p53 este o proteină promotoare a apoptozei care acționează ca un senzor al stresului celular ca răspuns la semnalele hiperproliferative, deteriorarea ADN-ului, hipoxie, scurtarea telomerilor și altele.
Gena sa a fost descrisă inițial drept un oncogen, legat de diferite tipuri de cancer. Se știe acum că are capacitate de suprimare a tumorilor, dar este esențial și pentru supraviețuirea celulelor, inclusiv celulele canceroase.
Structura proteinei p53 (Sursa: Banca de proteine. David Goodsell. Via Wikimedia Commons)
Are capacitatea de a opri ciclul celular, permițând celulei să se adapteze și să supraviețuiască deteriorării patologice sau, în cazul unei daune ireversibile, poate declanșa suicidul celular prin apoptoză sau "senescență" care oprește diviziunea celulară.
Proteina p53 poate regla o varietate de procese celulare într-un mod pozitiv sau negativ, menținând homeostazia în condiții standard.
Enumerat ca un factor de transcripție, p53 acționează prin reglarea transcrierii genei care codifică kinasa dependentă de ciclină p21, responsabilă cu reglarea intrării în ciclul celular.
În condiții normale, celulele au un nivel scăzut de p53, deoarece aceasta, înainte de a fi activată, interacționează cu proteina MDM2, care acționează ca ubiquitină ligază, marcând-o pentru degradarea proteasomilor.
În general, stresul cauzat de deteriorarea ADN-ului duce la o fosforilare crescută a p53, ceea ce reduce legarea proteinei MDM2. Aceasta duce la o creștere a concentrației de p53, ceea ce îi permite să acționeze ca factor transcripțional.
P53 se leagă de ADN pentru a-și exercita funcția de factor transcripțional, inhibând sau promovând transcripția genelor. Toate situsurile ADN de care se leagă proteina sunt localizate în regiunea 5 'a secvențelor de consens.
Structura
Structura proteinei p53 poate fi împărțită în 3 regiuni:
(1) Un terminal amino, care are regiunea de activare transcripțională; 4 dintre cele 6 situri de fosforilare cunoscute pentru reglarea proteinelor se găsesc acolo.
(2) O regiune centrală, care conține blocuri de secvențe extrem de conservate în care sunt localizate majoritatea mutațiilor oncogene.
Această regiune este necesară pentru legarea specifică a p53 la secvențele ADN și s-a observat că există și situsuri de legare pentru ioni metalici, care par să mențină aranjamentele conformaționale ale proteinei.
(3) Un terminal carboxil, care conține secvențe de oligomerizare și localizare nucleară; alte două situri de fosforilare sunt situate la acest capăt. Această regiune a fost descrisă de oamenii de știință drept cea mai complexă din p53.
Terminusul carboxilic al p53 conține o regiune care reglementează negativ capacitatea specifică de legare a p53 la ADN.
În proteina p53 există cinci domenii care sunt conservate de la amfibieni până la primate; unul situat la capătul terminal amino și celelalte patru în regiunea centrală.
Caracteristici
Două funcții posibile au fost identificate pentru proteina p53; prima în promovarea diferențierii celulare și a doua ca punct de control genetic pentru arestarea ciclului celular ca răspuns la daunele cauzate ADN-ului.
Proteina p53 induce în limfocitele B diferențierea de la etapele timpurii la cele avansate, participă la aranjarea complexului major de histocompatibilitate.
p53 se găsește la niveluri ridicate în tubule seminifere testiculare, în special în acele celule aflate în stadiul pachitene al meiozei, moment în care transcrierea celulelor se oprește.
În ovocite și embrioni precoce ai Xenopus Iaevis există, de asemenea, concentrații mari de proteină p53, ceea ce sugerează că aceasta poate juca un rol crucial în dezvoltarea timpurie a embrionilor.
Experimentele efectuate cu șoareci modificați genetic, pentru care s-a șters gena proteinei p53, indică faptul că expresia acesteia nu este esențială pentru stadiile incipiente ale embriogenezei, dar are un rol important în dezvoltarea murinei.
P53 este activat de deteriorarea ADN cauzată de iradierea ridicată cu lumină UV, radiații ionizante, de mitomicina C, etoposid, prin introducerea enzimelor de restricție ADN în nucleele celulare și chiar de transfecția ADN in situ.
Ciclul celular
Dacă deteriorarea ADN-ului nu este reparată înainte de sinteza replicativă sau mitoza, ar putea apărea răspândirea leziunilor mutagene. p53 joacă un rol fundamental ca detector de deteriorare în genom și păzitor al fazei G1 din ciclul celular.
Proteina p53 controlează progresul ciclului celular în principal prin activarea a 3 gene: AT, p53 și GADD45. Acestea fac parte dintr-o cale de transducție a semnalului care provoacă oprirea ciclului celular după deteriorarea ADN-ului.
Proteina p53 stimulează, de asemenea, transcripția genei p21, care se leagă de complexele G1 / S-Cdk, E / CDK2, S-Cdk și ciclină D și inhibă activitățile acestora, rezultând în hipofosforilarea pRb (proteina retinoblastom ) și astfel arestarea ciclului celular.
Proteina p53 participă la inducerea transcrierii p21Waf1, ceea ce duce la stoparea ciclului celular în G1. De asemenea, poate contribui la arestarea ciclului G2, prin inducerea transcrierii GADD45, p21, 14-3-3 și prin reprimarea transcripției ciclinei B.
Căile biochimice implicate în stoparea fazei G2 a ciclului celular sunt reglementate de CdC2, care are patru ținte transcripționale: p53, GADD45, p21 și 14-3-3.
Intrarea în mitoză este, de asemenea, reglată de p53, deoarece această proteină reglează negativ expresia genei ciclin B1 și a genei Cdc2. Unirea ambelor este necesară pentru intrarea în mitoză, se crede că aceasta se întâmplă pentru a se asigura că celulele nu scapă de blocajul inițial.
Un alt mecanism dependent de p53 este legarea între p21 și antigenul nuclear celular proliferat (PCNA), aceasta fiind principala subunitate complementară a ADN-polimerazei replicative, care este necesară pentru sinteza și repararea ADN-ului.
boli
Proteina p53 a fost clasificată drept „păzitor al genomului”, „steaua morții”, „polițist bun, polițist rău”, „acrobatul tumorigenezei”, printre altele, deoarece îndeplinește funcții importante atât în patologii, cât și în cancer .
Celulele canceroase sunt în general perturbate, iar supraviețuirea și proliferarea lor depind de modificări ale căilor controlate de p53.
Cele mai frecvente modificări observate la tumorile umane sunt în domeniul de legare la ADN-ul p53, care perturbă capacitatea sa de a acționa ca factor transcripțional.
Analizele moleculare și imunohistochimice ale pacienților cu cancer de sân au arătat o acumulare aberantă a proteinei p53 în citoplasma celulelor tumorale, departe de locația normală (nucleul), ceea ce pare să indice un tip de inactivare funcțională / conformațională a tumorii. proteină.
Se observă acumularea anormală a proteinei MDM2 reglatoare a proteinei p53 în majoritatea tumorilor, în special sarcoamele.
Proteina virală E6 exprimată de HPV se leagă în mod specific la proteina p53 și induce degradarea acesteia.
Pentru cercetători, proteina p53 rămâne o paradigmă, deoarece majoritatea mutațiilor punctuale conduc la sinteza unei proteine stabile, dar „inactive” în nucleul celulelor tumorale.
Sindromul Li-Fraumeni
După cum am menționat, proteina p53 joacă un rol crucial în dezvoltarea mai multor clase de cancer, iar familiile de pacienți cu sindrom Li-Fraumeni sunt predispuse la multe dintre ele.
Sindromul Li-Fraumeni a fost descris pentru prima dată în 1969. Este o afecțiune genetică ereditară al cărei mecanism de bază are legătură cu diferite mutații ale liniei germinale din gena p53, care în cele din urmă duc la diferite tipuri de cancer la om.
Inițial, se credea că aceste mutații sunt responsabile pentru tumorile osoase și sarcoamele țesuturilor moi, precum și carcinomul mamar premenopauzal, tumorile cerebrale, carcinoamele neo-corticale și leucemiile; toate la pacienți de vârste diferite, de la tineri la adulți.
În prezent, numeroase studii au arătat că aceste mutații sunt, de asemenea, cauza melanomelor, tumorilor gastrice și pulmonare, carcinoamelor pancreatice, printre altele.
Referințe
- Aylon, Y., & Oren, M. (2016). Paradoxul din p53: Ce, cum și de ce? Perspectivele Cold Spring Harbor în medicină, 1-15.
- Chen, J. (2016). Arestarea ciclului celular și funcția apoptotică a p53 în inițierea și progresia tumorii. Perspectivele Cold Spring Harbor în medicină, 1–16.
- Hainaut, P., & Wiman, K. (2005). 25 de ani de cercetare p53 (prima ediție). New York: Springer.
- Kuerbitz, SJ, Plunkett, BS, Walsh, W. V, & Kastan, MB (1992). P53 de tip sălbatic este un determinant al punctului de control al ciclului celular în urma iradierii. Natl. Acad. Sci., 89 (august), 7491–7495.
- Levine, AJ, & Berger, SL (2017). Interacțiunea dintre modificările epigenetice și proteina p53 din celulele stem. Genes & Development, 31, 1195-1201.
- Prives, C., & Hall, P. (1999). Calea p53. Journal of Pathology, 187, 112–126.
- Prives, C., & Manfredi, J. (1993). Proteina supresoare a tumorii p53: revizuire la întâlnire. Genes & Development, 7, 529–534.
- Varley, JM (2003). Mutații Germline TP53 și sindromul Li-Fraumeni. Mutația umană, 320, 313-320.
- Wang, X., Simpson, ER și & Brown, KA (2015). p53: Protecție împotriva creșterii tumorii dincolo de efectele asupra ciclului celular și a apoptozei. Cercetarea cancerului, 75 (23), 5001–5007.