Involvement of human papillomaviruses, herpes simplex virus and Epstein-Barr virus in head and neck carcinomas

Human papillomaviruses (HPV) are common oncogenic DNA viruses that replicate in differentiating epithelial cells. HPVs cause a significant proportion of squamous cell carcinomas of the head and neck (HNSCC), particularly of oropharyngeal subsites, the prevalence of which has been increasing. HNSCC patients are often afflicted by common Herpes simplex type 1 (HSV-1) infections during radiotherapy. In addition, Epstein-Barr virus, another herpesvirus, is a causative factor in nasopharyngeal carcinomas but its influence on carcinomas in other anatomical subsites of the head and neck is unknown. This work aims to describe the effect of differentiation-related calcium signaling on HPV E6 and E2 expression and cell proliferation in HPV-positive and -negative gingival cells and hypopharyngeal carcinoma cells. As cells from these areas can be exposed to HSV-1 in vivo, the next aim was to determine what effect HSV-1 infection and irradiation has on the viability and apoptotic gene expression of cultured cells. Lastly, the prevalence of EBV in head and neck carcinomas with previously known HPV and HSV-1 status was studied using in situ hybridization and immunohistochemistry in order to determine what role HSV-1 and EBV play in HPV-positive or –negative HNSCCs. The results show that calcium signaling increases E6 oncogene expression in gingival and hypopharyngeal carcinoma cells, potentially in order to resist differentiation and subsequent cell death. Alone, HSV-1 infection or irradiation caused cytotoxic effects. However, the combined effects increased radiation resistance and halved the apoptotic caspase 3 signaling after irradiation compared to uninfected cells. Simultaneously, the relative HPV16 E6 and E7 expression in HPV16-positive carcinoma cells increased. Moreover, the viability of gingival cells was increased, whilst similarly treated skin cells did not display such effects. EBV was present in 21%, whereas HSV-1 was present in a minority of HNSCCs, 47% of which were also HPV-positive. Therefore it is possible these viruses could also coinfect cells in vivo and affect their radiation responses via the inhibition of apoptotic signaling, potentially acting as cocarcinogens. Lastly, the presence of coinfections leads to poorer prognoses in HNSCC. Thus the effects of herpesviruses coinfecting HPV-positive tissues need further study, particularly in patients undergoing radiation therapy.Ihmisen papilloomavirus, herpes simplex -virus ja Epstein-Barrin virusinfektiot pään ja kaulan syövissä. Pään ja kaulan syöpien esiintyvyys on lisääntymässä niin Pohjoismaissa kuin muuallakin länsimaissa. Osa pään ja kaulan alueen syövistä on ihmisen papilloomavirusten (HPV) ja erityisesti HPV16 genotyypin aiheuttamia. Myös Herpes simplex -virus, tyyppi 1 (HSV-1) on yleinen pään ja kaulan alueen virus, jota esiintyy usein etenkin syöpää sairastavilla- ja leukakirurgisilla potilailla suussa. HSV-1:tä ei kuitenkaan pidetä itsenäisenä pään ja kaulan alueen syöpien vaaratekijänä, mutta sen vaikutusta syöpäsolujen säteilyvasteeseen ei ole juurikaan tutkittu. Epstein-Barrin virus (EBV) infektoi puolestaan lähes kaikkia aikuisia latenttina infektiona B-lymfosyyteissä. EBV aiheuttaa nenänielun karsinoomaa, mutta sen merkitys muissa pään ja kaulan syövissä on epäselvä, koska syöpäkudoksissa on myös B-lymfosyyttejä, jotka PCR-pohjaisessa diagnostiikassa antavat vääriä positiivisia tuloksia, kun määritetään EBV:n yhteyttä ko. syöpään. EBV:n esiintyvyydestä itse syöpäsoluissa on vain vähän tutkittua tietoa. Tässä tutkimuksessa selvitettiin ikenen epiteelisoluissa ilmentyvän HPV16:n syöpägeenin E6-vastetta solun erilaistumissignalointiin. Lisäksi HSV-1:n aiheuttamaa epiteelisolun vastetta säteilytykseen tutkittiin ihosoluissa, ikenen soluissa ja HPV16-positiivisissa syöpäsoluissa. Lopuksi selvitettiin HPV:n, HSV-1:n ja EBV:n esiintyvyyttä pään ja kaulan syöpänäytteissä useilla eri menetelmillä ja näitä tuloksia verrattiin syövän tautispesifiseen ennusteeseen. Tutkimukset osoittivat, että erilaistumissignalointi lisää HPV16:n E6-syöpägeenin ilmentymistä, joka puolestaan saattaisi pitkittää solun jakaantumista ennen sen lopullista erilaistumista. Ihosoluissa HSV-1-infektio ja säteily yhdessä ja erikseen aiheuttivat solukuolemaa. HPV16-positiivisissa syöpäsoluissa ne lisäsivät yksinään solukuoleman ja siihen liittyvien mRNA-molekyylien ja proteiinien ilmentymistä. HSV-1:n ja säteilyn yhdistelmä kuitenkin heikensi näiden erikseen aiheuttamaa solukuolemaa ja siihen liittyvää signalointia ikenen soluissa ja erityisesti HPV16-positiivisissa syöpäsoluissa. EBV havaittiin 21 %:ssa kaikista pään ja kaulan alueen syöpänäytteistä. EBV oli todettavissa itse syöpäsoluissa myös osassa suun ja kurkunpään syövistä, joista 47 % oli myös HPV-positiivisia. HSV-1 havaittiin vain muutamassa suun ja suunielun syövässä. Useiden virusten koinfektion havaittiin liittyvän tilastollisesti huonompaan taudin ennusteeseen. Tulokset antavat aihetta jatkotutkimuksille virusten ja säteilyn yhteisvaikutuksesta pään ja kaulan syöpien synnyssä ja hoidossa