworowych apoptyna VP3 pozostaje w cytoplazmie, natomiast w komórkach nowotworowych to zasadowe, bogate w prolinę , pozbawione skomplikowanych struktur (takich jak helix-loop-helix) białko reaguje z podjednostką regulatorową  p85 kinazy PI3, co powoduje jej aktywację. Uaktywniona kinaza powoduje aktywację Akt (regulatora przetrwania/proliferacji), które wraz z apoptyną przemieszcza się do jądra komórki.

Schemat pochodzi z tej pracy.

Akumulacja apoptyny w jądrze powoduje szereg efektów, takich jak wydostanie się z jądra Nur77 który powoduje spadek poziomu białek Bcl-2 i Bcl-X i uwolnienie z mitochondriów cytochromu C (mitochondrialny szlak apoptozy). Co ciekawe, indukcja apoptozy przez apoptyny nie następuje poprzez receptory śmierci i jest niezależna od p53 - CAV wykorzystuje głównie szlaki metaboliczne, które są nadaktywne w komórkach nowotworowych - kierując Akt (którego, przez intensywną proliferację, jest w cytoplazmie dużo) do jądra i obniżając poziom Bcl-2 zarówno przez fosforylację CDK2 jak i przemieszczanie Nur77 do cytoplazmy. Jest to prawdopodobnie powód niedziałania apoptyn w zwykłych komórkach (jeśli spowodujemy ich transformację nowotworową, np. przez naświetlanie fibroblastów promieniami UVC, zaczną one obumierać - nie ma linii komórkowych odpornych na apoptyny).
Skoro apoptyny potrafią tak specyficznie niszczyć komórki nowotworowe, dlaczego nie używamy ich w praktyce klinicznej? Powodem jest ich niestabilność oraz fakt, że, będąc białkami, indukują one odpowiedź immunologiczną po podaniu do organizmu. Dr Łos mówił, że prowadzono próby leczenia apoptynami nowotworów skóry oraz gardła (co eliminowało problem dostarczenia jej do nowotworu), jednak określił je jako nieudane z powodu niestabilności apoptyny. Znalazłem jednak kilka źródeł mówiących o wspomaganiu leczenia apoptynami radioterapią, leczeniu raka jamy ustnej u myszy, próbach stworzenia nośników dla apoptyn a nawet wyjątkowo tajemniczy artykuł po chińsku o którym nie wiadomo nic, poza dość interesującym tytułem. Z kolei naukowcy z Linköping pracują nad wykorzystaniem nie całego białka, lecz jego fragmentów. Rezultaty mogą być interesujące.
Źródła:
Bullenkamp J, Cole D, Malik F, Alkhatabi H, Kulasekararaj A, Odell EW, Farzaneh F, Gäken J, Tavassoli M. Human Gyrovirus Apoptin shows a similar subcellular distribution pattern and apoptosis induction as the chicken anaemia virus derived VP3/Apoptin.

Flinterman M, Farzaneh F, Habib N, Malik F, Gäken J, Tavassoli M. Delivery of therapeutic proteins as secretable TAT fusion products.

Jeurissen SH, Wagenaar F, Pol JM, van der Eb AJ, Noteborn MH. Chicken anemia virus causes apoptosis of thymocytes after in vivo infection and of cell lines after in vitro infection.

Kooistra K, Zhang YH, Henriquez NV, Weiss B, Mumberg D, Noteborn MH. TT virus-derived apoptosis-inducing protein induces apoptosis preferentially in hepatocellular carcinoma-derived cells.

Maddika S, Bay GH, Kroczak TJ, Ande SR, Maddika S, Wiechec E, Gibson SB, Los M. Akt is transferred to the nucleus of cells treated with apoptin, and it participates in apoptin-induced cell death.


Maddika S, Booy EP, Johar D, Gibson SB, Ghavami S, Los M. Cancer-specific toxicity of apoptin is independent of death receptors but involves the loss of mitochondrial membrane potential and the release of mitochondrial cell-death mediators by a Nur77-dependent pathway.

Maddika S, Rao Ande S, Wiechec E, Hansen LL, Wesselborg S, Los M Akt-mediated phosphorylation of CDK2 regulates its dual role in cell cycle progression and apoptosis

Sauvage V, Cheval J, Foulongne V, Gouilh MA, Pariente K, Manuguerra JC, Richardson J, Dereure O, Lecuit M, Burguiere A, Caro V, Eloit M. Identification of the first human gyrovirus, a virus related to chicken anemia virus.

Schoop RA, Baatenburg de Jong RJ, Noteborn MH. Apoptin induces apoptosis in an oral cancer mouse model.

Schoop RA, Verdegaal EM, Baatenburg de Jong RJ, Noteborn MH. Apoptin enhances radiation-induced cell death in poorly responding head and neck squamous cell carcinoma cells.


Sun LL, Jin NY, Xiao L. Anti-tumor effects of apoptin gene on human laryngeal carcinoma Hep-2

Zhang YH, Abrahams PJ, van der Eb AJ, Noteborn MH. The viral protein Apoptin induces apoptosis in UV-C-irradiated cells from individuals with various hereditary cancer-prone syndromes.