p53 je protein podporující apoptózu, který působí jako senzor buněčného stresu v reakci na hyperproliferativní signály, poškození DNA, hypoxii, zkracování telomer a další.
Jeho gen byl původně popisován jako onkogen, související s různými typy rakoviny. Nyní je známo, že má schopnost potlačovat nádor, ale že je také nezbytný pro přežití buněk, včetně rakovinných buněk.
Struktura proteinu p53 (Zdroj: Protein Data Bank. David Goodsell. Via Wikimedia Commons)
Má schopnost zastavit buněčný cyklus, umožňující buňce přizpůsobit se a přežít patologické poškození, nebo v případě ireverzibilního poškození může vyvolat sebevraždu apoptózou nebo „stárnutím“, které zastaví buněčné dělení.
Protein p53 může regulovat řadu buněčných procesů pozitivním nebo negativním způsobem, přičemž udržuje homeostázu za standardních podmínek.
Uvedený jako transkripční faktor, p53 působí regulováním transkripce genu kódujícího cyklin-dependentní kinázu p21, zodpovědnou za regulaci vstupu do buněčného cyklu.
Za normálních podmínek mají buňky nízkou hladinu p53, protože to před aktivací interaguje s proteinem MDM2, který působí jako ubikvitin ligáza, což značí degradaci v proteazomech.
Obecně stres způsobený poškozením DNA vede ke zvýšené fosforylaci p53, což snižuje vazbu proteinu MDM2. To vede ke zvýšení koncentrace p53, což mu umožňuje působit jako transkripční faktor.
P53 se váže na DNA a vykonává svou funkci transkripčního faktoru, inhibuje nebo podporuje transkripci genů. Všechna místa DNA, na která se protein váže, jsou umístěna v 5 'oblasti konvenčních sekvencí.
Struktura
Struktura proteinu p53 může být rozdělena do 3 oblastí:
(1) Aminový konec, který má transkripční aktivační oblast; Nachází se zde 4 ze 6 známých fosforylačních míst pro regulaci proteinů.
(2) Centrální oblast, která obsahuje bloky vysoce konzervovaných sekvencí, ve kterých se nachází většina onkogenních mutací.
Tato oblast je nezbytná pro specifickou vazbu p53 na DNA sekvence a bylo pozorováno, že existují také vazebná místa pro kovové ionty, u nichž se zdá, že si zachovávají konformační uspořádání proteinu.
(3) karboxylový konec, který obsahuje oligomerizační a nukleární lokalizační sekvence; na tomto konci jsou umístěna dvě další fosforylační místa. Tato oblast byla vědci popsána jako nejsložitější z p53.
Karboxylový konec p53 obsahuje oblast, která negativně reguluje specifickou vazebnou kapacitu p53 k DNA.
V proteinu p53 je pět domén, které jsou konzervovány od obojživelníků po primáty; jeden je umístěn na aminovém terminálním konci a druhý čtyři v centrální oblasti.
Funkce
Pro protein p53 byly identifikovány dvě možné funkce; první v podpoře buněčné diferenciace a druhý jako genetický kontrolní bod pro zastavení buněčného cyklu v reakci na poškození způsobené DNA.
Protein p53 indukuje v B lymfocytech diferenciaci od raného do pokročilého stádia, podílí se na uspořádání hlavního komplexu histokompatibility.
p53 se nachází ve vysokých hladinách ve testikulárních semenných tubulích, zejména v těch buňkách v pachytenovém stadiu meiózy, kdy se zastaví transkripce buněk.
V oocytech a časných embryích Xenopus Iaevis jsou také vysoké koncentrace proteinu p53, což naznačuje, že by mohl hrát klíčovou roli v časném vývoji embryí.
Pokusy prováděné s geneticky modifikovanými myšmi, u kterých byl gen proteinu p53 deletován, ukazují, že jeho exprese není nezbytná pro raná stádia embryogeneze, ale má důležitou roli při vývoji myší.
P53 je aktivován poškozením DNA způsobeným vysokým ozářením UV světlem, ionizujícím zářením, mitomycinem C, etoposidem, zavedením restrikčních enzymů DNA do buněčných jader a dokonce transfekcí DNA in situ.
Buněčný cyklus
Pokud poškození DNA není opraveno před replikativní syntézou nebo mitózou, může dojít k šíření mutagenních lézí. p53 hraje zásadní roli jako detektor poškození v genomu a strážce fáze G1 v buněčném cyklu.
Protein p53 řídí postup buněčného cyklu hlavně aktivací 3 genů: AT, p53 a GADD45. Jsou součástí signální transdukční dráhy, která způsobuje zastavení buněčného cyklu po poškození DNA.
Protein p53 také stimuluje transkripci genu p21, který se váže na komplexy G1 / S-Cdk, E / CDK2, S-Cdk a cyklin D a inhibuje jejich aktivity, což vede k hypofosforylaci pRb (retinoblastomový protein)) a tedy zastavení buněčného cyklu.
Protein p53 se účastní indukce transkripce p21Waf1, což má za následek zastavení buněčného cyklu v Gl. Může také přispět k zastavení cyklu G2 indukcí transkripce GADD45, p21, 14-3-3 a potlačením transkripce cyklin B.
Biochemické dráhy zapojené do zastavení fáze G2 buněčného cyklu jsou regulovány pomocí CdC2, který má čtyři transkripční cíle: p53, GADD45, p21 a 14-3-3.
Vstup do mitózy je také regulován p53, protože tento protein negativně reguluje expresi genu cyklin B1 a genu Cdc2. Spojení obou je nezbytné pro vstup do mitózy, věří se, že k tomu dochází, aby se zajistilo, že buňky neuniknou počátečnímu zablokování.
Dalším mechanismem závislým na p53 je vazba mezi p21 a proliferujícím buněčným nukleárním antigenem (PCNA), což je hlavní komplementární podjednotka replikativní DNA polymerázy, která je nezbytná pro syntézu a opravu DNA.
Nemoci
Protein p53 byl klasifikován jako „strážce genomu“, „hvězda smrti“, „dobrý policajt, špatný policajt“, „akrobat tumorigeneze“, protože plní důležité funkce jak v patologiích, tak při rakovině..
Rakovinové buňky jsou obecně narušeny a jejich přežití a proliferace závisí na změnách v drahách kontrolovaných p53.
Nejběžnější změny pozorované u lidských nádorů jsou v DNA-vazebné doméně p53, která narušuje její schopnost působit jako transkripční faktor.
Molekulární a imunohistochemické analýzy pacientů s rakovinou prsu ukázaly aberantní akumulaci proteinu p53 v cytoplazmě nádorových buněk, daleko od jeho normálního umístění (jádro), což, jak se zdá, naznačuje určitý typ funkční / konformační inaktivace nádoru. protein.
Abnormální akumulace proteinu pMM2 proteinu p53 je pozorována u většiny nádorů, zejména sarkomů.
Virový protein E6 exprimovaný HPV se specificky váže na protein p53 a indukuje jeho degradaci.
Pro vědce zůstává protein p53 paradigmatem, protože většina bodových mutací vede k syntéze stabilního, ale „inaktivního“ proteinu v jádru nádorových buněk.
Li-Fraumeniho syndrom
Jak bylo zmíněno, protein p53 hraje klíčovou roli ve vývoji více tříd rakoviny a rodiny pacientů s Li-Fraumeniho syndromem jsou predisponováni k mnoha z nich.
Li-Fraumeniho syndrom byl poprvé popsán v roce 1969. Jedná se o dědičný genetický stav, jehož základní mechanismus souvisí s různými mutacemi zárodečné linie v genu p53, což nakonec vede k různým typům rakoviny u lidí.
Zpočátku byly tyto mutace považovány za zodpovědné za kostní nádory a sarkomy měkkých tkání, jakož i za karcinom prsu před menopauzou, nádory mozku, neokortikální karcinomy a leukémie; to vše u pacientů různého věku, od mladistvých až po dospělé.
V současné době četné studie ukázaly, že tyto mutace jsou mimo jiné příčinou melanomů, nádorů žaludku a plic, karcinomů pankreatu.
Reference
- Aylon, Y., & Oren, M. (2016). Paradox p53: Co, jak a proč? Perspektivy studeného jara v medicíně, 1-15.
- Chen, J. (2016). Buněčný cyklus a apoptická funkce p53 při iniciaci a progresi nádoru. Perspektivy studeného jara v medicíně, 1-16.
- Hainaut, P., & Wiman, K. (2005). 25 let výzkumu p53 (1. vydání). New York: Springer.
- Kuerbitz, SJ, Plunkett, BS, Walsh, W. V, a Kastan, MB (1992). Divoký typ p53 je determinantem kontrolního bodu buněčného cyklu po ozáření. Natl. Acad. Sci., 89 (srpen), 7491–7495.
- Levine, AJ, & Berger, SL (2017). Souhra epigenetických změn a proteinu p53 v kmenových buňkách. Genes & Development, 31, 1195-1201.
- Prives, C., and Hall, P. (1999). Cesta P53. Journal of Pathology, 187, 112–126.
- Prives, C., & Manfredi, J. (1993). Protein supresorového proteinu p53: přehled schůzek. Genes & Development, 7, 529–534.
- Varley, JM (2003). Klíčové mutace TP53 a Li-Fraumeniho syndrom. Human Mutation, 320, 313-320.
- Wang, X., Simpson, ER, & Brown, KA (2015). p53: Ochrana proti růstu nádoru nad účinky na buněčný cyklus a apoptózu. Cancer Research, 75 (23), 5001–5007.