Основное свойство онкогенных вирусов — способность вызывать развитие опухолей у лабораторных животных, у природных хозяев и трансформировать клетки в культуре тканей.
Впервые этиологическая роль вирусов в развитии опухолей продемонстрирована Раусом в 1910 г. на примере саркомы кур, хотя гипотезы о вирусной этиологии опухолей высказывались ранее. В 1946 г. российский вирусолог Л. А. Зильбер опубликовал монографию «Вирусная теория происхождения злокачественных новообразований», в которой изложил свою вирусгенетическую теорию происхождения опухолей. Основу этой теории составляет постулат о необходимости тесного взаимодействия геномов вируса и клетки для последующей ее трансформации. Благодаря развитию молекулярной биологии вирусгенетическая теория онкогенеза в начале 70-х годов нашла экспериментальное подтверждение. В настоящее время установлена связь между вирусной инфекцией и последующей трансформацией клетки для вирусов, входящих в следующие семейства:
- РНК-содержащие — семейство Retroviridae, подсемейство Oncovirinae\
- ДНК-содержащие — семейства Papovaviridae и Adenoviridae, серотипы 12, 18 и 31,
- семейства Poxviridae, Herpesviridae, Hepadnaviridae.
Представители подсемейства Oncovirinae являются сложно организованными вирусами. Вирион состоит из сердцевины и суперкапсида с шипами. Размеры и форма шипов служат основой для подразделения вирусов на роды внутри подсемейства. В состав сердцевины входят капсид, построенный по кубическому типу, фермент (обратная транскриптаза, или ревертаза) и геном, представленный двумя идентичными нитями РНК. Онкогенные вирусы культивируют в первичных и перевиваемых культурах клеток. Вирусы культивируются в организме тех животных, для которых они обладают выраженной онкогенностью.
Вирусы чувствительны к эфиру, детергентам, УФ-лучам. Обладают группоспецифическими белковыми антигенами, локализованными в сердцевине вириона, и поверхностными антигенами глико-протеиновой природы, входящими в состав шипов суперкапсида.
В процессе вирусной инфекции ревертаза катализирует синтез ДНК на матрице вирусной РНК. Синтезированная ДНК замыкается в кольцо и встраивается в хромосому клетки, в результате чего образуется провирус. Механизм онкогенеза, вызываемого ретровирусами, связан с функционированием онкогенов (ONC-гены), которые имеются в геноме всех клеток человека и животных. Включение в геном клетки ДНК-провируса приводит к активации онкогена, который в нормальных здоровых тканях находится в неактивном состоянии. В результате активации онкогена происходит трансформация клетки.
В процессе исключения ДНК-провируса из хромосомы клетки онкоген может встроиться в вирусный геном. В составе вирусного генома онкоген находится в активном состоянии. Заражение клеток онковирусами, имеющими онкоген, приводит к трансформации клеток хозяина. Все перечисленное выше относится к так называемым экзогенным ретровирусам. Имеются еще «эндогенные» ретровирусы, которые являются составным элементом генома всех органов и тканей человека и животных и передаются от одного поколения другому. «Эндогенные» ретровирусы не являются онкогенными для представителей того вида животного, в клетках которого они находятся как постоянный генетический элемент.
Главным феноменом изучаемых in vitro систем является трансформация клеток, которую можно наблюдать при заражении фибробластов некоторыми онкогенными вирусами.
Из лейковирусов способны трансформировать фибробласты лишь вирусы саркомогенного типа. Иногда трансформация может сопровождаться размножением вируса. Однако в случае онкогенных ДНК-вирусов трансформация и образование вируса — процессы взаимоисключающие. Например, трансформация вирусом полиомы или SV40 происходит либо при заражении полноценным вирусом клеток, в которых невозможно полное выражение вирусных генов, либо при заражении пермиссивных клеток дефектными мутантами вирусов.
Онкогенные ДНК-вирусы вызывают трансформацию двух типов:
- абортивную трансформацию, которая происходит с высокой частотой, но проявляется на протяжении лишь нескольких клеточных генераций,
- стабильную трансформацию, которая происходит реже, но ведет к стойким изменениям фенотипа клетки.
Независимо от того, носит ли трансформация стабильный или абортивный характер и вызывается ли она ДНК- или РНК-вирусами, для установления и поддержания трансформированного фенотипа клетки требуется функционирование вирусного генома.
При трансформации, вызываемой онкогенными как ДНК, так и РНК-вирусами, происходит стабильная ассоциация вирусной нуклеиновой кислоты и клеточной ДНК. В случае вируса полиомы, SV40 и аденовирусов этот процесс осуществляется путем прямого включения вирусной ДНК в геном клетки. В случае РНК-вирусов ситуация не столь ясна, так как все или почти нее клетки позвоночных содержат вирусные нуклеотидные последовательности как нормальную составную часть своего генома. Следовательно, не вполне ясно, происходят ли при трансформации включение новой вирусной нуклеиновой кислоты в геном клетки или же имеет место активация предсуществующей вирусной ДНК. Известно, однако, что клетки, трансформированные температурочувствительными мутантами онкогенных РНК-вирусов, обладают температурочувствительным фенотипом. Этот факт означает, что именно внесенный (а не эндогенный) вирусный геном играет решающую роль в определении фенотипа трансформированной клетки. Поскольку трансформация становится постоянным наследуемым признаком, полагают, что геном РНК-вируса в виде ДНК-копии сохраняется в клеточной ДНК при последующих делениях. Механизм, благодаря которому небольшое количество вирусной нуклеиновой кислоты вызывает столь большие изменения в поведении клеток, неясен.
Неизвестно, одинаков ли механизм индукции опухолей онкогенными РНК- и ДНК-вирусами. Онкогенные РНК-вирусы содержат ферменты, способные синтезировать полную ДНК-копию их генома. Этот факт позволяет предполагать, что механизмы превращения нормальной клетки в опухолевую под воздействием и РНК- и ДНК-вирусов в основном сходны. Однако, даже если вирусы обоих типов окажутся идентичными в этом отношении, их биологические свойства совершенно различны.
Онкогенные РНК-вирусы выделены от представителей трех классов позвоночных — пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Все они имеют значительное сходство в морфологии вириона; их можно различать только с помощью чувствительных серологических реакций. Некоторые из этих вирусов вызывают неопластические заболевания кроветворной системы своих хозяев, другие — солидные опухоли. Однако наиболее существенная особенность этого «класса вирусов состоит в том, что они могут передаваться вертикально как часть генома хозяина. Поскольку было обнаружено, что во время эмбриогенеза происходит выражение вирусных генов, предполагают участие вирусов в онкогенезе. Индукция вирусов типа С спонтанно происходит как у животных, так и в клеточных культурах, причем частоту индукции можно повысить специальными искусственными воздействиями.
Онкогенные ДНК-вирусы гораздо более вариабельны по своим свойствам, чем вирусы, содержащие РНК.Они относятся к нескольким родам. Злокачественные опухоли у естественных хозяев вызывают представители только одного рода — герпесвирусы. Единственным признаком инфекции, вызываемой некоторыми другими онкогенными ДНК-вирусами, является доброкачественная опухоль. Большинство же этих вирусов, по-видимому, вызывает у естественных хозяев лишь скрытую и безвредную для них инфекцию. В то же время в искусственных лабораторных условиях такие вирусы способны вызывать опухоли.
В настоящее время нет убедительных данных об онкогенных вирусах человека. Однако предпринимаются большие усилия, чтобы установить причинную связь между герпесвирусами и опухолями человека, а также выделить предполагаемые естественные вирусы типа С человека.