Sezione di Microbiologia – Dipartimento di Scienze Chirurgiche R Diagnostiche Integrate (DISC)
www.microbiologia.unige.it
Scuola di Scienze mediche e Farmaceutiche
2014
IL PAPILLOMAVIRUS
Prof. Oliviero E. Varnier
Laboratorio di Microbiologia Molecolare, Sezione di Microbiologia dell’Università UO Microbiologia Azienda Ospedaliera Universitaria H San Martino Laboratorio di Microbiologia e Virologia, Cenbtro Biotecnologie Avanzate
GENOVA
zur Hausen H, Meinhof W, Scheiber W, Bornkamm GW.
Attempts to detect virus- specific DNA in human tumors. I. Nucleic acid hybridizations with complementary RNA of
IL PREMIO NOBEL PER LA MEDICINA 2008
3 Di 37
• Nel 1976 Harald zur Hausen pubblicò l'ipotesi che HPV avesse un ruolo importante nella patogenesi del carcinoma della cervice uterina.
• Nel 2008 vince il premio NOBEL
La storia
informazione
HPV and vaccination: knowledge, attitudes and behavioural intention in adolescents and young women in Italy
Di Giuseppe G. e coll. Br J Cancer, 2008
solo il 23% ha conoscenza del problema
5 Di 37
SAPETE RISPONDERE AI SEGUENTI QUESITI?
1) I papillomavirus sono frequenti o rari?
2) Come si trasmettono i papillomavirus?
3) I papillomavirus causano un tumore nella donna?
4) I papillomavirus causano altre malattie?
5) Con quale meccanismo gli HPV causano il tumore?
6) Si guarisce dall'infezione da papillomavirus?
7) Posso sapere se ho anticorpi contro HPV e se ho contratto l'infezione da HPV?
8) La donna, che ha contratto l'infezione da HPV, svilupperà il tumore dell'utero?
9) Il vaccino contro HPV previene il tumore del collo dell'utero?
10) Perchè funziona il vaccino contro i papillomavirus?
11) Perchè si vaccinano solo le ragazze dodicenni?
CHI SONO I PAPILLOMAVIRUS?
" I Papillomavirus sono piccoli, circa 52-55
nm di diametro.
" Non hanno pericapside, sono particelle
icosaedriche.
" Il loro capside è composto da due proteine:
L1 (maggiore) e L2 (minore).
" Il genoma di HPV è circolare, dsDNA, di
circa 8.000 bp.
7 Di 37
VIRUS-LIKE PARTICLE = VLP - ATOMIC FORCE
" Con la tecnologia ricombinante i geni L1 dell’HPV 16 sono
stati espressi in cellule di lievito e di insetti.
" Le proteine capsidiche L1 si auto-assemblano in VLPs
con una elevata efficienza e possono essere purificate.
" Le VLPs sono simili ai virioni dei papillomavirus con una
immunigenicità simile a quella dei virioni infettivi.
" Le VLPs sono contenitori vuoti privi di materiale genetico.
Virus-Like Particle (~20,000 kD)
72 capsomeri
Capsomero L1 (~280 kD)
5 x L1
Proteine L1 (55 - 57 kD)
ASSEMBLAGGIO DELLE PARTICELLE SIMIL-VIRALI (VLPs)
Quando la proteina L1 viene sintetizzata in quantità sufficienti
spontaneamente si assembla a formare Virus-Like Particles (VLPs)
9 Di 37
Funzioni delle Proteine di HPV
Proteine Funzioni
Precoci
" E1 replicazione del DNA virale
" E2 trascrizione e replicazione virale
" E4 proteina tardiva NS che taglia il citoscheletro
" E5 proteina trasformante inibitrice della degradazione
" E6 principale proteina trasformante, lega P53
" E7 proteina trasfornante, lega RB
Tardive
" L1 principale proteina virale del capside
" L2 proteina virale del capside
LE MALATTIE CAUSATE DAI PAPILLOMAVIRUS
" HPV causano verruche e alcuni genotipi
sono associati a tumori nella donna (carcinoma della cervice) e nell’uomo (carcinoma del pene)
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PAPILLOMAVIRUS: MILESTONES NELLA RICERCA
460 AC le verruche genitali definite condilomi
25 PC
tre tipi di verruche identificati
1842
‘la natura venerea del cancro della cervice
1891
Inatura infettiva delle verruche comuni
1907
natura virale delle verruche cutanee – Ciuffo (Università di Cagliari)
1949
particelle di HPV nelle verruche delal cute (EM)
1965
caratterizzazione strutturale e molecolare di HPV DNAdi veruche della cute
1962/1967
Papovavirus umani 1975
ipotesi che HPV sia la causa del cancro della cervice – zur Hausen
1976–77 Diversità dei tipi di HPV
1979
classificazione dei HPV
1983 HPV 16 nel carcinoma cervicale
1984
HPV 18 nel cancro della cervice
1992
produzione di VLP mediante
autoassemblaggio di L1 e L2
2006
I vaccino per HPV
Where EM = electron microscopy; HPV = human PapillomaVirus; VLP = virus-like particle. Syrjänen and Syrjänen. Papillomavirus infections in human pathology. Wiley & Sons, Chichester; 2000. p.1–10; Munoz N. J Clin Virol. 2000;19:1–5.
1999
HPV nel 99.7% dei cancri della cervice3
2008
HPV Nobel Medicina
QUESITO?
CON QUALE MECCANISMO GLI HPV CAUSANO IL TUMORE?
13 Di 37
REPLICAZIONE
" regioni precoci
" proteine non-strutturali tumorali
" Antigene T grande
" Antigene t piccolo
" regioni tardive
" proteine del capside
" VP1
" VP2
" VP3
REPLICAZIONE VIRALE
Non sintetizzano DNA-polimerasi: utilizzano enzimi cellulari
Cellule permissive
Trascrizione mRNA virale tardivo Replicazione virale
Morte cellulare (effetto citopatico)
Cellule NON permissive
Espressione geni precoci
Trasformazione oncogena della cellula
15 Di 37
VIRUS TUMORALI A DNA: Oncogeni
• Adenovirus E1A region 2
• SV 40 Large T
• JC poliomavirus Large T
• BK poliomavirus Large T
• Papillomavirus Umano 16 E7
Tutti hanno una sequenza in comune e mutazioni in
questa regione aboliscono la capacità trasformante
MECCANISMI DI TRASFORMAZIONE CELLULARE
Cellula
embrionale indifferenziata
Replicazione cellulare attiva
Cellule differenziate Gene di controllo
della replicazione
17 Di 37
PROTEINA ONCO-SOPPRESSIVA:
p53
pRB
p53 gene p53 gene p53 gene
P53
P53 DNA
Blocco della replicazione
HCV P53
replicazione replicazione
Papilloma proteolisi
P53 HPV
MECCANISMI DI TRASFORMAZIONE CELLULARE
PAPILLOMAVIRUS UMANI
" Si conoscono oltre 200 tipi di HPV (2-10%)
" 85 genotipi sono stati caratterizzati
" HPV possono infettare cellule epiteliali basali della cute oppure
lo strato esterno dei tessuti e sono quindi classificati in:
" tipi cutanei: epidermotropi-> cute delle mani e dei piedi
" tipi mucosali: mucosa della bocca, gola, apparato
respiratorio ed epitelio anogenitale
19 Di 37
PAPILLOMAVIRUS UMANI
" Storicamente, HPV 16 e HPV 18 sono stati considerati i tipi con
il più alto rischio oncogeno;
" i tipi 6 e 11 sono HPV a basso rischio;
" HPV 31, 33 e 35 sono stati considerati a rischio intermedio;
" Questi 7 tipi di HPV causano circa il 70% dei tumori cervicali;
" Alto rischio (HR):16, 18, 31, 33, 34, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58,
59, 66, 68, 70, 73, 26, 30, 54.
" Basso rischio (LR): 6, 11, 40, 42, 43, 44.
HUMAN PAPILLOMAVIRUS PHILOGENETIC
21 Di 37
CLASSIFICAZIONE HPV – ALBERO FILOGENETICO di 30 TIPI
12*
57
3*
10*
11*
6* 13*
44*
7*
40*
43*
42*
32*
66
†56
†53
30 51
†26 34 68
†39
†45
†18
†52
†58
†33
†31
†35
†16
†HPV Cutanei (*basso rischio, LR)
HPV Mucosali (
†alto rischio, HR
2)
1. Adapted from Wieland U and Pfister H. Papillomaviruses in human pathology: Epidemiology, pathogenesis and oncogenic role. In: Gross, Barrasso Eds. Human papilloma virus infection: A clinical atlas. Ullstein Mosby; 1997. p1–18. 2. Lui J et al (Eds): IDEAL 2003, LNCS 2690. p540–544, 2003. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2003.
Condilomi genitali L-SIL* / CIN1
*Lesione intraepiteliale squamosa di basso grado
Neoplasia Cervicale Intraepiteliale
H-SIL*/CIN 2-3
Lesione intraepiteliale squamosa di alto grado
I PAPILLOMAVIRUS SONO MOLTO RARI?
CONDILOMI
Anticorpi +
Virus -
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HPV: EPIDEMIOLOGIA
CvCxCases/100,000
0 5 10 15 20 25
15-19 20-24 25-29 30-34 35-39 40-44 45-49 50-54 55-59 60-64 >65
Age (years)
HPV Pr e vale n ce ( % )
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
HPV
Cervical Cancer
Sources: NCI SEER Data, 1990-94; Melkert et al., 1993. Int J Canc 53:919.
CvCxCases/100,000
0 5 10 15 20 25
15-19 20-24 25-29 30-34 35-39 40-44 45-49 50-54 55-59 60-64 >65
Age (years)
HPV Pr e vale n ce ( % )
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
HPV
Cervical Cancer
Sources: NCI SEER Data, 1990-94; Melkert et al., 1993. Int J Canc 53:919.
Prevalenza dell’infezione da HPV
25 Di 37
COME SI TRASMETTE INFEZIONE DA HPV ?
Adolescenti, che hanno consultato un ambulatorio ginecologico del collegio, sono state analizzate per HPV ad intervalli di 6 mesi per 3 anni. 26% erano positive al primo test e, continuando a frequentare il collegio con incontri di nuovi partners sessuali, il 43% contrasse l’infezione. Dopo 3 anni di
collegio, circa il 60% era positivo in uno o più tests.
Squamoso
Granulare
EPITELIO
E4
replicazione del DNA virale L1, L2
assemblaggio dei virioni
HPV : CICLO REPLICATIVO ed ESPRESSIONI GENICHE
L’infezione non produce viremia, l’HPV resta
localizzato a livello epiteliale e mucosale
27 Di 37
PATOGENESI
inoculazione Infezione asintomatica
crescita attiva
controllo dell’ospite
risposta immune lesione
primaria
completa guarigione clinica
malattia persistente o ricorrente
Dopo l’inoculazione, il virus entra in un periodo di latenza che può durare una media da 1 a 8 mesi;
sebbene, in alcune donne questa latenza può durare per molti anni o decadi. Ma la maggior parte dei soggetti eradicano questa infezione in questa fase senza presentare una lesione visibile da HPV. In quelli nei quali il sistema immune non controlla il virus in questo stadio, il virus prende sotto controllo la cellula causando una proliferazione cellulare che evolve in una lesione clinica.
Quando le lesioni sono verruche genitali, si ha una crescita attiva da 3 a 6 mesi durante i quali non c’è immunsoppressione. Il trattamento delle verruche in questo stadio spesso è seguito dalla ricrescita delle lesioni sia nel sito trattato o in altri siti a causa dell’assenza di una risposta immune. Nella maggior parte dei casi, i soggetti che hanno eradicato l’infezione, avranno una completa guarigione clinica.
Sfortunatamente, dal 10% al 20% hanno lesioni che sono molto difficilmente eradicabili, perché essi non hanno una buona risposta immune. Questi soggetti sono a rischio di sviluppare una malattia persistente o ricorrente.
Cervice normale
Cervice HPV infettata
Stadio precanceroso 1-8 mesi 3-6 mesi 3-6 mesi
Inoculazione Infezione asintomatica
Replicazione
Controllo da parte dell’ospite
HPV: ANDAMENTO DELL’INCIDENZA DEL CARCINOMA DELLA CERVICE
0
5
10
15
20
25
30
35
29 Di 37 Globocan 2000
I KILLER PIÙ FREQUENTI:
CANCRO & MORTALITÀ NELLE DONNE Europa
10,4 10,5 10,6
11,5 13,0
24,2
61,3
0 10 20 30 40 50 60 70
BREAST COLON/RECTUM CERVIX UTERI CORPUS UTERI STOMACH OVARY LUNG
Incidenza
4,7 4,9 5,8
8,7 9,3
12,9 20,2
0 10 20 30 40 50 60 70
BREAST COLON/RECTUM LUNG STOMACH OVARY PANCREAS CERVIX UTERI
Mortalità
4,0 4,8 4,8 5,7 5,7
23,6
CERVIX UTERI 27,3
BREAST STOMACH LIVER COLON/RECTUM OVARY NH LYMPHOMA
Incidenza
2,9 2,9 3,1
4,9 5,5
10,7
CERVIX UTERI 14,9
BREAST LIVER STOMACH COLON/RECTUM OVARY NH LYMPHOMA
Mortalità
I KILLER PIÙ FREQUENTI:
CANCRO & MORTALITÀ NELLE DONNE
AFRICA
31 Di 37
il SIGNIFICATO CLINICO di un TEST per HPV DNA
Snijders et al. 2003. J Pathol 201:1
il SIGNIFICATO CLINICO di un TEST per HPV DNA
33 Di 37
TIPIZZAZIONE di HPV
" QUALE GENOTIPO DI HPV?
" QUALI GENOTIPI DI HPV?
Probe
1 = Conjugate control 2 = HPV 6
3 = 4 = 5 = 6 = 7 = 8 = 9 = 10 =11 = 12 = 13 =14 = 15 = 16 = 17 =18 = 19 = 20 = 21 =22 = 23 = 24 =
HPV 11 HPV 16 HPV 18 HPV 18
HPV 31 / 40 / 58 HPV c31
HPV 33 HPV 34 HPV 35 HPV 39 HPV 40 HPV 42 HPV 43 HPV 44 HPV 45 HPV 51 HPV 52 HPV 53 HPV 56 / 74 HPV c56 HPV 58 HPV 59
6 6 16 11 35 53 52 18 11 51 66 43 66 70 56
Innogenetics: HPV genotypes
11 16 54 35 42 51 66 70
35 Di 37
GINECOLOGO
PAZIENTE
37 Di 37
