Интеграция ВПЧ в клетку-хозяина реорганизует хроматин и стимулирует онкогенез

Вирус папилломы человека (ВПЧ) — онкогенный вирус, который вызывает до 70% случаев рака головы и шеи, а также является причиной большинства случаев рака шейки матки. Авторы исследования, опубликованного в Genome Biology, предположили, что изменения хроматина в месте интеграции вируса могут привести к изменениям в экспрессии генов, которые способствуют онкогенности ВПЧ.

ВПЧ вызывает эпителиальные поражения различной степени тяжести — от бородавок до метастатических опухолей. Наиболее известные онкогенные белки ВПЧ — Е6 и Е7 — взаимодействуют с различными регуляторами клеточного цикла и способствуют неконтролируемой пролиферации. Кроме того, есть свидетельства в пользу эпигеномных механизмов онкогенеза.

Если доброкачественные папилломы обычно несут эписомальную (вне хромосом клетки) форму вируса, то более 80% ВПЧ-ассоциированных инвазивных видов рака содержат геномный материал вируса, интегрированный в ДНК клетки-хозяина. Иными словами, интеграция ВПЧ в геном клетки приводит к менее благоприятному исходу. Типы ВПЧ высокого онкогенного риска несут консервативный сайт связывания фактора транскрипции CTCF. Этот фактор связывается с эписомальными ВПЧ и регулирует экспрессию Е6 и Е7. При этом интеграция ВПЧ может усилить экспрессию Е6 и Е7. По всей видимости, введение нового сайта связывания CTCF при интеграции ВПЧ в геном клетки может влиять на структуру хроматина, стимулируя тем самым онкогенез. Ученые исследовали, как интеграция ВПЧ в опухоли приводит к локальным изменениям в эпигеноме, экспрессии генов и альтернативному сплайсингу, что предполагает наличие ранее неизвестных путей онкогенеза.

Авторы статьи изучили 17 типов ВПЧ и показали, что у онкогенных типов мотив CTCF встречается чаще, чем у неонкогенных. Затем они сосредоточились на одном из самых онкогенных вариантов — ВПЧ 16 типа. Для анализа ученые комбинировали подходы, основанные на NGS (ATAC-seq и ChIP-seq) с секвенированием РНК. В результате было показано, что связывание CTCF с сайтами, принадлежащими ВПЧ16, сохраняется после интеграции вируса в геном-хозяина. Интеграция вирусного генома изменяет доступность хроматина и тем самым повышает экспрессию близлежащих генов. Интересно, что экспрессия увеличивалась только для нижележащих генов или только для вышележащих, но никогда в обоих направлениях относительно сайта интеграции. Это свидетельствует о том, что только один конец интегрированного вируса запускает экспрессию генов. Консервативный сайт связывания CTCF в геноме ВПЧ локально повышает доступность хроматина в этой области, и это повышение доступности происходят в пределах 100 т.п.н. от сайта интеграции вируса.

Также исследователи показали, что влияние интегрированного ВПЧ на транскрипцию, доступность хроматина и связывание CTCF снижались с увеличением расстояния от места интеграции вируса. Выяснилось, что ВПЧ нарушает регуляцию экспрессии и альтернативный сплайсинг локальных генов в пределах 500 т.п.н. от сайта интеграции. Иначе говоря, он способен влиять на дифференциальное использование экзонов соседних генов. Такая дерегуляция экспрессии генов и сплайсинга в области интеграции вируса могут быть связаны с онкогенными изменениями в структуре хроматина.

Установив, что интеграция ВПЧ приводит к изменениям в структуре хроматина и нарушению регуляции экспрессии генов в линиях раковых клеток и опухолях пациентов, ученые проверили роль такой оверэкспрессии в онкогенезе. Для этого они изучили образцы, полученные от 71 пациента с ВПЧ-положительным плоскоклеточным раком головы и шеи. У 22 пациентов были обнаружены сайты интеграции вируса в геном. У 16 из этих 22 пациентов (73%) была также подтверждена аномальная экспрессия генов, расположенных вокруг сайтов интеграции ВПЧ.

Также авторы проанализировали 228 случаев цервикального плоскоклеточного рака. У 139 пациенток они идентифицировали хотя бы один сайт интеграции вируса, и в 61% таких случаев экспрессия генов вокруг сайтов интеграции ВПЧ была повышена. Исходя из этого, ученые предполагают, что активация соседних генов ВПЧ может оказаться достаточной для запуска онкогенеза. Эта гипотеза дополняет список уже известных онкогенных механизмов, ассоциированных с ВПЧ.

Таким образом, интеграция вируса папилломы человека в геном клетки-хозяина приводит к локальным изменениям хроматина и влияет на транскриптом. Вероятно, это еще один путь онкогенеза, понимание которого может направить дальнейшую разработку методов лечения ВПЧ-ассоциированного рака.