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Human papilloma virus

ヒト乳頭腫ウイルス(Human papilloma virus:HPV)は、現在、パピローマウイルス科(Papillomaviridae)に分類されている. 環状二本鎖DNA, エンベロープなしの正二十面体構造を示す。HPV は2本鎖DNA の複製を有する腫瘍ウイルスである。L1キャプシド遺伝子の塩基配列相同性にもとづいてこれまでに120以上の遺伝子型が同定されている*1.

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HPVは, 1949年, 皮膚乳頭腫病変より電子顕微鏡で確認された.*21983年にはドイツのzur Hausen博士により子宮頚癌組織にHPV type16,18 DNAが発見された。(写真はzur Hausen先生. この功績により,2008年ノーベル生理・医学賞授与)

HPV はヒトの皮膚や粘膜(口腔、生殖器etc.)などの扁平上皮に接触感染し、乳頭腫を形成する。ヒト以外の哺乳動物や鳥類においても同様のパピローマウイルスの存在が確認されているが、宿主域は非常に厳密で、種を超えて他の動物に感染することはない。(HPVはヒト以外の動物には感染しない.)

皮膚感染型のHPVと生殖器粘膜に感染する粘膜型HPVの2つに大別され, 約40種類の粘膜型HPVのうち, 少なくとも15種類が子宮頚癌の原因となる高リスク型HPVと考えられる。 それらには16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51,52, 56, 58, 59, 68, 73, 82 などがある. これらは分子系統樹上のあるサブグループに集中しており, 構造と機能の相関が示唆される。

この中でHPV16とHPV18が世界における子宮頚癌の約70%の発症に関わっている*3。本邦では子宮頚癌の90%から高リスク型HPV DNAが検出されており16型がそのうちの約半数を占めている。

また, HPV感染は肛門癌の少なくとも90%, 40%の膣癌, 外陰部癌, 陰茎癌, および10%の頭頸部癌の原因と推定されている*4.
一方, 良性尖圭コンジローマを生じる低リスクHPVにはHPV6, 11がある。

性行為の開始に伴い約50-80%の女性がHPV感染を経験するが通常約1年以内にウイルスは排除され、感染により発生した子宮頸部軽度異形成・頸部上皮内腫瘍性病変(CIN: cervical intraepithelial neoplasia)は, 約3年以内に自然消退する*5

HPV感染者の約10%には3年以上の持続感染が成立し, さらにその一部に数ヶ月から数十年の経過を経て子宮頚癌cervical cancerが発生すると考えられる*6*7
日本では年間約1万人の女性が子宮頚がんを罹患する。

Human papilloma virus(HPV)の構造

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パポバウイルス科の環状二本鎖DNAウイルスでエンベロープなしの正二十面体。
HPVの伝播には感染者あるいは汚染表面との直接接触が必要。すべてのHPVは, 皮膚あるいは粘膜上皮のどちらかに感染し, 上皮の過形成hyperplastic epithelial lesionを形成する。

HPVには血清型が存在せず, ウイルスゲノム(E6, E7, L1-DNA)の相同性から発見された順にアラビア数字で型名をつけている。相同性が90%以上を同じtypeとし, 2-10%の違いはsubtypeとして小文字のアルファベットをつけ, 2%未満の違いはvariantとして扱う。 現在HPVの型は80以上が知られている。

BernardらはHPVの後期遺伝子(L1)領域DNAの一部からHPVのタイプをGroup A〜Eに系統分類した*8

11タイプに細分されたGroupAのうちGroupA9に属するHPV16型グループ, GroupA7のHPV18型グループ, GroupA6のHPV56型グループなどは子宮頸癌発生に関与する悪性型と考えられている。

GroupA10に属するHPV6, 11, 42, 45, 55型などは尖型コンジローマや子宮頚部LSILにのみ検出されるため低悪性型と考えられている。

HPVの構造とゲノム

HPVの感染サイクル*9

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  • HPVは性行為を介して生殖器の微小な傷から粘膜基底細胞に侵入し, ウイルスゲノムが低コピー数で維持される状態を確立する。
     
  • この状態ではウイルスゲノムが宿主基底細胞核内で維持されるのみで, ウイスル遺伝子発現は最小限に抑えられウイスル増殖はおこらない(潜伏期)
     
  • 感染細胞が基底層を離れ, 粘膜上皮分化を開始するとウイルスゲノムの大規模な複製とcapsid proteinの合成が開始されウイスル粒子(感染可能なビリオン)が産生される(増殖期)
     
  • ビリオンは分化した表層細胞とともに剥がれ落ちる.HPV増殖は細胞変性をおこさないことから上層の細胞が自然に剥離・破壊されることでウイルスが放出され周囲細胞に感染が拡大する。
     
  • このようにHPVは, 潜伏期と増殖期を繰り返す感染サイクルを持っていると考えられる
     
  • HPV持続感染は細胞分化に伴う不定期で小規模なウイルス増殖しか起こさないため, 宿主の強力な免疫応答をおこすことはなく, 自然感染で得られる血中HPV抗体価は一般に低い。
     
  • 基底細胞層に持続感染しながら,分化細胞でウイルスの産生が起こり,抗原性が高いビリオンは,血管のない粘膜表層あるいは皮膚角化層で初めて形成されるため,ウイルス血症にはならず免疫学的にも排除されにくい.

HPVゲノムと発がん

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  • Human papilloma virus(ヒト乳頭腫ウイルス)は正二十面体キャプシド構造を外殻として約8000塩基対の環状二本鎖DNAよりなるDNAウイルス.
     
  • HPVゲノムは複製起点やプロモーターが存在するupstream regulatory region(URR)あるいはlong control region(LCR)と呼ばれる制御領域, ウイルス増殖の役割をもつ初期遺伝子領域(E1, E2, E4, E5, E6, E7)とウイルスキャプシドタンパクをコードする後期遺伝子領域(L1, L2)より構成される。すべての遺伝子は片方のDNA鎖(センス鎖)上に存在している。*10
     
  • E1とE2は, ウイルスゲノムの複製や分配に重要な役割を果たす. E2は転写因子であり, URR内に複数存在するE2認識配列への結合を介してウイルス因子の転写制御をおこなう. 複製起点はこのE2結合配列の近傍に位置する。
     
  • E2はヘリカーゼである E1を複製起点にリクルートする機能ももつ。E1ヘリカーゼは二本鎖DNAをほぐすとともに宿主細胞由来のDNAポリメラーゼ, プライマーゼ, RPAなどの複製関連タンパク質群を呼び込み、ウイルスDNAの複製を開始させる。
     
  • E4はE1/E4融合タンパク質として発現し, ケラチンとの結合により細胞骨格を崩壊させ, ウイスル増殖を促進していると考えられている.
     
  • E5はEGF受容体の活性化を増進し, 培養細胞をトランスフォームするが, ウイスルの生活環境における役割は明らかではない。 E6, E7は基底細胞より上層の最終分化に向かう細胞のDNA合成能を維持させてウイスル自身のDNA複製を可能にしている。

HPVゲノムは8つのウイルスタンパク質しかコードしていないため, 宿主細胞のタンパク質機能をウイルス増殖期に最大限に利用する必要がある. HPVが増殖を開始する頸管粘膜の傍基底細胞は通常, 細胞増殖を停止し, 分化に向かっている

ウイルスは自身のE6およびE7蛋白質により, 宿主細胞を増殖サイクルに維持して、細胞の複製蛋白質が豊富な環境を整え自身の増殖に利用している。E6, E7蛋白はHPVがコードする癌蛋白質であり、HPV感染による発癌過程において重要な働きをしている。

 

HPV E7タンパク質

約100aaより構成され1つのZn フィンガードメインをもつ. 一部例外を除き, HPV E7はRBファミリータンパク質(pRb, p107, p130)に結合しその機能を阻害する. とくにHPV type16など高リスク型HPV E7はRBの分解も促進する.

 80%

RBの主な機能は細胞周期調節であり, 主にG1期からS期への移行を制御する。

  • RBはG1期の初めには低リン酸化状態(活性型)にあり, 転写調節因子E2Fと結合して,その機能を抑制している。
     
  • G1期の終わりに, RBはサイクリンとcyclin dependent kinaseの複合体のひとつであるcyclinD/CDK4の働きによりリン酸化され高リン酸化状態となりE2Fが放出される。E2Fの放出によりG1期からS期へ移行する。
     
  • E7 N末端には, SV40などのポリオーマウイルスの大型T抗原やアデノウイルスのE1Aにも保存された領域CR1(conserved region1)CR2(conserved region2)があり*11, CR2に保存されたLXCXEモチーフを介してRBファミリー蛋白に結合する。
     
  • CDK4インヒビターのひとつであるp16INK4aはcyclinD/CDK4複合体と結合してRBのリン酸化(不活化)を抑える。
     
  • 通常p16が高発現する細胞は増殖を停止するが, HPV感染細胞では, RBタンパクがE7により不活化されているためp16の発現が高いまま増殖するp16高発現はE7の高発現を反映してCIN3やinvasive carcinomaのよいマーカーになることが示唆されている。
     
  • p16, MIB-1染色でp16を高発現しながら増殖している細胞があることを確認できる。
     
  • また, CDKの活性はCDK inhibitor(CDKIs)とよばれる阻害因子による制御をうけている. このCKDIのうちp21CIP1/WAF1, p27KIP1とE7は直接に結合してこれらの阻害的活性を抑制する。結果的にcyclinD/CDK4の活性化は促進され, 細胞周期の回転, 細胞増殖が刺激される。
     
  • E7の標的遺伝子はRB以外にも多くが同定されているが, E7の生物学的活性のほとんどはRB機能の不活化に依存していると考えられている。

HPV E6タンパク質

E7によるpRB不活化を介するE2Fの構成的活性化はp14ARFを過剰誘導し, p53の蓄積と活性化により細胞はアポトーシスに陥ってしまう。HPV E6タンパクはこのp53活性化を抑制するよう働いている。

  • 高リスク型HPVのE6はE3ユビキチンリガーゼであるE6AP(UBE3A)と結合し, E6APの器質特異性を変化させるアダプタータンパクとして働きp53のユビキチン化と分解を促進する. このp53分解機構はpRBの不活性化の高い, 高リスクHPVでのみ保存されている。
  • E6はp53の転写共役因子であるCBP/p300やADA3とも結合, その機能を遮断することでp53経路を二重に遮断する. またE6はアポトーシス誘導に関連するBak, FADD, pro-caspase8と結合してこれらの働きを阻害する。
  • これらのうちCBP/p300やBakとの結合は高リスクHPV以外にも保たれている。またE6を持たないHPVも存在することより, 本来E6にはE7によるpRB不活化が惹起するアポトーシスを抑制する役割を担うためE7機能強化に伴い進化したと推察される*12

E6の新しい機能

1) テロメラーゼの活性化

  • 体細胞テロメラーゼ活性は逆転写酵素サブユニットTERT(telomerase reverse transcriptase)の発現に依存している。テロメラーゼのもうひとつの構成因子である鋳型RNAコンポーネント(TR: 遺伝子はTERC)はほとんどすべての細胞に発現するのに対し, TERTは幹細胞などごく一部の細胞でしか発現しておらず多くの体細胞はテロメア末端の一定以上の短縮に伴い細胞老化し, 増殖が停止する。
     
  • ヒトがんにおいてテロメラーゼの活性化はp53, pRB経路の異常とならび最も高頻度(85%)に見られる現象である。
     
  • in vitroでヒト正常子宮頸部角化細胞の不死化には少なくともpRB経路の不活化とテロメラーゼ活性化が必要であり、前者をE7が, 後者テロメラーゼ活性化をE6が担っている。
     
  • E6はテロメラーゼを構成するTERTのプロモーター上にmSin3A/HDAC複合体を呼び込み転写抑制にはたらくNFX1-91をE6AP依存性に分解促進し転写抑制を解除することが知られている。*13
     
  • TERTプロモーターやイントロンには多数のMyc認識配列であるE-boxがあり転写抑制が解除された結果Myc/MaxのE-boxへの結合が促進され, TERT遺伝子の転写活性化がおこる。この過程には, E6とc-myc複合体形成やE6によるc-myc誘導なども提唱されている。

がん化においてTERTの発現誘導はテロメア長の維持により不死化の必要条件のひとつを満たすが, ウイスル学的には1つの被感染細胞から肉眼病変を形成し長期間維持するために有利に働くこと、および, テロメア長非依存的に細胞増殖を活性化する可能性が考えられる。

2)p53の不活化を介するNotch1の下方制御(down regulation)

3)複数のPDZドメインをもつタンパク質を標的化している

  • 子宮頚癌より分離される高リスクHPVのE6 C末端には全クラスIのPDZドメイン結合モチーフが保存されtranforming活性やヌードマウスの腫瘍原性に必須である。*14
     
  • DLG1, DLG4, Scrib, MAGI-1, -2, -3, MUPP1, PATJなどのPDZドメイン含有タンパク質がE6と結合して分解促進されると報告されている.
     
  • これらのタンパク質は細胞極性維持, tight junctionやGAP junctionなどの細胞間接着装置の形成、増殖抑制シグナル伝達に関与していると考えられている。E6による分解促進はEMTを誘導してtransformationを引き起こす可能性がある。
     

p16免疫染色

サイクリン依存性キナーゼインヒビター (CDKN: cyclin-dependent kinase inhibitor)の一つで細胞周期の調節に関与する癌抑制遺伝子(p16 ink4a)産生タンパクを認識抗原とする。

 
  • 正常細胞では胎児期胸腺, 成人の増殖期内膜, 乳腺, 胃, 食道扁平上皮, 唾液腺, 一部の神経内分泌細胞が陽性となる。
     
  • 核陽性の染色パターンを示す。実際には細胞質も染まってくる。
     
  • 子宮頚部病変ではHSILおよび浸潤癌, 腺癌が陽性になる。CIN2-3では組織学的に上皮上部1/3が陽性になる。正常細胞, 化生, 炎症病変では陰性である。
     
  • 頚部腺癌はびまん性に陽性になり, 子宮内膜癌は陰性ないし一部陽性のため鑑別診断に応用できるとする報告がある。
     
  • p16が認識する抗原はHPVゲノム組み込み後にE7によりRBの不活化あるいは変異がおこるとRbのnegative feed back機構が失われて過剰発現するようになる。過剰なタンパク抗原がp16抗体により染色される.  CIN1/LSILでは, 35-50%, CIN2-3では70-100%がp16陽性を示す。
     
  • 通常p16が高発現する細胞は増殖を停止するが, HPV感染細胞では, RBタンパクがE7により不活化されているためp16の発現が高いまま増殖する
     
  • p16, MIB-1染色でp16を高発現しながら増殖している細胞があることを確認できる。

L1 capsidタンパク

  • HPVウイルス粒子産生に伴って発現が認められ, ウイルスが核内にintegrateされる前段階で, ウイルス産生優位時期を示すマーカとされる。

Ki-67

  • 正常子宮頚部扁平上皮では傍基底細胞にのみ陽性
  • CIN1では、中間層, 表層細胞にも陽性を示す。
  • 反応性病変と区別の困難な核異型の弱いCIN1の鑑別に有用。
  • 化生, 未熟化生細胞のp16擬陽性(弱く陽性を示す)でもKi-67は陰性ないし弱陽性となる。

*1 Berunard HU, et al. Classification of papillomaviruses(PVs)based on 189 PV types and proposal of taxonomic amendments. Virology 2010; 401:70-79
*2 Howley PM : Introduction. In Steinberg BM, Brandsma JL, Taichman LB(eds): “Cancer Cells 5/Papillomaviruses, Cols Spring Harbor Laboratory Press, 1987, ppl-4.3
*3 de Sanjose S, et al. Human papillomavirus genotype attribution in invasive cervical cancer: a retrospective cross-sectional worldwide study. Lancet Oncol. 2010 Nov;11(11):1048-56. doi: 10.1016/S1470-2045(10)70230-8. Epub 2010 Oct 15. PMID: 20952254
*4 Parkin DM et al. Chapter2: The burden of HPV-related cancers. Vaccine 2006; 24: S3/11-25
*5 Moscicki AB, et al. regression of low-grade squamous intra-epithelial lesions in young woman. Lancet 2004; 364:1678-1683
*6 Narisawa-Saito M, et al. Basic mechanisms of high-risk human papillomavirus-induced carcinogenesis: role of E6 and E7 proteins. Cancer Sci 2007; 98: 1505-1511
*7 Woodman CB, et al. The natural history of cervical HPV infection: unresolved issues. Nat Rev Cancer2007; 7: 11-22
*8 Bernard HU, et al. J Infec Dis 170:1077-1085, 1994
*9 Woodman CB et al, The natural history of cervical HPV infection: unresolved issue. Nat Rev Cancer 2007; 7: 11-22
*10 温川 恭至, 清野 透 ヒトパピローマウイルスによる発癌の分子機構. ウイルス 2008; 58(2):141-154
*11 Shmitt A, et al. Comparison of the properties of the E6 and E7 gened of low-and high-risk cutaneous papillomaviruses reveales strongly transforming and high Rb-binding activity for the E7 protein of the low-risk human papillomavirus type1. J Virol 1994; 68: 7051-59
*12 温川 恭至, 清野 透 ウイルス 2008; 58(2):141-154と同じ
*13
*14

添付ファイル: fileHPV01.jpg 787件 [詳細] fileHPV16gene.jpg 1375件 [詳細] fileprof_Dr_zurHausen.jpg 405件 [詳細] fileDrzurHausen.jpg 1006件 [詳細] fileHPVlifecycle01.jpg 1386件 [詳細] fileHPV_E7_Rb-pathway.jpg 703件 [詳細]

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Last-modified: 2019-02-28 (木) 14:10:25 (84d)