p53 er et apoptosepromotorprotein, der fungerer som en sensor for cellulær stress som respons på hyperproliferative signaler, DNA-skader, hypoxi, telomerforkortelse og andre.
Dets gen blev oprindeligt beskrevet som en oncogen, relateret til forskellige typer kræft. Det vides nu, at det har tumorundertrykkelsesevne, men at det også er vigtigt for celleoverlevelse, herunder kræftceller.
Struktur af p53-proteinet (Kilde: Protein Data Bank. David Goodsell. Via Wikimedia Commons)
Det har evnen til at stoppe cellecyklussen, hvilket gør det muligt for cellen at justere og overleve patologisk skade, eller i tilfælde af irreversibel skade kan den udløse cellens selvmord ved apoptose eller "senescence", der stopper celledelingen.
P53-proteinet kan regulere forskellige cellulære processer på en positiv eller negativ måde og opretholde homeostase under standardbetingelser.
Opført som en transkriptionsfaktor fungerer p53 ved at regulere transkriptionen af genet, der koder for den cyklinafhængige kinase p21, der er ansvarlig for at regulere indtræden i cellecyklussen.
Under normale forhold har celler et lavt niveau af p53, da dette, inden de aktiveres, interagerer med MDM2-proteinet, der fungerer som ubiquitinligase, hvilket markerer det for nedbrydning i proteasomer.
Generelt fører stress forårsaget af DNA-skade til forøget phosphorylering af p53, hvilket reducerer bindingen af MDM2-proteinet. Dette fører til en stigning i koncentrationen af p53, som tillader det at fungere som en transkriptionel faktor.
P53 binder sig til DNA for at udøve sin funktion som en transkriptionsfaktor, der hæmmer eller fremmer transkription af gener. Alle DNA-steder, hvortil proteinet binder, er placeret i 5'-regionen af konsensus-sekvenserne.
Struktur
Strukturen af p53-proteinet kan opdeles i 3 regioner:
(1) En aminoterminal, som har det transkriptionelle aktiveringsområde; 4 af de 6 kendte phosphoryleringssteder til proteinregulering findes der.
(2) En central region, der indeholder blokke med stærkt konserverede sekvenser, hvor de fleste af de onkogene mutationer er placeret.
Denne region er nødvendig for den specifikke binding af p53 til DNA-sekvenser, og det er blevet observeret, at der også er bindingssteder for metalioner, som ser ud til at opretholde de konformationelle arrangementer af proteinet.
(3) En carboxylterminal, der indeholder oligomeriserings- og nukleare lokaliseringssekvenser; to andre phosphoryleringssteder er placeret i denne ende. Denne region er beskrevet af forskere som den mest komplekse af p53.
Carboxylterminalen af p53 indeholder et område, der negativt regulerer den specifikke bindingsevne for p53 til DNA.
Inden i p53-proteinet er der fem domæner, der er konserveret fra padder til primater; den ene lokaliseret ved den aminoterminale ende og den anden fire inden for den centrale region.
Funktioner
To mulige funktioner er blevet identificeret for p53-proteinet; den første til at fremme celledifferentiering og den anden som et genetisk kontrolpunkt for anholdelse af cellecyklussen som reaktion på skaden forårsaget af DNA.
P53-proteinet inducerer differentiering fra B-lymfocytter fra tidlige til avancerede stadier, det deltager i arrangementet af det største histokompatibilitetskompleks.
p53 findes i høje niveauer i testikulære seminiferøse tubuli, især i disse celler i pachytene-stadiet af meiose, på hvilket tidspunkt celletranskription stopper.
I oocytterne og de tidlige embryoner af Xenopus Iaevis er der også høje koncentrationer af proteinet p53, hvilket antyder, at det kan spille en afgørende rolle i den tidlige udvikling af embryoner.
Eksperimenter udført med genetisk modificerede mus, for hvilke p53-proteingenet blev slettet, indikerer, at dets ekspression ikke er væsentlig for de tidlige stadier af embryogenese, men det spiller en vigtig rolle i murinudviklingen.
P53 aktiveres af DNA-skader forårsaget af høj bestråling med UV-lys, ioniserende stråling, med mitomycin C, etoposid, ved introduktion af DNA-restriktionsenzymer i cellekerner og endda ved in situ DNA-transfektion.
Cellulær cyklus
Hvis DNA-skader ikke repareres før replikerende syntese eller mitose, kan spredning af mutagene læsioner forekomme. p53 spiller en grundlæggende rolle som en skadedetektor i genomet og værgen af G1-fasen i cellecyklussen.
P53-proteinet styrer avanceringen af cellecyklussen hovedsageligt ved at aktivere 3 gener: AT, p53 og GADD45. Disse er en del af en signaltransduktionsvej, der forårsager cellecyklusstop efter DNA-skade.
P53-proteinet stimulerer også transkriptionen af p21-genet, som binder til G1 / S-Cdk-, E / CDK2-, S-Cdk- og cyclin D-komplekserne og hæmmer deres aktiviteter, hvilket resulterer i hypophosphorylering af pRb (retinoblastomaprotein)) og dermed anholdelse af cellecyklussen.
P53-proteinet deltager i induktionen af p21Waf1-transkription, hvilket resulterer i cellecyklusstop i G1. Det kan også bidrage til G2-cyklusstop ved at inducere transkription af GADD45, p21, 14-3-3 og ved at undertrykke cyclin B-transkription.
De biokemiske veje involveret i arresteringen af cellecyklusens G2-fase reguleres af CdC2, der har fire transkriptionelle mål: p53, GADD45, p21 og 14-3-3.
Indtræden i mitose reguleres også af p53, da dette protein negativt regulerer ekspressionen af cyclin B1-genet og Cdc2-genet. Forening af begge dele er nødvendig for indtræden i mitose, det antages, at dette sker for at sikre, at celler ikke undslipper den oprindelige blokering.
En anden p53-afhængig mekanisme er bindingen mellem p21 og det prolifererende cellekerneantigen (PCNA), hvilket er den vigtigste komplementære underenhed for replikerende DNA-polymerase, som er nødvendig til DNA-syntese og reparation.
sygdomme
P53-proteinet er blandt andet blevet klassificeret som "beskytter af genomet", "dødstjerne", "god politimand, dårlig politimand", "akrobat af tumorigenese", da det udfører vigtige funktioner både i patologier og i kræft.
Cancerceller forstyrres generelt, og deres overlevelse og spredning afhænger af ændringer i veje kontrolleret af p53.
De mest almindelige ændringer observeret i humane tumorer ligger i det DNA-bindende domæne i p53, der forstyrrer dets evne til at virke som en transkriptionel faktor.
Molekylære og immunohistokemiske analyser af patienter med brystkræft har vist en afvigende ophobning af p53-proteinet i cytoplasmaet i tumorceller langt fra dets normale placering (kerne), som synes at indikere en form for funktionel / konformationel inaktivering af tumoren. protein.
Unormal akkumulering af det p53-proteinregulerende MDM2-protein ses i de fleste tumorer, især sarkomer.
Det virale protein E6, der udtrykkes af HPV, binder specifikt til p53-proteinet og inducerer dets nedbrydning.
For forskere forbliver p53-proteinet et paradigme, da de fleste punktmutationer fører til syntese af et stabilt, men "inaktivt" protein i tumorcellekernen.
Li-Fraumeni syndrom
Som nævnt spiller p53-proteinet en afgørende rolle i udviklingen af flere kræftklasser, og familier af patienter med Li-Fraumeni-syndrom er disponeret for mange af dem.
Li-Fraumeni syndrom blev først beskrevet i 1969. Det er en arvelig genetisk tilstand, hvis underliggende mekanisme har at gøre med forskellige kimlinemutationer i p53-genet, som i sidste ende fører til forskellige typer kræft hos mennesker.
Oprindeligt antages disse mutationer at være ansvarlige for knogletumorer og bløddelssarcomer samt præmenopausal brystkarcinom, hjernesvulster, neo-kortikale carcinomer og leukæmier; alle hos patienter i forskellige aldre, fra unge til voksne.
På nuværende tidspunkt har adskillige undersøgelser vist, at disse mutationer også er årsagen til melanomer, gastriske og lungetumorer, pancreaskarcinomer, blandt andre.
Referencer
- Aylon, Y., & Oren, M. (2016). Paradokset med p53: Hvad, hvordan og hvorfor? Cold Spring Harbour Perspectives in Medicine, 1–15.
- Chen, J. (2016). Cellecyklusarrest og apoptotisk funktion af p53 ved tumorinitiering og -progression. Cold Spring Harbour Perspectives in Medicine, 1–16.
- Hainaut, P., & Wiman, K. (2005). 25 års forskning p53 (1. udg.). New York: Springer.
- Kuerbitz, SJ, Plunkett, BS, Walsh, W. V, & Kastan, MB (1992). Vildtype-p53 er en cellecyklus-kontrolpunktbestemmende efter bestråling. Natl. Acad. Sci., 89 (august), 7491–7495.
- Levine, AJ, & Berger, SL (2017). Samspillet mellem epigenetiske ændringer og p53-proteinet i stamceller. Genes & Development, 31, 1195–1201.
- Prives, C., & Hall, P. (1999). P53-stien. Journal of Pathology, 187, 112–126.
- Prives, C., & Manfredi, J. (1993). P53-tumorundertrykkelsesproteinet: mødeanmeldelse. Genes & Development, 7, 529–534.
- Varley, JM (2003). Germline TP53-mutationer og Li-Fraumeni-syndrom. Human mutation, 320, 313-320.
- Wang, X., Simpson, ER, & Brown, KA (2015). p53: Beskyttelse mod tumorvækst ud over virkninger på cellecyklus og apoptose. Cancer Research, 75 (23), 5001-5007.