P53
p53 | |
---|---|
![]() Просторова структура P53, зв'язаного з ДНКPDB 1TUP. | |
Ідентифікатори | |
Символ | TP53; BCC7; LFS1; P53; TRP53 |
Entrez | 7157 |
HUGO | 11998 |
OMIM | 191170 |
PDB | 1A1U1AIE, 1C26, 1DT7, 1GZH, 1H26, 1HS5, 1JSP, 1KZY, 1MA3, 1OLG, 1OLH, 1PES, 1PET, 1SAE, 1SAF, 1SAK, 1SAL, 1TSR, 1TUP, 1UOL, 1XQH, 1YC5, 1YCQ, 1YCR, 1YCS, 2AC0, 2ADY, 2AHI, 2ATA, 2B3G, 2BIM, 2BIN, 2BIO, 2BIP, 2BIQ, 2FEJ, 2FOJ, 2FOO, 2GS0, 2H1L, 2H2D, 2H2F, 2H4F, 2H4H, 2H4J, 2H59, 2J0Z, 2J10, 2J11, 2J1W, 2J1X, 2J1Y, 2J1Z, 2J20, 2J21, 2K8F, 2L14, 2LY4, 2OCJ, 2PCX, 2QVQ, 2QXA, 2QXB, 2QXC, 2VUK, 2WGX, 2X0U, 2X0V, 2X0W, 2XWR, 2YBG, 2Z5S, 2Z5T, 3D05, 3D06, 3D07, 3D08, 3D09, 3D0A, 3DAB, 3DAC, 3IGK, 3IGL, 3KMD, 3KZ8, 3LW1, 3PDH, 3Q01, 3Q05, 3Q06, 3SAK, 3TG5, 3TS8, 4AGL, 4AGM, 4AGN, 4AGO, 4AGP, 4AGQ |
RefSeq | NM_000546.5 |
UniProt | H2EHT1 |
Інша інформація | |
Локус | Хр. 17 p13.1 |
p53, також відомий як білок 53, кодується у людини геном TP53, розташованим на короткому плечі 17-ї хромосоми (мишачий ген називають Trp53). За своєю природою p53 — фактор транскрипції. p53 регулює клітинний цикл і функціонує, як супресор пухлин. Його діяльність дуже важлива для багатоклітинних організмів, оскільки він допомагає запобігати виникненню раку, приблизно у 50 % злоякісно трансформованих клітин ген TP53 мутував[1], що дозволяє їм швидше накопичувати мутації в інших генах[2]. p53 був описаний як «охоронець геному»[3] або «ген-ангел-охоронець», посилаючись на його роль в збереженні стабільності геному.
Розташування гену TP53 у геномах різних ссавців:
- Миша — 11 хромосома
- Собака — 5 хромосома
- Корова — 19 хромосома
- Свиня — 12 хромосома
- Кінь — 11 хромосома
Будова p53
У людини білок p53 складається з 393 амінокислотних залишків і має 5 доменів:
- N-кінцевий домен, що активує транскрипцію (англ. transcription-activation domain; TAD), амінокислоти 1—42;
- Багатий проліном домен, важливий для апоптотичній активності p53, складається з амінокислот 80—94;
- ДНК-зв'язуючий домен, до якого входять амінокислотні залишки 100–300. Його просторова структура представлена петлями, що дозволяють p53 взаємодіяти як з великим, так і з малим жолобками ДНК. Особливо важливу роль відіграють амінокислоти аргінін 248 та лізин 120. Для підтримання правильної конформації у ДНК-зв'язуючому домені міститься атом цинку (проте його роль відрізняється від такої у так званих «цинкових пальцях» — іншому типі ДНК-зв'язуючих мотивів)[4];
- Домен, що відповідає за утворення полімеру білка (олігомеризації), — залишки 307–355. Тетрамерізація дуже важлива для активності p53 in vivo;
- C-кінцевий домен, задіяний у від'єднанні доменів від ДНК, амінокислоти 356–393.
Мутації, що інактивують p53 при раковій трансформації, зазвичай трапляються у ДНК-зв'язуючому домені. Ці мутації призводять до нездатності білка p53 зв'язуватися з ДНК і, отже, виконувати функцію активатора транскрипції. Такі мутації звичайно є рецесивними.
Своєю назвою p53 завдячує молекулярній масі розрахованій за його рухливістю при електрофорезі в поліакриламідному гелі. Пізніше була розрахована реальна молекулярна маса цього білка за кількістю залишків амінокислот, і з'ясувалось, що вона становить всього 43,7 кДа. Ця різниця виникає завдяки високому числу кислих залишків проліну в p53, які уповільнюють його міграцію в поліакріламідних гелях, через що він здається масивнішим[5].
Функції білка р53
GGGCAAGTCT |||||||||| CCCGTTCAGA |
p53-response element[6] |
Білок p53 не є життєво необхідним за нормальних умов. Так миші із делецією обидвох копій його гену нормально розвиваються і відрізняються від тварин дикого типу тільки однією ознакою — у них всіх за перші 10 місяців життя розвивається рак. Функції p53 необхідні тільки у стресових умовах, таких як нестача кисню, дія факторів, що викликають ушкодження ДНК (наприклад ультрафіолетове і γ-випромінювання) тощо[7].
Білок р53 є продуктом гена-супресора пухлини TP53 і експресується у всіх клітинах організму. Попри конститутивний характер експресії за нормальних умов він міститься у цитоплазмі в дуже низькій концентрації у зв'язку із нестабільністю. Найважливішою причиною такої нестабільності є взаємодія p53 із Mdm2 (людський білок зазвичай називають HDM2[5]). Останній діє як убіквітин-лігаза і скеровує p53 на протеасомну деградацію[2].
При появі пошкоджень ДНК відбувається активація двох споріднених протеїнкіназ — ATM (англ. ataxia telangiectasia mutated) і ATR (англ. ATM-related), серед субстратів цих білків є так звані чекпойнт кінази Chk1 і Chk2. Останні здійснюють фосфорилювання великої кількості білків, серед яких і p53, що в результаті призводить до зупинки клітинного циклу. Фосфорильована форма p53 втрачає спорідненість із Mdm2, внаслідок чого стає значно більш стабільною і накопичується у клітині. Одночасно зростає здатність p53 стимулювати транскрипцію генів, що містять у регуляторній області нуклеотидну послідовність p53-response element (ділянка ДНК, з яким зв'язується білок р53)[2]. Відомо кілька десятків[5] таких генів, до яких зокрема належить інгібітор циклін-залежних кіназ (CKI) p21. Цей білок приєднується до комплексів G1/S-Cdk і S-Cdk та пригнічує їхню активність, допомагаючи зупинити проходження клітинного циклу[2][3]. Таким чином, р53 — фактор, який запускає транскрипцію групи генів і який активується при нагромадженні пошкоджень ДНК. Результатом активації р53 є зупинка клітинного циклу і реплікації ДНК, при сильному стресовому сигналі — запуск апоптозу.
До безпосередніх мішеней p53 експресію яких він активує належить також Mdm2. Таким чином формується негативний зворотний зв'язок: накопичення p53 призводить до збільшення рівня Mdm2, який у свою чергу пригнічує p53 не допускаючи його недоречної або надмірної активації. Mdm2 є не негативним регулятором p53, таку ж функцію виконує MDMX (також відомий як MDM4). Він хоч і не є убіквітин лігазою, але може пригнічувати активність p53 і сприяти його убіквітинуванню MDM2. У деяких типах ракових клітин спостерігається підвищена експресія MDM2 або/і MDMX[5].
У людських клітинах p53 задіяний у механізмах так званого реплікативного старіння — явища, яке полягає у тому, що клітини можуть ділитись тільки обмежену кількість раз (наприклад, 25—50 разів для фібробластів) через вкорочення теломер із кожним циклом реплікації ДНК. Коли довжина теломер сягає певної критичного мінімального значення, у клітині активується сигнальний шлях p53 відповіді на пошкодження ДНК[8].
Сигнальний шлях p53 може активуватись не тільки у разі пошкодження ДНК, а й захищати організм від інших загрозливих подій у клітині, наприклад анормальної мітогенної стимуляції. Так зокрема для клітин, що надекспресують онкогени Ras або Myc, не характерна надмірна проліферація, навпаки — у них зупиняється клітинний цикл і запускається апоптоз. Це пов'язано із білком Arf, що активується у таких випадках, він зв'язується із Mdm2 та пригнічує його, дозволяючи таким чином накопичення p53[8].
Окрім того, що p53 активує транскрипцію багатьох генів, було виявлено й інші механізми його функціонування. Зокрема, він може діяти як транскрипційний репресор, а також безпосередньо взаємодіяти у цитоплазмі із білками родини Bcl-2, роблячи прямий внесок у запуск внутрішнього шляху апоптозу[5].
Проапоптична дія p53
У випадку, коли ушкодження ДНК не можуть бути репаровані, накопичення p53 призводить до активації транскрипції генів проапоптичних білків родини Bcl-2, що містять тільки BH3 домен, Puma (англ. p53 upregulated modulator of apoptosis) і Noxa. Вони забезпечують запуск внутрішнього (мітохондріального) шляху апоптозу[9]. Окрім цього p53 може приєднуватись до антиапоптичних білків родини Bcl-2 на поверхні мітохондрій та інгібувати їх. Таким чином знешкоджуються клітин, що могли б в іншому випадку стати раковими[10][3].
p53 у ракових клітинах
Близько 50 % типів ракових клітин містять мутантний ген TP53. Внаслідок цього ушкодження ДНК в них не призводить до зупинки клітинного циклу та апоптозу. Таким чином вони можуть накопичувати мутації і ставати ще більш злоякісними, а також і уникати реплікативного старіння. Окрім цього багато протиракових препаратів і радіотерапія діють шляхом активації p53-залежного апоптозу, а отже мутантні по його гену клітини одночасно і резистентніші до таких типів терапії[11].
Спадкове захворювання синдром Лі-Фраумені виникає внаслідок наявності однієї мутантної копії TP53 у генотипі особи, і проявляється у виникненні різних типів раку в перші 20 років життя внаслідок мутацій, що інактивують нормальну копію гену p53[12].
Через свою унікальну роль у запобіганні виникнення раку p53 є мішенню для деяких онкогенних вірусів. Наприклад геном папіломавірусів кодує білок E6, що зв'язується зі p53 і сприяє його деградації. Білки із схожими функціями наявні і в багатьох інших онковірусів[13]. Мтуації у p53 можуть специфічно викликати і інші агенти, наприклад поліциклічні арени із тютюнового диму зв'язуються із конкретною ділянкою гену TP53 і викликають заміну залишку тиміну на залишок гуаніну[14]. Ультрафіолетове випромінювання призводить до мутації p53 у ракових клітинах шкіри. У деяких випадках зміни навіть в одній копії цього гену достатньо для інактивації білка, оскільки p53 функціонує як тетрамер, наявність в якому навіть одного мутантного ланцюга може призвести до некоректного поводження[12].
p53 і терапія раку
Враховуючи центральну роль p53 у розвитку ракових захворювань, він може бути вигідною мішенню для терапії. Перші зусилля в цьому напрямку були зосереджені в основному на генній терапії. Перші успішні клінічні дослідження цього підходу були здійснені у 1996 році компанією Introgen Therapeutics, проте впровадження такого методу в клініку затрималось. Тільки 2004 році доставка гену TP53 за допомогою аденовірусного вектора була схвалена в Китаї для лікування раку шиї та голови, це був перший випадок, коли генна терапія була схвалена до використання як рутинна процедура в клініці[5].
Інший підхід генної терапії, що базується на використанні p53 шляху, був розроблений групою Мак-Корміка. Вони також використовували аденовірус, проте він не здійснював трансдукції TP53, а був дефектний по гену білка E1B 55 кДа, що зв'язується із p53 та інактивує його. Таким чином цей вірус може нормально розмножуватись у ракових клітинах, що не мають функціонального p53, але не в здорових, які його мають. Терапія базована на такому ж принципі була схвалена до використання у Китаї[5].
Ще однією можливою стратегією терапії раку є використання низькомолекулярних сполук, що відновлюють активність p53. Частина із цих речовин зв'язуються із мутантним білком в трансформованих клітинах і змінюють його конформацію, повертаючи йому властивості дикого типу. Прикладом сполук такого типу є PRIMA1. Для лікування пацієнтів, у яких p53 не є мутованим, можна використовувати інший тип препаратів, а саме такі, що порушують взаємодію між p53 і MDM2, таким чином збільшуючи активність першого. Найбільш ефективною в цьому розмінні виявилась група речовин Нутліни (англ. Nutlins) розроблена дослідниками компанії Hoffmann-La Roche. Нутліни приєднуються до p53-зв'язуючої кишеньки MDM2, таким чином перешкоджаючи взаємодії цих двох білків. Використання цих сполук дозволяє зменшити розміри пухлин у піддослідних тварин. Інший низькомолекулярний активатор p53 - RITA - взаємодіє із самим p53, блокуючи його взаємодію із MDM2. Також розроблені препарати, що пригнічують функцію MDMX. Перелічені сполуки наразі не використовуються у клініці, проте широко застосовуються як інструменти в ракових дослідженнях[5].
Історія відкриття та дослідження
Білок p53 був вперше відкритий відразу кількома групами 1979 року. Зокрема Девід Лейн та Лайонел Кроуфорд досліджували індуктори злоякісної трансформації клітин вірусу SV40. У цього вірусу є два білки із такою функцією, вони були названі великим і малим T-антигенами. Лейн і Кроуфорд помітили, що при використанні сироватки із тварин з пухлинами індукованими SV40 для імунопреципітації великого T-антигену разом із останнім осаджувався і невірусний білок із молекулярною масою 53 кДа. Подальші дослідження показали, що цей білок фізично взаємодіяв із великим T-антигеном. В той же час схожі спостереження зробили Деніел Лінцер та Арнольд Левайн із Пристонського університету, а також П'єр Мей із Франції, Роберт Керролл із США та Алан Сміт із Великої Британії[5].
Ліцнер та Левайн також помітили, що сироватка, яку вони використовували, мала здатність осаджувати той же білок із масою 53 кДа із тератокарцином — пухлин ембріонального походження не викликаних вірусом SV40. В той же час група Олда Ллойда з'ясувала, що при імунізації тварин невірусно трансформованими клітинами в них утворювались антитіла до цього білка. Варда Роттер продемонструвала, що надлишок білка масою 53 утворюється в клітинах інфікованих онкогенним ретровірусом — вірусом лейкемії мишей Абельсона. Таким чином стало зрозуміло, що він наявний у великих кількостях у злоякісно трансформованих клітинах різного походження, але його зовсім чи майже не можливо виявити у здорових клітинах[5].
Більшість лабораторій, що займались вивченням p53 на перших етапах, дали йому кожна іншу назву, що призвело плутанини в науковій літературі. Тільки у 1983 році на Першому міжнародному симпозіумі присвяченому p53, що проводився в Окстеді, вченим вдалось погодитись на варіанті p53. Така назва і закріпилась за білком, попри те, що згодом стало відомо, що вона є не зовсім коректною[5].
З'ясування ролі p53 у розвитку пухлин
Перші дослідження p53 явно свідчили про його роль як онкогену: такі віруси як SV40 та аденовірус виробляють білки, які зв'язуються із ним і призводять до його накопичення, високі рівні цього білка були виявлені в ракових, але не нормальних клітинах. Проте, щоб остаточно довести, що p53 є онкобілком, потрібно було клонувати його ген і перевірити як його надекспресія впливатиме на клітини. 1983 року відразу кільком групам вдалось клонувати людський і мишачий гени p53, для цього в першу чергу використовували ракові клітини, в яких було найбільше продукту цього гену. Наступні спроби трансфікувати різні клітини отриманою кДНК виправдали очікування. У лабораторіях Дженкінса, Орена, Роттер та Вайнеберга було встановлено, що при надекспресії p53 він може призводити до імморталізації клітин, а разом із вже відомими онкогенними білками, такими як HRAS, викликати злоякісне переродження. Також було показано, що внаслідок надекспресії p53, зростала здатність ракових клітин утворювати пухлини in vivo[5].
Проте відразу ж з'явились деякі експериментальні дані, що суперечили припущенню про те, що p53 є онкобілком. Зокрема в кількох лабораторіях було встановлено, що багато вірусів, які викликають лейкемію, «вимикають» ген p53, група Роттер встановила, що в пухлинній лінії лейкемії людини HL60 TP53 майже повністю делетований. Нарешті 1989 року в лабораторії Лейвана отримали новий клон кДНК p53, на відміну від інших він не міг трансформувати клітин. Суперечливість експериментальних даних вдалось пояснити після секвенування використаних клонів і порівняння їх нуклеотидних послідовностей із послідовністю гену дикого типу. Так стало зрозуміло, що в більшості ракових клітин, з яких і клонувався TP53 або Trp53, в ньому відбуваються мутації, і саме такі мутантні версії можуть сприяти злоякісному переродженню, тоді як продукт нормального гену є навпаки супресором пухлин[5].
В наступні роки було здобуто багато підтверджень того, що p53 є супресором пухлин. Так було показано спочатку на прикладі раку товстої кишки, а потім і на інших видах раку, що в злоякісно трансформованих клітинах дуже часто функція p53 втрачається внаслідок мутацій, делецій або комбінації обидвох. Також з'ясувалось, що алель дикого типу може пригнічувати злоякісне переродження клітин у культурі, викликане потужними онкогенами HRAS та MYC. Згодом встановлено, що людський синдром Лі-Фраумені викликається мутаціями у гені TP53, і були отримані миші із нокаутом Trp53, що мали підвищену схильність до розвитку ракових пухлин, особливо лімфом. Також вдалось пояснити, чому деякі онковіруси збільшують концентрацію p53 в клітині. Генетична інформація як SV40 так і аденовірусу представлена у формі ДНК, щоб її реплікувати вони намагаються запустити S-фазу клітинного циклу, під час якої зможуть використовувати клітинні ферменти і субстрати для копіювання власної ДНК. Проте сигнальні шляхи, пов'язані із p53 можуть розпізнати таку невчасну S-фазу та індукувати апоптоз. Тому віруси також виробляють білки, такі як великий T-антиген SV40 і E1B аденовірусу, які зв'язуються із p53 і призводять до його накопичення в неактивній формі. Інші віруси, такі як папіломавірус людини використовують інші стратегії пригнічення p53[5].
Примітки
- ↑ Alberts et al, 2007, с. 423.
- ↑ а б в г Alberts et al, 2007, с. 1105.
- ↑ а б в Hardin et al, 2011, с. 588.
- ↑ Alberts et al, 2007, с. 424.
- ↑ а б в г д е ж и к л м н п р Levine AJ, Oren M (2009). The first 30 years of p53: growing ever more complex. Nat Rev Cancer. 9: 749—58. doi:10.1038/nrc2723. PMID 19776744. Архів оригіналу за 27 травня 2016. Процитовано 29 жовтня 2012.
- ↑ Alberts et al, 2007, с. 418.
- ↑ Alberts et al, 2007, с. 1246.
- ↑ а б Alberts et al, 2007, с. 1107.
- ↑ Alberts et al, 2007, с. 1123.
- ↑ Alberts et al, 2007, с. 1147.
- ↑ Alberts et al, 2007, с. 1127.
- ↑ а б Hardin et al, 2011, с. 779.
- ↑ Alberts et al, 2007, с. 1250.
- ↑ Hardin et al, 2011, с. 768.
Джерела
- Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2007). Molecular Biology of the Cell (вид. 5th). Garland Science. ISBN 978-0-8153-4105-5. Архів оригіналу за 22 липня 2011. Процитовано 26 жовтня 2012.
- Hardin J, Bertoni G, Kleinsmith LJ (2011). Becker’s world of the cell (вид. 8th). Benjamin Cummings. ISBN 0-321-71602-7.
Посилання
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4a/Commons-logo.svg/30px-Commons-logo.svg.png)
- Web Focus on p53 — 30 years on (eng) . Nature Reviews Cancer. 2009. Архів оригіналу за 25 червня 2013. Процитовано 30 жовтня 2012.
- The p53 Family (eng) . Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2010. Архів оригіналу за 25 червня 2013. Процитовано 30 жовтня 2012.
|