Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Der Einfluss der humanen Papillomaviren HPV20 und HPV27 auf die Entstehung von Nicht-Melanom-Hautkrebs in Interaktion mit chronischer UV-Bestrahlung

Michel, Frauke Angelika

Ultraviolet radiation and human papillomaviruses have been implicated in the pathogenesis of non-melanoma skin cancer. The malignant conversion of warts on sun-exposed sites was first described with the hereditary disease Epidermodysplasia verruciformis (EV). Previous reports had indicated the presence of a few cutaneous papillomavirus types as a predisposing factor in the development of NMSC in immunosuppressed patients. The mechanisms by which the proteins of certain cutaneous papillomavirus types might interact with cellular factors in combination with UV light to induce malignant lesions, in contrast to those of HPV types associated with beingn lesions, have to date not been elucidated. The aim of the present study was to determine whether the in vivo expression of the respective E6 and E7 proteins of HPV27 (associated with benign warts) and HPV20 (EV-associated HPV type) in the presence of chronic UV-irradiation, would contribute to the development of papillomas or malignant tumors through modifying cellular factors. Two hairless, transgenic mouse models were created, each expressing the respective viral E6 and E7 proteins under control of the keratin 10 promotor in the suprabasal layers of the epidermis. The transgenic animals and the wild-type control were UV-B irradiated three times a week for 15 weeks. The treatment was followed by an observation period of 20 weeks during which tumor formation in the HPV20- and HPV27-transgenic animals was compared to the wild-type. Two animals of each experimental group were sacrificed in the 7th, 11th and 15th week of UV-irradiation, as well as in the 5th, 10th, 15th and finally the 20th week of the subsequent observation period. Histological and immunohistochemical examination of skin samples of all mice were performed. The expression patterns of the proliferation marker keratin 6 and the differentiation markers involucrin and loricrin. As well as the p53 protein and its family member, the epidermal transcription factor p63, were investigated and compared. The interaction of UV irradiation and the viral protein expression led to an enhanced proliferation activity in the skin of the transgenic mice. This was evidenced in an increased rate of DNA synthesis, an elevated expression level of keratin 6 and an increase in the number of skin tumours. The increased number of papillomas developing under the expression of merely the E6/E7 viral proteins was surprising. The phenomenon had previously been associated with the combined expression of early and late viral genes. The HPV 20 transgenic animals showed an overall increased proliferation activity regarding all parameters, in comparison to the HPV27 transgenic line. In addition, an increased number of papillomas with tendency to malignant conversion, as well as the development of a squamous cell carcinoma was observed in the HPV20 E6/E7-transgenic animals. The differentiation of the epidermis was affected in both transgenic lines by the concerted action of viral proteins and UV-light. The involucrin-expression in both transgenic lines was expanded into suprabasal and basal cell layers, contradicting the normal expression pattern of differentiation. The loricrin-expression was reduced dramatically or almost lost in both transgenic lines. It was not possible to draw a definite conclusion on whether the modulation of the cytokeratin expression pattern resulted from a direct or indirect influence of the viral proteins in the skin. Differences between the two transgenic genotypes became particularly obvious in the different expression of p53 and p63. The expression of both p53 and p63 was reduced in the HPV20 transgenic animals by the end of the irradiation period, in contrast to the HPV27 transgenic animals. Additional in vitro studies are required to determine whether a direct or indirect interaction between these transcription factors and the viral proteins is taking place. If a previously published hypothesis that the presence of the p53 family members may be required for p53-induced apoptosis, proves to be correct, the HPV20-induced reduction of p63 and p53 will result in a decrease in apoptosis, thereby paving the way for uncontrolled proliferation and progression to malignant skin lesions. This study provides insight into functions of the E6 and E7 proteins of both HPV20 and HPV27. The mechanistic differences measured here under in vivo conditions, will provide a broad foundation for designing future experiments in the developed mouse model and in vitro experiments to determine the pathways involved in the development of clinically different types of skin lesions.

UV-Strahlung und humane Papillomaviren werden seit längerem mit der Entstehung von Nicht-Melanom-Hautkrebs in Verbindung gebracht. Die maligne Entartung von Warzen an sonnenexponierten Körperstellen wurde erstmals in der hereditären Erkrankung Epidermodysplasia verruciformis (EV) beschrieben. In immunsuppri-mierten Patienten wirken einige kutane Papillomaviren prädisponierend auf die Entstehung von Nicht-Melanom-Hautkrebs. Die Art und Weise, wie diese Papillomaviren in Verbindung mit UV-Strahlung und zellulären Faktoren wechselwirken, die Entstehung maligner Läsionen beeinflussen und sich von kutanen Typen abgrenzen, die mit gutartigen Läsionen assoziiert sind, ist bisher noch unklar. Ziel dieser Arbeit war es, die Funktionen der viralen Proteine E6 und E7 von HPV20 (EV-Typ) und HPV27 (kutaner Typ) in Interaktion mit UV-Bestrahlung in vivo hinsichtlich ihres Einflusses auf die Entstehung und das Potential zur malignen Transformation von Hauttumoren zu untersuchen. Hierfür wurden zwei haarlose, transgene Mausmodelle hergestellt, die die viralen Proteine E6 und E7 unter der Kontrolle des Keratin 10-Promotors in suprabasalen Zellschichten der Haut exprimierten. Sowohl die transgenen Tiere als auch die Wildtyp-Kontrolltiere wurden über einen Zeitraum von 15 Wochen drei Mal wöchentlich einer lokalen, chronischen UV-B-Bestrahlung unterzogen. Anschließend wurde in einem 20-wöchigen Beobachtungszeitraum die Tumorgenese der bestrahlten HPV20- und HPV27 E6/E7-transgenen Tiere mit der der Kontrolltiere verglichen. In der 7., 11. und 15. Woche der UV-Bestrahlung sowie in der 5., 10., 15. und schließlich 20. Woche des sich anschließenden Beobachtungszeitraumes wurden jeweils zwei Tiere aus jeder Versuchsgruppe getötet und die Hautproben histologisch und weiterführend immunhistologisch untersucht. Beide transgenen Linien wurden hinsichtlich ihres Einfluss auf das Zytokeratinexpressionsmuster und bestimmte Transkriptionsfaktoren untersucht. Dabei wurde die Expression des Proliferationsmarkers Keratin 6 und die der Differenzierungsmarker Involucrin und Loricrin sowie des p53-Proteins und des epidermalen Transkriptionsfaktors und p53-Familien-Mitglieds p63 näher betrachtet und verglichen. Der Einfluss der UV-Strahlung auf die viralen Proteine führt in beiden transgenen Mauslinien zu einem gesteigerten Proliferationsverhalten in der Mäusehaut im Vergleich zu den bestrahlten Wildtyp-Kontrolltieren. Dieses zeigte sich in einer erhöhten DNA-Syntheserate, einer verstärkten Keratin 6-Expression und der Gesamtanzahl der gebildeten Hauttumoren. Die viralen Proteine scheinen Einfluss auf die Bildung von Papillomen zu nehmen, was bisher nur als Eigenschaft der kombinierten Expression der frühen und späten viralen Gene betrachtet wurde. Die HPV20 E6/E7-transgenen Tiere zeigten im Vergleich zu den HPV27 E6/E7-transgenen in allen Parametern ein höheres Proliferationsverhalten, das zusätzlich durch die Bildung einer größeren Anzahl an Papillomen mit Tendenz zur malignen Entartung, bzw. einem Plattenepithelkarzinom ergänzt wurde. Zudem konnte gezeigt werden, dass durch das Zusammenspiel von UV-Bestrahlung und den viralen Proteinen die Differenzierung der Epidermis beeinflusst wird. Die Involucrin-Expression in beiden transgenen Linien war bis auf suprabasale und basale Zellschichten ausgedehnt und schien mit einem Verlust des koordinierten Differenzierungsprogramms gekoppelt zu sein. In beiden transgenen Linien war die Loricrin-Expression zusätzlich deutlich reduziert bzw. unterbunden. Anhand der durchgeführten Experimente ist nicht ersichtlich, ob die Modulation des Zytokeratinexpressionsmusters direkte Einwirkung der viralen Proteine oder Ausdruck anderer Virus-induzierter Veränderungen in der Haut ist. Unterschiede zwischen beiden transgenen Genotypen zeigten sich in der Expression des p53- und p63-Proteins. In den HPV20-transgenen Tieren war die Expression von p63 und p53 zum Ende der Bestrahlung im Vergleich zu den HPV27 E6/E7-transgenen, verringert. Ob hier Interaktionen zwischen den viralen Proteinen und den beiden Transkriptionsfaktoren bestehen, muss weiterführend untersucht werden. Wenn sich die publizierte Hypothese bestätigt, dass Mitglieder der p53-Famile notwendig sind, eine p53-abhängige Apoptose einzuleiten, könnte die durch HPV20 E6/E7 induzierte Reduktion von p63 und p53 eine verminderte Apoptose bewirken, die zu unkontrollierter Proliferation und Entartung zu malignen Hautläsionen führt. Im Rahmen dieser Studie wurden in vivo verschiedene Hinweise zur Wirkungsweise der viralen E6- und E7-Proteine der beiden kutanen Papillomaviren gewonnen. Sie dienen als Grundlage für weiterführende Untersuchungen am entwickelten Mausmodell und in vitro Experimente, die möglicherweise Wege aufzeigen, die funktionellen Unterschiede beider Papillomaviren, die mit klinisch unterschiedlichen Hautveränderungen assoziiert sind, zu erklären.

Quote

Citation style:

Michel, Frauke Angelika: Der Einfluss der humanen Papillomaviren HPV20 und HPV27 auf die Entstehung von Nicht-Melanom-Hautkrebs in Interaktion mit chronischer UV-Bestrahlung. Hannover 2004. Tierärztliche Hochschule.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export