Mouse models for papillomavirus-mediated phenotypes

Abstract

Οι HPV έχουν συσχετιστεί με την ανάπτυξη της πλειονότητας των καρκίνων του τραχήλου της μήτρας, καθώς και με ένα υποσύνολο καρκίνου κεφαλής και λαιμού, καρκίνο του δέρματος και άλλων καρκίνων της γενετικής περιοχής. Στόχος μας ήταν να χρησιμοποιήσουμε μοντέλα ποντικιών που εκφράζουν τα γονιδια του ιού HPV για να μελετήσουμε τους μηχανισμούς μέσω των οποίων αυτοί οι ιοί συμβάλλουν στην καρκινογένεσση. Η καρκινογένεση πιστεύεται ότι προκαλείται σε μεγάλο βαθμό από τη συνεχή έκφραση των ιικών ογκογονιδίων Ε6 και Ε7. Αυτά τα ογκογονίδια δεν έχουν καμία γνωστή ενζυμική δραστικότητα και προάγουν καρκινογένεση επιδρώντας στις κυτταρικές διεργασίες του ξενιστή, συμπεριλαμβανομένης της ομοιόστασης των τελομερών. Η διατήρηση του μήκους των τελομερών πιστεύεται ότι διαδραματίζει σημαντικό ρόλο σε καρκίνους που προκαλούνται από τους ιούς HPV, καθώς τόσο η Ε6 όσο και η Ε7 εμπλέκονται στη ρύθμιση του μήκους των τελομερών μέσω της ενεργοποίησης της τελομεράσης και του ομόλογου ανασυνδιασμού των τελομερών αντιστοίχως. Παρόλο που αρκετές in vitro μελέτες δείχνουν ότι τα ογκογονίδια Ε6 και Ε7 εμπλέκονται στην τελομερική ρύθμιση, η συμμετοχή αυτών των ογκογονιδίων στην ομοιοστασία των τελομερών δεν έχει αποδειχθεί ποτέ in vivo. Χρησιμοποιήσαμε έτσι ζώα διαγονιδιακά για HPV16 Ε6 και Ε7 για να μελετήσουμε την αλληλεπίδραση των Ε6 και Ε7 ιικών ογκογόνιδίων με την ομοιόσταση των τελομερών. Συγκεκριμένα, εξετάσαμε εάν οι επιδράσεις των HPV16 Ε6 και Ε7 στα στρωματοποιημένα πλακώδη επιθήλια και στους πληθυσμούς των βλαστικών κυττάρων τους οφείλωνται στην ομοιόσταση των τελομερών. Έχουμε δείξει ότι το Terc δεν είναι απαραίτητο για τους περισσότερους από τους βραχυπρόθεσμους φαινοτύπους που προκαλούνται από ογκογονίδια του HPV16 στους ποντικούς. Επίσης, η Ε7 επαγώμενη μείωση των LRCs (Label Retaining Cells) επηρεάζεται από την απουσία του Terc, αλλά ο μηχανισμός με τον οποίο προκαλείται αυτός ο φαινότυπος δεν είναι καλά κατανοητός. Απαιτείται περαιτέρω εξέταση προκειμένου να εξεταστεί ο ρόλος του Terc σε μακροχρόνιους φαινοτύπους ή κατά τη διάρκεια φυσικών λοιμώξεων. Παρόλο που τα διαγονιδιακά μοντέλα ήταν χρήσιμα για την κατανόηση του ρόλου των ογκογονιδίων σε σχέση με την αλληλεπίδραση του ιού με τον ιστό του ξενιστή και τα βλαστικά κύτταρα, δεν μπορούν να προσωμοιάσουν την πορεία της φυσικής λοίμωξης. Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι οι ανθρώπινοι θηλωματοϊοί δεν μολύνουν παραγωγικά τα τρωκτικά. Πρόσφατα, απομονώθηκε και χαρακτηρίστηκε ένα στέλεχος ιού θηλώματος που μολύνει ποντίκια (MmuPV1) και μπορεί να προκαλέσει θηλώματα in vivo.Ο MmuPV1 αποδείχθηκε ότι έχει πολλές ομοιότητες με τους HPVs του δέρματος. Για να κατανοήσουμε καλύτερα τα αποτελέσματα της ιογενούς μόλυνσης στα στρωματοποιημένα επιθήλια, χρησιμοποιήσαμε το γονιδίωμα του MmuPV1 για να μολύνουμε ποντίκια και πήραμε ιστούς από τα θηλώματα που παρουσιάστηκαν. Λάβαμε επίσης ιστούς από θηλώματα που αναπτύχθηκαν μετά από μόλυνση με τον ιό MmuPV1 σε ποντίκια. Εξετάσαμε τις οξείες επιδράσεις του ιού σε δείκτες επιδερμικών βλαστοκυττάρων και στη μορφολογία του επιθηλίου κατά τη διάρκεια της φυσικής μόλυνσης. Δείξαμε ότι τα K15, Κ14, CD34, ρ63 και Lrig1 υπερεκφράζονταν στους μολυσμένους με MmuPV1 ιστούς. Αυτοί οι δείκτες έχουν προηγουμένως δειχθεί να υπερεκφράζονται σε διαγονιδιακούς ποντικούς που εκφράζουν HPV που μολύνουν είτε βλενογόνο είτε δέρμα. Πρόσφατες ενδείξεις που είναι σύμφωνες με τα ευρήματά μας υποδεικνύουν ότι αυτό το μοντέλο μπορεί να χρησιμεύσει ως βιολογικά σχετικό ζωικό μοντέλο για δερματικούς HPVs. Σχεδιάζουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το μοντέλο ως εργαλείο για τον προσδιορισμό του τρόπου αλληλεπίδρασης της λοίμωξης από ιό HPV με τa βλαστοκύτταρα και την κυτταρική πλαστικότητα στο επιθήλιο κατά τη διάρκεια της μόλυνσης και της ογκογένεσης.

HPVs have been associated with the development of the majority of cervical cancers, a subset of head and neck cancers, skin cancer and other anogenital cancers. Our goal was to use mouse models of papillomavirus gene expression to study the mechanisms through which these viruses contribute to cancer. HPV-mediated carcinogenesis is thought to be driven by the continuous expression of the viral oncogenes E6 and E7. These oncogenes have no known enzymatic activity and promote carcinogenesis by impinging on cellular processes, including telomere homeostasis Deregulation of telomere homeostasis has been observed in carcinogenesis as a mechanism of overcoming the telomere-shortening problem of the continuously proliferating cancer cells. Telomere maintenance has also been proposed to play an important role in HPV-driven cancers, as both E6 and E7 have been implicated in regulating telomere length by means of telomerase activation and alternative lengthening of telomeres (ALT) respectively. Even though several lines of evidence from in vitro studies show that E6 and E7 oncogenes are involved in telomeric regulation, the involvement of these oncogenes in telomere homeostasis has never been demonstrated in vivo. Thus, to probe potential in vivo roles of the viral oncogenes in telomere homeostasis we utilized animals transgenic for HPV16 E6 and E7 in order to study the interaction of the E6 and E7 viral oncogenes with telomere homeostasis. Specifically, we examined whether the short-term effects of HPV16 E6 and E7 on stratified epithelia and their stem cell populations are mediated through telomere homeostasis. We showed that Terc is dispensable for most of the short-term HPV16 oncogene-mediated phenotypes in mice. Terc deficiency did not affect the E6 and E7-induced proliferation in basal and suprabasal layers of the epithelium, and the increase in keratin 15 (K15) expression in the hair follicle compared with the non-transgenic mice. Also, E6-mediated reduction of slowly cycling bulge cells (LRCs) was unaffected despite the absence of Terc. Surprisingly, E7-mediated reduction of LRCs was dependent on the presence of Terc, but the mechanism underlying this phenotype is not well understood. Further examination is needed in order to examine the role of Terc in longer-term phenotypes or during natural infection. While transgenic models have been useful in teasing out the role of individual gene products, research geared toward understanding the interaction of the virus with its host tissue and stem cells was hindered by the lack of animal models that can recapitulate the course of natural infection. This is mostly because papilloma virus infection is species-specific, and as a result, human papillomaviruses do not productively infect rodents. Recently, a papilloma virus strain that infects mice (MmuPV1) and can cause papillomas in vivo has been isolated and characterized. MmuPV1 was shown to have many similarities with cutaneus HPVs. To better understand the effects of viral infection on stratified epithelia, we used MmuPV1 genome to infect mice and obtained tissue from the papillomas that were developed. We examined the acute effects of papillomavirus on epidermal stem cell markers and on the morphology of the epithelium within the course of natural infection. These phenotypes mimic at least in part those previously observed in transgenic mice. We plan to use this model as a tool to examine the interaction of papillomavirus infection with telomere homeostasis. Furthermore, we will use it to interrogate the interaction of papillomavirus infection with the stem cell compartment and cellular plasticity in the epithelium during infection and tumorigenesis