Koude-virus-eiwitten geven nieuwe aanwijzingen voor kanker-therapie

Een nieuwe studie door wetenschappers in de VS suggereert dat koude virussen verrassend waardevolle bondgenoten kunnen zijn in de strijd tegen kanker. De bevindingen, gepubliceerd op 12 oktober in Cel, laat zien hoe kleine eiwitten in een soort koud virus, moleculaire mechanismen binnen gezonde cellen kapen, kankerbestrijdende genen tot zwijgen brengen en uitgestrekte 3D-polymeerwebben vormen die cellulaire agenten van groei en kankeronderdrukking overmeesteren.
Studieleider Clodagh O'Shea is assistent-professor in het Molecular and Cell Biology Laboratory aan het Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Californië. In een persverklaring legt ze uit hoe we kanker vroeger als een 'zwarte doos' zagen en ontdekte toen dat een 'sleutel die die doos opende de interacties tussen kleine DNA-tumorvirus-eiwitten en cellulaire tumoronderdrukkingscomplexen onthulde'.
"Maar zonder de structuur te kennen van de eiwitten die ze gebruiken om cellen aan te vallen, we waren op een verlies voor hoe deze kleine wapens winnen over veel grotere tumorsuppressors," zegt O'Shea.

E4-ORF3, een kanker veroorzakend proteïne van het "Zwitserse zakmes"

De onderzoekers besloten om E4-ORF3 te onderzoeken, een kankerverwekkend eiwit gecodeerd door adenovirus, een grote groep DNA-virussen die koude virussen bevat.
Een van de manieren waarop E4-ORF3 kanker bevordert, is door te voorkomen dat het p53-tumorsuppressoreiwit aan zijn doelgenen bindt. O'Shea's lab ontdekte dit ongeveer twee jaar geleden.
P53 staat bekend als de "bewaker van het genoom" vanwege zijn belangrijke rol in tumoronderdrukking. Het veroorzaakt cellen met beschadigd DNA, een onderscheidende eigenschap van kanker, om zelfmoord te plegen ("apoptose"). Dat pad is geïnactiveerd in bijna alle bekende menselijke kanker, waardoor kankercellen zich ongecontroleerd kunnen vermenigvuldigen.

Door het silencen van p53 uit te schakelen, laat het E4-ORF3-eiwit het ook toe dat adenovirus vrij kan repliceren in geïnfecteerde menselijke cellen.
O'Shea zegt E4-ORF3 "maakt letterlijk zip-bestanden van p53-doelgenen door deze te comprimeren totdat ze niet langer kunnen worden gelezen".
Het eiwit "zelf-assembleert" in cellen als een verstoord, 3D-weefsel dat verschillende tumoronderdrukkende eiwitcomplexen strikken en inactiveren.
Dit is ongebruikelijk voor een polymeervormend eiwit: meestal vormen ze stijve, uniforme ketens.
Eerste auteur Horng Ou, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van O'Shea, beschrijft E4-ORF3 als het "Zwitserse zakmes" van het virus:
"... het wordt samengesteld tot iets dat zeer veelzijdig is en het heeft de mogelijkheid om zichzelf op te bouwen in allerlei verschillende vormen en grootten die de vele afweermechanismen van een gastheercel kunnen vastleggen en deactiveren", zegt Ou.

Nieuwe technieken onthullen hoe E4-ORF3 "Ultrastructuur" in de cel Nucleus assembleert

In samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Diego (UCSD), heeft O'Shea's team nieuwe technieken gebruikt om te laten zien hoe E4-ORF3 zich tot een polymeer "ultrastructuur" in de kern vormt.
Dit was niet mogelijk met conventionele elektronenmicroscopie. Maar dankzij de nieuwste technologie en vaardigheden van UCSD's team in zijn National Center for Microscopy and Imaging Research, geleid door co-auteur Mark Ellisman, de onderzoekers konden het E4-ORF3-polymeer zien buigen, weven en zich een weg banen door de kern:
"Het lijkt een enkel herhalend patroon te hebben en creëert een matrix die verschillende tumoronderdrukkers vangt en p53-doelgenen tot stilstand brengt", zegt O'Shea.
In eerste instantie vormt het eiwit een dimeer, dat twee subeenheden omvat. In deze vorm negeert het zijn cellulaire doelen. Het team vroeg zich af of het misschien pas wanneer het een polymeer vormt dat E4-ORF3 agressief begint te binden aan targets voor tumoronderdrukkers.
Dus testten ze dit idee. Ze fuseerden E4-ORF3-polymeermutanten met laminaat, een cellulair eiwit dat intermediaire filamenten assembleert die cellen stabiel en sterk maken.
In de kern verzamelden de gefuseerde eiwitten zich tot cilindrische superstructuren die binden aan en de functie van PML, een tumoronderdrukkend eiwitcomplex, verstoren.

Implicaties: Tumor-Busting Virussen?

De onderzoekers hopen dat hun bevindingen wetenschappers helpen kleine medicijnmoleculen te maken die tumoren vernietigen op een manier vergelijkbaar met de E4-ORF3 en laminaatcombinatie die ze testten: door grote cellulaire componenten te binden en te verstoren waardoor kankercellen ongecontroleerd kunnen prolifereren.
Meer inzicht in de mechanismen voor het kapen van cellen die virussen gebruiken, zou verdere aanwijzingen kunnen geven over hoe behandelingen kunnen worden ontwikkeld die tumorcellen ondermijnen. Bijvoorbeeld, het kan mogelijk zijn om "tumor-afbrekende" virussen te construeren als de basis van een zichzelf in stand houdende kankertherapie.
Dergelijke virussen zouden alleen kankercellen kunnen vernietigen, omdat deze alleen konden floreren in cellen waar de p53-tumorsuppressor was uitgeschakeld. En wanneer die cel wordt vernietigd, zullen de kopieën van het gemanipuleerde virus vervolgens de resterende kankercellen in het hele lichaam opzoeken en doden.
De onderzoekers zeggen dat ze zulke virussen moeten engineeren dat je eerst een manier moet vinden om het vermogen van E4-ORF3 om p53 in gezonde cellen te deactiveren uit te schakelen: anders zouden de virussen ook gezonde cellen opzoeken. Maar u kunt E4-ORF3 helemaal niet verwijderen, omdat het wel een aantal nuttige functies heeft: zo kan het virus bijvoorbeeld eerst repliceren.
Deze subtiele punten illustreren het belang van de gedetailleerde, nauwgezette inspanningen die nodig zijn om alle nuances van virale eiwitstructuren, functies en interacties te begrijpen, voordat E4-ORF3 en vergelijkbare eiwitten kunnen worden gebruikt in kankertherapieën.
Fondsen van de National Institutes of Health, de American Cancer Society, Sontag Foundation, de Arnold en Mabel Beckman Foundation en Anna Fuller Foundation hielpen mee het onderzoek te bekostigen.
Geschreven door Catharine Paddock PhD