Retrovirus

Retrovirus
HI-Virion de.svg

Virus HI (gráfico)

Sistemática
Clasificacion : Virus
Reino : Riboviria
Imperio : Pararnavirae
Phylum : Artverviricota
Clase : Revtraviricetes
Orden : Ortervirales
Familia : Retroviridae
Características taxonómicas
Genoma : (+) ss ARN lineal, dimérico
Baltimore : Grupo 6
Simetría : complejo
Cubierta : disponible
Nombre científico
Retroviridae
Izquierda

Los retrovirus ( Retroviridae ) son una gran familia de virus envueltos con un solo (+) - strängigem- ARN - genoma , cuya información genética (ss (+) - ARN) está presente en forma de ácido ribonucleico . Sin embargo, a diferencia de los virus de ARN "normales" , el ARN de los retrovirus primero debe transcribirse en una molécula de ADN mediante transcripción inversa antes de que pueda incorporarse como tal en el genoma de la célula huésped y volverse activo allí.

Los retrovirus se pueden dividir aproximadamente en retrovirus simples y complejos. Además, se hace una distinción entre retrovirus exógenos infecciosos (a veces abreviados como XRV ) y retrovirus endógenos (ERV), que se heredan verticalmente a través de la línea germinal y, por lo tanto, pasan a formar parte del genoma de la célula huésped.

Los retrovirus infectan principalmente a las células animales y son omnipresentes en los vertebrados : infectan a mamíferos , aves , anfibios , reptiles y peces , pero suelen ser muy específicos del huésped . Incluyen los agentes causantes de algunas enfermedades infecciosas generalizadas que ocurren de manera pandémica o epidémica tanto en humanos como en animales . Se sabe que el VIH y el HTLV-1 , entre otros, causan enfermedades en los seres humanos .

Taxonomía

Filogenia de los retrovirus. Los géneros a los que también pertenecen los retrovirus endógenos están marcados con asteriscos. En 2007 también se describió un lentivirus endógeno.

Históricamente, los retrovirus fueron inicialmente después de su fenotipo D de retrovirus microscópico electrónico en tipo A, B, C o dividido . Se siguió una clasificación que también tuvo en cuenta las propiedades bioquímicas y el tropismo celular . La clasificación diferenciaba oncornavirus , espumavirus y lentivirus .

Sistema interno

La taxonomía actual, actualmente vinculante del Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV) divide los retrovirus en dos subfamilias y once géneros de la siguiente manera , principalmente debido a sus relaciones genéticas :

Familia : Retrovirus ( Retroviridae )

Subfamilia : Orthoretrovirus ( Orthoretrovirinae )
Genera :
Subfamilia : Espumoso o Spumaretrovirus ( Spumaretrovirinae )
Genera :

Hasta la fecha se conocen cinco retrovirus en humanos: virus linfotrópico T humano 1 (HTLV-1) y virus linfotrópico T humano 2 (HTLV-2), ambos retrovirus delta; Virus de Inmunodeficiencia Humana -1 (VIH-1), Virus de Inmunodeficiencia Humana Tipo II (VIH-2), ambos lentivirus; y virus relacionado con el virus de la leucemia murina xenotrópica (XMRV), un retrovirus gamma. Los retrovirus humanos están tan estrechamente relacionados con los de otros primates que, a menudo, ambos grupos se combinan con el nombre de retrovirus de primates . Se supone que los correspondientes retrovirus humanos surgieron de la transmisión de retrovirus de mono a humanos. En el caso de HTLV-1 y HTLV-2, esta transmisión probablemente tuvo lugar hace miles de años, para el VIH-1 y el VIH-2 probablemente fue en el siglo XX. Los virus espumosos se dividieron en diferentes géneros y ahora forman una subfamilia de los retrovirus (estado ICTV noviembre de 2018).

Retrovirus simples y complejos.

La división en retrovirus simples y complejos se basa en la organización del genoma o la traducción de proteínas accesorias . Los primeros incluyen alfa, gamma, épsilon y la mayoría de los retrovirus beta, los segundos los retrovirus delta, así como los virus lenti y espumosos.

Sistemática externa y pararetrovirus

Los Retroviridae incluyen con otras familias de virus ( Belpaoviridae , Metaviridae y Pseudoviridae ) a los virus de ARN de transcripción inversa del orden de virus Ortervirales que retienen los Caulimoviridae como ADN de transcripción inversa que incluyen virus. Los Caulimoviridae a veces se clasifican como pararetrovirus ( grupo 7 de Baltimore ) con los virus de ADN de transcripción inversa no estrechamente relacionados de los Hepadnaviridae .

Historia de la retrovirología

Enfermedades como la leucosis bovina o Jaagsiekte en ovejas se conocían en animales domésticos desde el siglo XIX, pero su causa seguía sin estar clara. En 1904, dos veterinarios franceses, Vallée y Carré, demostraron que la primera enfermedad causada por retrovirus, la anemia equina infecciosa , se transmitía a otros caballos con un filtrado. Los retrovirus oncogénicos (causantes de tumores) se han estudiado desde 1908, cuando los patólogos daneses Vilhelm Ellermann y Oluf Bang demostraron que los filtrados libres de células podían transferir leucemia de pollo a otros pollos y, por lo tanto, describieron el primer cáncer contagioso. Este virus ahora se conoce como virus de la leucemia aviar (ALV), pero inicialmente la leucosis no se consideró una verdadera leucemia y la leucemia no se consideró un verdadero tumor. Estos primeros estudios pasaron en gran medida desapercibidos dentro de la comunidad científica, y solo mucho más tarde se pudo reconocer su relevancia en relación con los retrovirus. En 1911, Peyton Rous descubrió que los extractos filtrados del sarcoma de pollo podían infectar a los pollos sanos, que luego también desarrollaron tumores . Más tarde, el virus se denominó virus del sarcoma de Rous (RSV) en honor a él y Rous recibió el Premio Nobel en 1966, 54 años después de que se describiera por primera vez . No se descubrió hasta 1961 que los virus del sarcoma de Rous contienen ácido ribonucleico (ARN), razón por la cual (hasta 1974) se los denominó virus tumorales de ARN .

El descubrimiento de que los virus pueden causar tumores también se confirmó en mamíferos en 1936: John J. Bittner describió el virus del tumor mamario del ratón (MMTV). En 1951 se aisló el virus de la leucemia murina (MLV) y se describió por primera vez la transmisión vertical de padres a hijos. En 1964, Howard M. Temin propuso la hipótesis del provirus porque se observó que las células que fueron "transformadas" por RSV (propiedades tumorales adquiridas) retuvieron las propiedades transformadas incluso en ausencia del virus. Por ello, Temin postuló, basándose en bacteriófagos templados , de los que ya se sabía que podrían integrarse en el genoma de su huésped, que los virus tumorales de ARN hacen lo mismo. Ya en 1960, André Lwoff sugirió que los virus tumorales de ADN ( poliomavirus ) podrían integrarse en el genoma de su huésped. En 1968 se demostró que esta suposición es correcta. El hecho de que los virus tumorales de ARN también se puedan heredar a través de la línea germinal todavía se consideraba extraño.

Los retrovirus endógenos se descubrieron a finales de la década de 1960. La suposición de que sus anfitriones transmiten genomas virales completos de acuerdo con las reglas de Mendel era una idea completamente nueva, y la hipótesis del provirus de Temin todavía no era generalmente aceptada, en algunos casos incluso se consideraba imposible. La transcriptasa inversa , que se transcribe por ARN en el ADN, se detectó en 1970, y la familia de virus tumorales de ARN pasó a denominarse como resultado de 1974 en retrovirus. La hipótesis del provirus de Temin finalmente resultó ser correcta después del descubrimiento de la transcriptasa inversa.

Las primeras proteínas virales también se describieron a principios de la década de 1970 y, en el transcurso de los años siguientes, el ciclo de replicación de los retrovirus se fue aclarando gradualmente a grandes rasgos. En 1978 se descubrieron las regiones LTR ( Long Terminal Repeats ) en el genoma de los retrovirus, y dos años más tarde se propuso un esquema de salto para el complejo proceso de transcripción inversa. La técnica de secuenciación del ADN , que surgió a principios de la década de 1980, condujo a la primera publicación de la secuencia genómica completa de un retrovirus, el virus de la leucemia murina de Moloney , en 1981 .

En 1980, el virus de la leucemia de células T humanas tipo 1 (HTLV-1), el primer retrovirus que infecta a los seres humanos, se describió por primera vez después de muchos años de búsquedas infructuosas de retrovirus en todos los posibles tejidos tumorales humanos. Poco tiempo después, Luc Montagnier y Françoise Barré-Sinoussi (Premio Nobel de Medicina 2008) descubrieron el VIH-1, seguido del VIH-2 en 1986. Desde 1988 a más tardar, cuando quedó claro que el VIH es la causa de la enfermedad de inmunodeficiencia SIDA , la retrovirología se ha desarrollado a partir de una exótica investigación básica bastante corta sobre el área más intensamente investigada en virología con gran importancia para las ciencias de la salud .

construcción

Actividad de señal de producción y empaquetado de virus ψ
Esquema de un genoma de retrovirus típico de 5 'a 3'

Partículas de virus

Las partículas de retrovirus infecciosas tienen un diámetro de aproximadamente 100 nm. Tienen una cápside que está rodeada por una envoltura de virus que se ha desprendido de la membrana citoplasmática de la célula huésped y está intercalada con glicoproteínas virales, así como un "núcleo" dentro la cápside está formada por otras proteínas y un complejo de ácido ribonucleico.

Genoma

El genoma de ARN monocatenario de los retrovirus es lineal y tiene un tamaño de 7-12 kilopares de bases (kb). Los retrovirus son los únicos virus de ARN que son diploides ; H. cada retrovirus tiene una copia extra de su genoma . Son de la propia transcripción del huésped : enzimas traducidas y sintetizadas y requieren un ARNt celular específico . El genoma provírico de un retrovirus simple suele contener tres genes y dos repeticiones terminales largas (LTR), que se ubican al principio y al final, y que contienen información para controlar la expresión de los genes virales. Los tres genes son gag ( antígeno específico de grupo ), pol ( polimerasa ) y env (envoltura). gag codifica las proteínas de la matriz , la cápside y la nucleocápside. pol codifica las enzimas víricas proteasa , transcriptasa inversa (con RNasa H) e integrasa . Con los retrovirus beta y delta, la proteasa tiene su propio marco de lectura ( pro ) y con los retrovirus alfa, la información de la proteasa está en el gen gag . env codifica las proteínas de la envoltura. En cuanto a las secuencias reguladoras, hay una secuencia etiquetada como ψ (psi) en el área 5 ' , que es una señal para empaquetar el ARN en las partículas del virus, un sitio de unión del cebador (PBS) al que se puede unir el ARNt respectivo y un promotor. En el área 3 'hay uno o más tractos de polipurina , que son esenciales para la transcripción inversa.

Retrovirus complejos como B. el virus HI perteneciente a los lentivirus, el HTLV perteneciente a los retrovirus delta o los virus espumosos contienen genes reguladores adicionales, que se denominan genes accesorios . Para el VIH-1 son tat , rev , vif , nef , vpu y vpr , para HTLV-1 rex , rof , tax , tof y para los virus espumosos tas y bet .

Ciclo vital

El ciclo de vida de un retrovirus consta de varios pasos: infección de la célula, transcripción inversa, superación de la envoltura nuclear, integración en el genoma del huésped, expresión de las proteínas virales y del genoma del ARN y formación de nuevas partículas virales.

Entrada a la célula huésped

Una vez que la glicoproteína de la envoltura del virus se ha unido específicamente a su receptor o receptores celulares , la membrana viral se fusiona con la membrana de la célula y libera la cápside al interior de la célula, el citoplasma. Lo que le sucede a la cápside en el citoplasma aún no se ha aclarado en detalle; probablemente se descompone en sus componentes individuales y libera las dos hebras de ssRNA y las proteínas contenidas en su interior, como la transcriptasa inversa, en el citoplasma de la célula huésped.

Transcripción inversa

Artículo principal: transcriptasa inversa

Los retrovirus son los únicos virus de ARN monocatenarios orientados a cadena positiva en los que el genoma no se puede utilizar inmediatamente como plantilla ( ARNm ) para la infección : cuando el virus ha introducido este ARN en la célula infectada , el ARN debe transcribirse en doble -adn trenzado. Este proceso se llama transcripción inversa . Además, el virus trae consigo la transcriptasa inversa en sus partículas de virus. Esto primero transcribe el ARN monocatenario del virus en ADN monocatenario y luego en ADN bicatenario. La transcripción inversa genera las dos secuencias LTR que son esenciales para el curso posterior de la infección.

Normalmente, la transcripción tiene lugar en el ADN como plantilla , sintetizándose una hebra complementaria de ARN; Los retrovirus y los retroelementos (también llamados transposones de clase I ) son una excepción . Dado que el proceso es relativamente impreciso debido a la falta de capacidad de corrección de pruebas de la transcriptasa inversa, ocurren mutaciones frecuentes del virus. Estos permiten que el virus se adapte rápidamente a los medicamentos antivirales y, por lo tanto, desarrolle resistencia .

Superando la envoltura nuclear

Algunos tipos de retrovirus, por ejemplo, los retrovirus gamma , no pueden penetrar activamente en la envoltura nuclear . Por lo tanto, solo infectan las células que se están dividiendo y utilizan el momento de la división celular para la integración cuando el genoma no está protegido por la envoltura nuclear. Otros géneros, como los alfaretrovirus y especialmente los lentivirus, pueden superar activamente la envoltura nuclear y, por lo tanto, también infectar células inactivas . La entrada al núcleo celular se produce después de que se haya formado el complejo de preintegración (PIC) en el citoplasma. Dado que los poros nucleares son más pequeños que el PIC, que tiene aproximadamente el tamaño de un ribosoma , debe ser un proceso de transporte activo. Tanto las proteínas celulares como las virales están involucradas en este proceso, que aún no se comprende completamente. Un modelo ampliamente aceptado describe la entrada al núcleo celular a través de los poros nucleares con la ayuda de señales cariófilas de las proteínas contenidas en el PIC.

Integración en el genoma del hospedador

Artículo principal: Integrasa

Integración del genoma viral en el genoma del hospedador

La integración del genoma viral en el genoma del huésped es un paso esencial en el ciclo de replicación del virus. Es catalizada por una enzima llamada integrasa , que se encuentra en todos los retrovirus y retrotransposones . La integrasa se une al ADN viral y del hospedador y forma un complejo con ellos, que se denomina complejo de preintegración (PIC, del inglés preintegration complex ). Teóricamente, la integración puede tener lugar en cualquier lugar del genoma del hospedador, pero dependiendo del tipo de retrovirus, aparecen ciertas regiones cromosómicas preferidas. Aún no se ha aclarado por completo qué influye exactamente en el lugar de integración, pero es cierto que la secuencia de aminoácidos de la integrasa juega un papel, lo que da como resultado posibilidades de interacción específicas entre la integrasa y los factores de la cromatina . La figura de la derecha muestra la secuencia de roturas de la cadena de ADN y el posterior reensamblaje durante la integración del genoma viral. Los monómeros de integrasa se muestran en gris, el ADN viral en rojo y el ADN del huésped en negro, los puntos rojos en los extremos 5 'del ADN viral:

  1. El ADNc viral está unido a la integrasa y es parte del complejo de preintegración.
  2. La integrasa elimina dos nucleótidos de los extremos 3 'del ADN viral, creando proyecciones 5'.
  3. La integrasa corta el ADN del huésped en una ubicación aleatoria de modo que se formen salientes 5 'de 4-6 nucleótidos y conecta los extremos 3' truncados del ADN viral con el ADN del huésped.
  4. El emparejamiento de bases de ADN del huésped se rompe en el área afectada.
  5. Las enzimas reparadoras del ADN complementan las 4-6 bases de la otra hebra del ADN del hospedador y las ligasas finalmente conectan sus dos extremos libres con los del ADN viral.
  6. Durante el proceso, el genoma del virus pierde los dos nucleótidos terminales, mientras que las 4-6 bases del ADN del hospedador se duplican y luego flanquean al provirus.

Expresión y formación de partículas

Después de la integración, los factores de transcripción celular y la ARN polimerasa II de la célula se reclutan para transcribir el ADN proviral. Las estructuras promotoras y potenciadoras necesarias para ello se encuentran en la LTR del provirus. En los retrovirus complejos, algunas proteínas virales (por ejemplo, tat ) también actúan como potenciadores de la transcripción. Los diferentes ARNm surgen a través del corte y empalme alternativo.

Los ARNm resultantes se transportan al citoplasma. Allí se traducen las diversas proteínas virales . Las proteínas Env se sintetizan en la membrana del retículo endoplásmico, de modo que las proteínas Env se anclan directamente en la membrana celular, donde se ensamblan para formar trímeros. Todas las demás proteínas del virus se sintetizan en ribosomas libres . Las proteínas precursoras de Gag y Gag / Pol se miristilan aminoterminalmente y se unen a la membrana celular. Luego, la formación de partículas tiene lugar en la membrana celular: las proteínas precursoras de Gag y Gag / Pol se acumulan e interactúan no solo entre sí, sino también con las glicoproteínas de la célula. Solo los ARNm no empalmados a partir de los cuales se tradujeron Gag y Pol tienen la señal de empaquetamiento Psi y la secuencia líder. Con la ayuda de la señal Psi, los ARNm se unen a los motivos de dedos de zinc de las proteínas de la nucleocápside, lo que garantiza que solo los genomas no empalmados y, por lo tanto, completos se empaqueten en la partícula del virus. Cuando entra en contacto con los ARNm, la membrana de la superficie celular colapsa y corta una partícula de virus inmadura. Solo dentro de esta partícula, la proteasa viral comienza a ensamblarse en dímeros, a separarse de las proteínas precursoras en un corte autocatalítico y luego a dividir las proteínas precursoras Gag y Gag / Pol en los componentes individuales (matriz, cápside, nucleocápside, reverso transcriptasa e integrasa). Dentro de la partícula, las proteínas de la cápside se ensamblan para formar una cápside cónica. Solo al final de este proceso de maduración la partícula es infecciosa.

Retrovirus endógenos y desarrollo evolutivo

Video: retrovirus

Artículos principales: elemento retro , retrotransposón , retrovirus endógeno

El tiempo exacto de formación de las primeras partículas similares a retrovirus no está claro, las secuencias más antiguas sugieren una edad de al menos 250 millones de años, presumiblemente son mucho más antiguas. Los retrovirus probablemente evolucionaron a partir de retrotransposones . Esto significa que representan una forma infecciosa y más desarrollada de los elementos retro . Según esto, la transcripción inversa sería uno de los mecanismos más antiguos en el desarrollo de retrovirus, que puede haber surgido ya en el mundo del ARN . En cualquier caso, existe una gran similitud entre los retrovirus y los transposones de diferentes seres vivos, por ejemplo los elementos Ty de la levadura de pan y los elementos Copia y Ulysses de Drosophila melanogaster . Estos retrotransposones codifican una transcriptasa inversa y tienen una estructura similar a la de los retrovirus.

La evidencia de que la organización del ADN en las bacterias difiere fundamentalmente de la de las arqueas y las células complejas ( eucariotas ) dan lugar a la tesis de que sus ancestros celulares (LUGA o LUCA) todavía pertenecían al mundo del ARN . El almacenamiento de información genética en el ADN se ve entonces como una habilidad que inicialmente fue "inventada" por retrovirus y que los organismos celulares han adquirido varias veces a través de la transmisión de ellos. Esto da como resultado las bacterias, por un lado, y las arqueas y eucariotas, por el otro. (La estructura básica de los ribosomas como fábricas de proteínas y el código genético, por otro lado, concuerdan tan bien en todos los organismos celulares que el LUCA ya debe tenerlo).

La integración en el genoma de su anfitrión es una de las características más inusuales y notables de los retrovirus. El gran número de secuencias similares en vertebrados y retrovirus muestra que los retrovirus han infectado con mucha frecuencia las células de la línea germinal de sus huéspedes en el pasado . Los retrovirus heredados de esta manera a la descendencia se denominan retrovirus endógenos (ERV) para distinguirlos de los retrovirus exógenos transmitidos horizontalmente . Con el número creciente de organismos secuenciados , se descubrieron más y más retrovirus endógenos. La cantidad de ADN retroviral en vertebrados varía entre el 5 y el 10%, el genoma humano consta de aproximadamente un 8% de secuencias retrovirales. Estos datos dan una idea de la larga coevolución entre el virus y el huésped. Con los retrovirus endógenos, los virus infecciosos que emergieron de los transposones volvieron a formar parte de los genomas.

Hasta ahora, se han descrito 31 "familias" diferentes de ERV en el genoma humano, que probablemente se remontan a 31 casos diferentes de infecciones de la línea germinal por retrovirus (referidos en inglés como evento de invasión del genoma ). Este evento de línea de base fue seguido por un aumento en el número de copias de ERV, ya sea por reinfección de las células de la línea germinal o por retrotransposición dentro de la célula. A lo largo de las generaciones, la actividad de los ERV continúa disminuyendo, a medida que se acumulan mutaciones y se pueden perder secciones enteras de los ERV, hasta que finalmente la actividad de los virus cesa por completo. La edad de las familias individuales de ERV o líneas ERV se puede estimar a partir del tamaño y la forma de los pedigrí filogenéticos de las líneas. Por lo tanto, la mayoría de las líneas ERV humanas (HERV) se originaron antes del desarrollo evolutivo de los monos del Viejo y del Nuevo Mundo hace unos 25 a 30 millones de años.

Enfermedades causadas por retrovirus.

Los retrovirus infectan a una amplia variedad de seres vivos. Las especies afectadas van desde mejillones hasta humanos, y la mayoría se encuentra entre vertebrados . Los retrovirus causan una gran cantidad de enfermedades diferentes en sus huéspedes, incluidos tumores (linfomas, sarcomas ), enfermedades neurológicas e inmunodeficiencias . Algunas de estas enfermedades causan un gran daño a la agricultura porque los animales de granja se ven afectados o son la causa de las pandemias humanas ( SIDA ). Otras infecciones permanecen asintomáticas, por lo que estos retrovirus se consideran no patógenos.

Algunas enfermedades en roedores inducidas por retrovirus representan sistemas modelo con los que se pueden examinar en detalle los mecanismos de infección de los retrovirus y el desarrollo de los tumores provocados por algunos retrovirus. La biología tumoral moderna se basa en parte en datos que podrían generarse a partir de estos modelos.

Muchos oncogenes conocidos en la actualidad se descubrieron por primera vez en experimentos con retrovirus animales que habían incorporado estos oncogenes en su genoma. Algunos ejemplos son:

literatura

enlaces web

Commons : Retroviridae  - colección de imágenes, videos y archivos de audio

Evidencia individual

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