p53 je proteín podporujúci apoptózu, ktorý pôsobí ako senzor bunkového stresu v reakcii na hyperproliferatívne signály, poškodenie DNA, hypoxiu, skracovanie telomérov a ďalšie.
Jeho gén bol pôvodne opísaný ako onkogén, ktorý súvisel s rôznymi druhmi rakoviny. Teraz je známe, že má schopnosť potlačiť nádor, ale je tiež nevyhnutný pre prežitie buniek, vrátane rakovinových buniek.
Štruktúra proteínu p53 (Zdroj: Protein Data Bank. David Goodsell. Via Wikimedia Commons)
Má schopnosť zastaviť bunkový cyklus, čo umožňuje bunke prispôsobiť sa a prežiť patologické poškodenie, alebo v prípade ireverzibilného poškodenia, môže vyvolať samovraždu prostredníctvom apoptózy alebo „starnutia“, ktorá zastaví bunkové delenie.
Proteín p53 môže regulovať rôzne bunkové procesy pozitívnym alebo negatívnym spôsobom, pričom udržuje homeostázu za štandardných podmienok.
Uvedený ako transkripčný faktor, p53 pôsobí reguláciou transkripcie génu kódujúceho cyklín-dependentnú kinázu p21 zodpovednú za reguláciu vstupu do bunkového cyklu.
Za normálnych podmienok majú bunky nízku hladinu p53, pretože to pred aktiváciou interaguje s proteínom MDM2, ktorý pôsobí ako ubikvitín ligáza, čo ju značí degradáciou v proteazóme.
Vo všeobecnosti vedie stres k poškodeniu DNA k zvýšenej fosforylácii p53, čo znižuje väzbu proteínu MDM2. To vedie k zvýšeniu koncentrácie p53, čo mu umožňuje pôsobiť ako transkripčný faktor.
P53 sa viaže na DNA, aby vykonával svoju funkciu ako transkripčný faktor, inhibuje alebo podporuje transkripciu génov. Všetky miesta DNA, na ktoré sa proteín viaže, sú umiestnené v 5 'oblasti konvenčných sekvencií.
štruktúra
Štruktúra proteínu p53 sa môže rozdeliť do 3 oblastí:
(1) Aminový koniec, ktorý má transkripčnú aktivačnú oblasť; Nachádza sa tu 4 zo 6 známych fosforylačných miest na reguláciu proteínov.
(2) Centrálna oblasť, ktorá obsahuje bloky vysoko konzervovaných sekvencií, v ktorých sa nachádza väčšina onkogénnych mutácií.
Táto oblasť je nevyhnutná pre špecifickú väzbu p53 na DNA sekvencie a bolo pozorované, že existujú aj väzbové miesta pre kovové ióny, ktoré, ako sa zdá, udržiavajú konformačné usporiadanie proteínu.
(3) karboxylový koniec, ktorý obsahuje sekvencie oligomerizácie a lokalizácie jadra; na tomto konci sú umiestnené dve ďalšie fosforylačné miesta. Vedci túto oblasť opísali ako najkomplexnejší z p53.
Karboxylový koniec p53 obsahuje oblasť, ktorá negatívne reguluje špecifickú väzbovú kapacitu p53 k DNA.
V proteíne p53 je päť domén, ktoré sú konzervované od obojživelníkov po primáty; jeden je umiestnený na amino-terminálnom konci a druhý je umiestnený v centrálnej oblasti.
Vlastnosti
Pre proteín p53 boli identifikované dve možné funkcie; prvý v podporovaní diferenciácie buniek a druhý ako genetický kontrolný bod pre zastavenie bunkového cyklu v reakcii na poškodenie spôsobené DNA.
Proteín p53 indukuje v B lymfocytoch diferenciáciu od skorých do pokročilých štádií, zúčastňuje sa na usporiadaní hlavného histokompatibilného komplexu.
p53 sa nachádza vo vysokých hladinách vo semenníkových tubuloch semenníkov, najmä v tých bunkách v pachyténovom štádiu meiózy, kedy sa zastaví transkripcia buniek.
V oocytoch a skorých embryách Xenopus Iaevis sú tiež vysoké koncentrácie proteínu p53, čo naznačuje, že by mohol hrať kľúčovú úlohu v skorom vývoji embryí.
Pokusy uskutočňované s geneticky modifikovanými myšami, z ktorých bol gén proteínu p53 deletovaný, naznačujú, že jeho expresia nie je nevyhnutná pre rané štádiá embryogenézy, ale má dôležitú úlohu pri vývoji myší.
P53 je aktivovaný poškodením DNA spôsobeným vysokým ožiarením UV svetlom, ionizujúcim žiarením, mitomycínom C, etopozidom, zavedením reštrikčných enzýmov DNA do jadier buniek a dokonca aj transfekciou DNA in situ.
Bunkový cyklus
Ak poškodenie DNA nie je opravené pred replikatívnou syntézou alebo mitózou, môže dôjsť k šíreniu mutagénnych lézií. p53 hrá zásadnú úlohu ako detektor poškodenia v genóme a ochranca fázy G1 v bunkovom cykle.
Proteín p53 riadi vývoj bunkového cyklu hlavne aktiváciou 3 génov: AT, p53 a GADD45. Sú súčasťou dráhy signálnej transdukcie, ktorá spôsobuje poškodenie bunkového cyklu po poškodení DNA.
Proteín p53 tiež stimuluje transkripciu génu p21, ktorý sa viaže na komplexy G1 / S-Cdk, E / CDK2, S-Cdk a cyklín D a inhibuje ich aktivity, čo vedie k hypofosforylácii pRb (proteín retinoblastómu). ), a teda zastavenie bunkového cyklu.
Proteín p53 sa podieľa na indukcii transkripcie p21Waf1, čo vedie k zastaveniu bunkového cyklu v Gl. Môže tiež prispievať k zastaveniu cyklu G2 indukciou transkripcie GADD45, p21, 14-3-3 a potlačením transkripcie cyklínu B.
Biochemické dráhy zapojené do zastavenia fázy G2 bunkového cyklu sú regulované pomocou CdC2, ktorý má štyri transkripčné ciele: p53, GADD45, p21 a 14-3-3.
Vstup do mitózy je regulovaný tiež p53, pretože tento proteín negatívne reguluje expresiu génu cyklínu B1 a génu Cdc2. Spojenie oboch je nevyhnutné pre vstup do mitózy, predpokladá sa, že k tomu dôjde, aby sa zabezpečilo, že bunky neuniknú počiatočnému zablokovaniu.
Iným mechanizmom závislým na p53 je väzba medzi p21 a proliferujúcim bunkovým jadrovým antigénom (PCNA), čo je hlavná komplementárna podjednotka replikatívnej DNA polymerázy, ktorá je potrebná na syntézu a opravu DNA.
choroby
Proteín p53 bol okrem iného klasifikovaný ako „strážca genómu“, „hviezda smrti“, „dobrý policajt, zlý policajt“, „akrobat tumorigenézy“, pretože plní dôležité funkcie v patológiách aj pri rakovine. ,
Rakovinové bunky sú všeobecne narušené a ich prežitie a proliferácia závisia od zmien v dráhach kontrolovaných p53.
Najbežnejšie zmeny pozorované v ľudských nádoroch sú v DNA-väzbovej doméne p53, ktorá narušuje jej schopnosť pôsobiť ako transkripčný faktor.
Molekulárne a imunohistochemické analýzy pacientov s rakovinou prsníka ukázali aberantnú akumuláciu proteínu p53 v cytoplazme nádorových buniek, ďaleko od jeho normálneho umiestnenia (jadro), čo, zdá sa, naznačuje určitý typ funkčnej / konformačnej inaktivácie nádoru. proteín.
Abnormálna akumulácia proteínu MDM2 proteínu p53 je pozorovaná u väčšiny nádorov, najmä sarkómov.
Vírusový proteín E6 exprimovaný HPV sa špecificky viaže na proteín p53 a indukuje jeho degradáciu.
Pre vedcov zostáva proteín p53 paradigmou, pretože väčšina bodových mutácií vedie k syntéze stabilného, ale „neaktívneho“ proteínu v jadre nádorových buniek.
Li-Fraumeniho syndróm
Ako bolo uvedené, proteín p53 hrá rozhodujúcu úlohu pri vývoji viacerých tried rakoviny a mnohým z nich sú predisponované rodiny pacientov so syndrómom Li-Fraumeni.
Li-Fraumeniho syndróm bol prvýkrát opísaný v roku 1969. Ide o dedičný genetický stav, ktorého základný mechanizmus súvisí s rôznymi zárodočnými mutáciami v géne p53, čo nakoniec vedie k rôznym druhom rakoviny u ľudí.
Pôvodne sa verilo, že tieto mutácie sú zodpovedné za kostné nádory a sarkómy mäkkých tkanív, ako aj premenopauzálny karcinóm prsníka, nádory mozgu, neokortikálne karcinómy a leukémie; všetko u pacientov rôzneho veku, od mladistvých po dospelých.
V súčasnosti početné štúdie ukázali, že tieto mutácie sú okrem iného príčinou melanómov, nádorov žalúdka a pľúc, karcinómov pankreasu.
Referencie
- Aylon, Y., & Oren, M. (2016). Paradox p53: Čo, ako a prečo? Perspektívy Cold Spring Harbor v medicíne, 1-15.
- Chen, J. (2016). Aretácia a apoptická funkcia bunkového cyklu p53 pri iniciácii a progresii nádoru. Perspektívy Cold Spring Harbor v medicíne, 1-16.
- Hainaut, P., & Wiman, K. (2005). 25 rokov výskumu p53 (1. vydanie). New York: Springer.
- Kuerbitz, SJ, Plunkett, BS, Walsh, W. V, a Kastan, MB (1992). Divoký typ p53 je determinantom kontrolného bodu bunkového cyklu po ožiarení. Natl. Acad. Sci., 89 (august), 7491 - 7449.
- Levine, AJ a Berger, SL (2017). Súhra epigenetických zmien a proteínu p53 v kmeňových bunkách. Genes & Development, 31, 1195-1201.
- Prives, C., and Hall, P. (1999). Cesta p53. Journal of Pathology, 187, 112 - 126.
- Prives, C., & Manfredi, J. (1993). Proteínový supresorový proteín p53: prehľad stretnutia. Genes & Development, 7, 529 - 534.
- Varley, JM (2003). Nemecké mutácie TP53 a Li-Fraumeniho syndróm. Human Mutation, 320, 313-320.
- Wang, X., Simpson, ER, a Brown, KA (2015). p53: Ochrana proti rastu nádoru nad rámec účinkov na bunkový cyklus a apoptózu. Cancer Research, 75 (23), 5001 - 5007.