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The evolutionary history of oncogenic and non-oncogenic papillomaviruses

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Kampf gegen Krebs über die Evolution der Papilloma-Viren

Einige Papilloma-Viren (PV) können Krebs verursachen und stellen für die Gesundheit daher ein großes Problem dar. Europäische Forschende haben die Evolution der Papilloma-Viren untersucht, um herauszufinden warum einige onkogenes Potenzial haben, während andere keine Symptome verursachen.

Gesundheit

Die maligne Veränderung einiger Papilloma-Viren wird auf die Onkogene E5, E6 und E7 zurückgeführt, die im DNA-Genom der Viren vorkommen. Obwohl die von diesen Genen exprimierten Proteine bereits eingehend untersucht worden sind, gibt es kaum Informationen zu ihrer evolutionären Herkunft.

Unterschiede zwischen onkogenen und nicht onkogenen Papilloma-Viren untersuchen

Das Team kombinierte rechnergestützte und experimentelle Methoden miteinander, um damit die spezifischen Ereignisse zu untersuchen, die während der Genomevolution der Papilloma-Viren auftreten. Dabei wurde es vom Marie-Skłodowska-Curie-Programm unterstützt. Projektkoordinator Ignacio Bravo erklärt dazu: „Wir haben die Macht der Evolutionslehre genutzt, um die Genome bestehender Papilloma-Viren sowie die Wechselwirkungen zwischen Virus- und menschlichen Proteinen zu untersuchen. Daraus haben wir die Evolutionsgeschichte dieser Genome und Wechselwirkungen rekonstruiert.“ Die Forschenden analysierten die Sequenzen aller Gene in den heute bekannten Papilloma-Viren und zogen mithilfe der Bioinformatik Rückschlüsse auf ihre Geschichte. Sie rekonstruierten ihre evolutionäre Beziehungen in Form eines phylogenetischen Stammbaums, um daran abzulesen, ob das Genom der PV-Vorfahren bereits alle Gene enthielt, die in der modernen Verbindung vorkommen, oder ob sie nach und nach dazukamen. Das Wissenschaftlerteam fand schließlich heraus, dass das Genom der PV-Vorfahren vor etwa 400 Millionen Jahren tatsächlich nur zwei Genkassetten enthielt: eine für die Replikation und eine zur Erzeugung von Virionen. Die Virus-Onkogen E6 und E7 entstanden erst viel später, aber das Onkogen E5 scheint sich vor etwa 40 Millionen Jahren de novo aus einer DNA-Sequenz entwickelt zu haben. „Dieses Auftauchen neuer Gene aus dem Nichts ist eine der Hauptquellen für evolutionäre Neuerung, wodurch die Papilloma-Viren den Wirt auf ganz neue Art und Weise ausnutzen können“, so Bravo weiter. Aus einer einzigen viralen Abstammungslinie sind drei PV-Typen hervorgegangen: einer verursacht Handwarzen, ein zweiter Genitalwarzen und ein dritter Schleimhautläsionen, die Krebs zur Folge haben können. Um das onkogene Potenzial der Onkogene aus den PV-Vorfahren analysieren zu können, haben die Forschenden sie experimentell mithilfe synthetischer Biologie „wiederbelebt“. Dann wurden diese verschiedenen menschlichen Zelllinien im Nährmedium zugegeben. So konnten die Forschenden die Wirkung dieser Onkoproteine auf die Eignung der Zellen bewerten und deren Wechselwirkung mit zellulären Tumorsuppressorproteinen, die früher oder später zu Krebs führen könnten, genauer untersuchen.

Wie die Ergebnisse aus ONCOGENEVOL genutzt werden können

In den letzten 30 Jahren hat die Krebsforschung im Bereich der Papilloma-Viren immense Fortschritte gemacht. Zwar infizieren sich die meisten sexuell aktiven Menschen irgendwann mit Papilloma-Viren, doch nur ein Bruchteil erkrankt dann auch an Krebs. Obwohl die genetischen Unterschiede zwischen onkogenen und nicht onkogenen Papilloma-Viren jetzt bekannt sind, weiß man noch wenig über die bestimmenden Faktoren, die sie onkogen werden lassen. Im Projekt ONCOGENEVOL wurde die medizinische Evolutionslehre auf das langfristige Zusammenspiel von weit verbreiteten Viren und ihren jeweiligen Krebsarten angewendet und somit der aktuelle Wissensstand zum Ursprung der Gene und Genome von Papilloma-Viren deutlich erweitert. Dieses Projekt hat die Grundlage geschaffen, um zu verstehen, wie bestimmte Papilloma-Viren ihr onkogenes Potenzial entwickelt haben. Die Marie-Skłodowska-Curie-Forschungsstipendiatin Anouk Willemsen erklärt: „Wir konnten unser Verständnis der Evolutionsgeschichte von Papilloma-Viren deutlich vertiefen und unsere Ergebnisse haben eindeutig Potenzial für die zukünftige Entwicklung von Impfstoffen gegen diese Viren.“ Geplant ist noch, die bestimmenden Faktoren für das Auftreten von Krebs infolge einer Infektion mit Papilloma-Viren zu klären. Für gesundheitspolitische Maßnahmen (einschließlich Vorsorgeuntersuchungen und Impfung) für weniger onkogene PV-Infektionen und damit weniger Krebserkrankungen wird dies von zentraler Bedeutung sein.

Schlüsselbegriffe

ONCOGENEVOL, Papilloma-Virus (PV), Evolution, Krebs, Genom, onkogen, E5, E6, E7

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