Functions of human papillomavirus E5 oncogene in epithelial cells and in the onset of cervical cancer

Human papillomaviruses (HPVs) are the causal agents of cervical cancer, which is the second most common cancer among women worldwide. Cellular transformation and carcinogenesis depend on the activities of viral E5, E6 and E7 proteins. Alterations in cell-cell contacts and in communication between epithelial cells take place during cervical carcinogenesis, leading to changes in cell morphology, increased cell motility and finally invasion. The aim of this thesis was to study genome-wide effects of the HPV type 16 (HPV-16) E5 protein on the expression of host cell messenger RNAs (mRNAs) and microRNAs by applying microarray technology. The results showed that the HPV-16 E5 protein alters several cellular pathways involved in cellular adhesion, motility and proliferation as well as in the extracellular matrix. The E5 protein was observed to enhance wound healing of epithelial cell monolayers by increasing cell motility in vivo. HPV-16 E5-induced alterations in the expression of cellular microRNAs and their target genes seem to favour increased proliferation and tumorigenesis. E5 was also shown to affect the expression of adherens junction proteins in HaCaT epithelial keratinocytes. In addition, a study of a membrane cytoskeletal cross-linker protein, ezrin, revealed that when activated, it localizes to adherens junctions. The results suggest that ezrin distribution to forming adherens junctions is due to Rac1 activity in epithelial cells. These studies reveal for the first time the holistic effects of HPV-16 E5 protein in promoting precancerous events in epithelial cells. The results contribute to identifyinging novel markers for cervical precancerous stages and to predicting disease behaviour.

Papilloomaviruksen (HPV) aiheuttama kohdunkaulan syöpä on maailmanlaajuisesti naisten toiseksi yleisin syöpä. Epiteelimuutoksia ja syöpiä todetaan yhä nuoremmilla naisilla, ja HPV-infektiot nuorilla naisilla ovat hyvin tavallisia. Tutkimuksemme pyrki selvittämään ihmisen papilloomaviruksen vaikutuksia solujen väliseen kiinnittymiseen ja kommunikaatioon kohdunkaulan syövän synnyssä. Papilloomaviruksella on kolme proteiinia, E5, E6 ja E7, joiden vuorovaikutus solun proteiinien kanssa ovat merkittäviä syövän syntyyn vaikuttavia tekijöitä. Keskeisiä tapahtumia syövän ja epiteelimuutosten kehittymisessä ovat epiteelin erilaistumisen, solujen välisen kommunikaation ja solujen tarttumiskyvyn häiriintyminen. Nämä johtavat solumorfologian muutoksiin, soluliikkuvuuden lisääntymiseen ja yhdessä muiden tapahtumien kanssa lopulta invaasioon. Tämän väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli tutkia laaja-alaisesti mikrosirujen avulla ihmisen papilloomavirus tyyppi 16:n (HPV-16) E5-proteiinin vaikutuksia isäntäsolun lähetti-RNA:iden sekä mikro-RNA:iden ilmentymiseen. Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella solu- ja kudostasolla niiden proteiinien ilmentymistä ja sijoittumista solussa, joiden ilmentymisen havaittiin muuttuneen HPV-16 E5-proteiinin vaikutuksesta sekä tutkia tarkemmin eri soluproteiinien ilmentymisen muutoksia ajan funktiona. Tutkimuksessa selvitettiin myös E5-onkogeenin merkitystä epiteelisolujen kiinnittymiseen ja liikkuvuuteen. Tulokset osoittivat, että E5-proteiini muuttaa mm. useiden solukiinnittymiseen ja solunsisäiseen signaalinkuljetukseen osallistuvien geenien ilmentymistä sekä RNA- että proteiinitasolla. Näitä geenejä pystyttiin ryhmittelemään ja yhdistämään tiettyihin solunsisäisiin signalointireitteihin. E5-proteiinin vaikutus solujen liikkuvuuden lisääntymiseen havaittiin myös eläviä soluja kuvantamalla. Tulokset osoittavat myös, että E5-proteiini pääasiassa vähentää isäntäsolun mikro-RNA:iden ilmentymistä. Havaitut muutokset mikro-RNA:iden ja näiden kohdeproteiinien ilmentymisessä näyttävät edistävän syöpään johtavia tapahtumia solussa. Väitöskirjatyössä selvitettiin myös pieniin GTPaaseihin kuuluvien Rho-proteiinien merkitystä epiteelisolun tukirangan säätelyproteiinin, esriinin, säätelyssä. Rac1-aktiivisuuden osoitettiin olevan tarpeen esriinin sijoittumiseksi epiteelisolujen vyöliitoksiin. Työssä pyrittiin myös mallintamaan HPV-16 E5-proteiinin kokonaisvaltaisia vaikutuksia pahanlaatuisten muutosten käynnistämisessä epiteelisolussa. Tutkimus antaa uusia mahdollisuuksia löytää muun muassa merkkiaineita kohdunkaulan syövän esiasteiden toteamiseen ja taudin käyttäytymisen ennustamiseen.