Dr. Ιάκωβος Θεοδοσίου MD. DipU

Ιατρός Διαιτολόγος

καρκίνος & διατροφή

διαιτολογική μεταβολική προσέγγιση
στην θεραπεία του καρκίνου

Menu

πρωτεΐνη p53 – γονίδιο TP53

Το γονίδιο καταστολής του όγκου TP53 ή το προϊόν του γονιδίου είναι ένας κοινός κυτταρικός στόχος στην ανθρώπινη καρκινογένεση που προκαλείται από φυσικούς παράγοντες, χημικούς καρκινογόνους παράγοντες ή ιούς όγκου.

Το προϊόν του γονιδίου p53 είναι μια πυρηνική φωσφοπρωτεΐνη 393 αμινοξέων γνωστή επίσης ως πρωτεΐνη 53 (p53) ή πρωτεΐνη όγκου 53.
Ανακαλύφθηκε αρχικά το 1979 ως κυτταρική πρωτεΐνη η οποία δεσμεύτηκε με ιική ογκοπρωτεΐνη σε κύτταρα μετασχηματισμένα με ιό πιθήκου 40 (SV40).

Η πρωτεΐνη p53 είναι ένας μεταγραφικός παράγοντας, μια πρωτεΐνη δέσμευσης DNA  που βρίσκεται σε πολύ μικρές ποσότητες σε φυσιολογικά κύτταρα. που εντοπίζονται στον πυρήνα, αλλά μεγαλύτερες ποσότητες ρ53 (5-100 φορές) θα μπορούσαν να ανιχνευθούν σε μετασχηματισμένα κύτταρα σε καλλιέργεια και σε καρκινικά κύτταρα.

Θεωρείται ως θεματοφύλακας του γονιδιώματος και πύλη ελέγχου πολλαπλασιασμού του κυττάρου. Η p53 ασκεί την κατασταλτική δράση κατά των όγκων, μειώνοντας τα γονίδια που διέπουν τον πολλαπλασιασμό και τη ρύθμιση των γονιδίων που εμπλέκονται στην ανάπτυξης.

Ως καταστολέας όγκου, η p53 είναι απαραίτητη για την πρόληψη ακατάλληλου κυτταρικού πολλαπλασιασμού και για τη διατήρηση της γονιδιωματικής ακεραιότητας μετά από γονιδιακό στρες.
Μετά από διάφορα ενδοκυτταρικά και εξωκυτταρικά ερεθίσματα όπως βλάβη του DNA (μέσω ιονίζουσας ακτινοβολίας, υπεριώδους ακτινοβολίας, εφαρμογής κυτταροτοξικών φαρμάκων ή χημειοθεραπευτικών παραγόντων και μολυσματικών ιών), θερμικού σοκ, υποξίας και υπερέκφρασης ογκογονιδίων ενεργοποιείται η άγριου τύπου p53 και παίζει κεντρικό ρόλο στην ενεργοποίηση ποικίλων βιολογικών αποκρίσεων, τόσο στο επίπεδο ενός μόνο κυττάρου όσο και σε ολόκληρο τον οργανισμό.

Η ενεργοποίηση του γονιδίου p53 περιλαμβάνει τρία βασικά βήματα

1. Σταθεροποίηση της p53

Η πρωτεΐνη p53 παίζει ένα κεντρικό ρόλο εντός του κυττάρου και για αυτό το λόγο υποβάλλεται σε ένα στενό και πλήρως ενορχηστρωμένο έλεγχο. Σε φυσιολογικά κύτταρα, η συγκέντρωση της πρωτεΐνης p53 παραμένει σε χαμηλά επίπεδα μέσω ενός μηχανισμού αυτορύθμισης, κατά τον οποίο η  p53 ενεργοποιεί τη μεταγραφή του πρωτο-ογκογονιδίου Mdm2.
Η ενεργοποίηση αυτή βασίζεται στην πρόσδεση της p53  στην περιοχή πρόσδεσης του Mdm2 με αποτέλεσμα την έκφραση της πρωτεΐνης Μdm2.

H Μdm2 έχει αναδειχθεί ως ο κύριος κυτταρικός ανταγωνιστής της p53,   περιορίζοντας τη ογκοκατασταλτική λειτουργία της. Η πρωτεΐνη Mdm2 προσδένεται στο αμινοτελικό άκρο της  p53 (σύμπλοκο πρωτεϊνών Μdm2-p53), με αποτέλεσμα την καταστολή της δράσηςτης p53  ως μεταγραφικού παράγοντα και τη μεταφορά της από τον πυρήνα προς το κυτταρόπλασμα για αποικοδόμηση.

Επιπλέον, η πρωτεΐνη Mdm2, έχοντας δράση όμοια με τη λιγάση Ε3 της ουβικουϊτίνης επηρεάζει τη σταθερότητα της p53  με το να επιτρέπει την άμεση σύνδεση των ενζύμων ουβικουιτινυλίωσης με αποτέλεσμα τη μονο- ή πολυ-ουβικουιτινυλίωση της p53.

Ένας άλλος σημαντικός αρνητικός ρυθμιστής της p53 είναι η Mdmx ένα ομόλογο της Mdm2, που αλληλεπιδρά με την p53 μέσω του εξαιρετικά διατηρημένου αμινοτελικού άκρου του παρεμβαίνοντας στη μεταγραφή της p53.
Η Mdm2  σχηματίζει με τον εταίροτης Mdmx ομοδιμερή ή ετεροδιμερή μέσω της διατηρημένης λειτουργίας των καρβοξυτελικών περιοχών τους.
Μολονότι, η Mdmx είναι δομικά παρόμοια με την Mdm2, δεν έχει σημαντική δραστικότητα λιγάσης Ε3 αλλά απαιτείται για τη σωστή ρύθμιση της p53, τόσο σε παρουσία όσο και σε απουσία στρες.
Πιστεύεται ότι η  mdmx  ρυθμίζειτηδραστικότητα της  Mdm2  όταν συνεργάζεται μαζί της σταθεροποιώντας το ετεροδιμερές της Mdm2 που με τη σειρά του μετατοπίζει επιλεκτικά την ουβικουιτινυλίωση από τη Mdm2 προς την p53.

Η σταθεροποίηση του p53 επίσης συμβαίνει σε απάντηση ογκογόνων ερεθισμάτων στο κύτταρο, αν και η απάντηση αυτή γίνεται κυρίως μέσω του ανταγωνισμού της αλληλεπίδρασης p53-Mdm2 με τον καταστολέα p14ARF (Alternate Reading Frame).

2. Αλληλουχία ειδικών DNA δεσμεύσεων

Μετά τη σταθεροποίησή του, το p53 συνδέεται με το DNA σε έναν ειδικό τρόπο. Ο τομέας δέσμευσης DNA της πρωτεΐνης p53 είναι ένα “καυτό σημείο” για μετάλλαξη, καθώς η πλειοψηφία των μεταλλάξεων που σχετίζονται με τον όγκο στο p53 συμβαίνουν εντός αυτής της περιοχής.

3. Μεταγραφική ενεργοποίηση

Η p53 προάγει τη μεταγραφική ενεργοποίηση ή καταστολή των γονιδίων στόχων μέσω αλληλεπίδρασης με γενικούς μεταγραφικούς παράγοντες όπως ο TFIID (Transcription Factor II D).
Τα γονίδια που ενεργοποιούνται από την ανεξέλεγκτου τύπου (wild type) p53 είναι λειτουργικά διαφορετικά και αποτελούν καθοδικούς τελεστές οδών σηματοδότησης που προκαλούν ποικίλες δράσεις, όπως σημεία ελέγχου κύκλου κυττάρου, επιβίωση κυττάρων, απόπτωση και γήρανση.

Αυτά τα γονίδια περιλαμβάνουν γονίδια που εμπλέκονται στην διακοπή του κυτταρικού κύκλου, επιδιόρθωση DNA, απόπτωση και γονίδια που σχετίζονται με τη γήρανση όπως p21/Cip1 (Cyclin  dependent  kinase interacting  protein 1), Gadd45 (growth  arrest and  DNA-damageinducible protein 45) και γονίδια της οικογένειας Bcl-2. Η ενεργοποίηση της p53 βασικά εξαρτάται από τον τύπο κυττάρων, το περιβάλλον και τη φύση του stress.

p53 is a nuclear transcription factor with a pro-apoptotic function. Since over 50% of human cancers carry loss of function mutations in p53 gene, p53 has been considered to be one of the classical type tumor suppressors. Mutant p53 acts as the dominant-negative inhibitor toward wild-type p53. Indeed, mutant p53 has an oncogenic potential. In some cases, malignant cancer cells bearing p53 mutations display a chemo-resistant phenotype.​

Ozaki T1, Nakagawara A.
(doi: 10.3390/cancers3010994.)

Ως απάντηση σε παρατεταμένες ή σοβαρές εντάσεις πιέσεων, η p53 οδηγεί σε μη αναστρέψιμη απόπτωση ή γήρανση. Η ενεργοποίηση της p53 προκαλεί την έναρξη μεταγραφής τόσο των εξωγενών όσο και των εγγενών μονοπατιών θανάτου, συμπεριλαμβανομένων των BAX, FAS, NOXA και PUMA.

Πολλές πρωτεΐνες στόχοι p53 λειτουργούν για να αναστέλλουν την απόπτωση συμπεριλαμβανομένης της p21, υποδοχείς θανάτου όπως DcR1 και DcR2, ο παράγοντας μεταγραφής SLUG (που καταστέλλει την έκφραση του PUMA) και διάφορους ενεργοποιητές των οδών επιβίωσης AKT/PKB (protein  kinase  B). Σε μερικές περιπτώσεις, η p53 ανταποκρίνεται σε ισχυρό στρες προκαλώντας κυτταρική γήρανση μέσω μεταγραφικής ενεργοποίησης γονιδίων-στόχων όπως τα p21, ΡΑΙ1 και ΡΜl.

Υπό συνθήκες χαμηλότερων επιπέδων stress , όταν είναι δυνατή η αποκατάσταση, η p53 προκαλεί ανακοπή κυτταρικού κύκλου και επισκευή DNA για να επιτρέψει στα κύτταρα να διακόψουν και να επανορθώσουν τυχόν βλάβες, περιορίζοντας έτσι τη διάδοση των ογκογόνων μεταλλάξεων. Ένας άλλος προστατευτικός μηχανισμός προ-επιβίωσης είναι η ικανότητα της p53 να ρυθμίζει την έκφραση των αντιοξειδωτικών γονιδίων, όπως οι  SESN1 και SESN2, GPX1 και TIGAR οι οποίες καταστέλλουν τη συσσώρευση αντιδραστικών ειδών οξυγόνου διατηρώντας έτσι την γονιδιωματική ακεραιότητα

p53 - apoptosis
click to enlarge

Το p53 μπορεί επίσης να περιορίσει την ογκογένεση μέσω της αυτοφαγίας ή της «αυτο-κατανάλωσης», που μπορεί να προκαλέσει κυτταρικό θάνατο μέσω της ενεργοποίησης γονιδίων όπως τα ΑΜΡΚ, DRAM , SESN1 και SESN2.

Το p53 μπορεί επίσης να ασκεί μη κυτταρικές αυτόνομες επιδράσεις οι οποίες είναι καθοριστικές για την καταστολή του όγκου, την ικανότητα να παρεμποδίζει την αγγειογένεση μέσω της επαγωγής γονιδιακών προϊόντων όπως η thrombospondin-1 (TSP-1) και την αναστολή της ανάπτυξης και της μετάστασης του όγκου με διέγερση της σηματοδότησης από το διαμέρισμα των ινοβλαστών.

Το σημείο ελέγχου G1/S εμποδίζει την έναρξη της αντιγραφής του DNA σε κύτταρα που έχει καταστραφεί το DNA.

Η έκφραση της p53 μετά από βλάβη του DNA, αναστέλλει τα κύτταρα στη μετάβαση G1/S.

Η πρόοδος του κυτταρικού κύκλου οδηγείται από γεγονότα φωσφορυλίωσης που μεσολαβούν από σύμπλοκα Cyclin/CDK.

click to enlarge

Τα σύμπλοκα Cyclin D/CDK4, Cyclin Ε/CDΚ2 και Cyclin Α/CDK2 φωσφορυλιώνουν διαδοχικά τον καταστολέα όγκου pRb και τα μέλη της οικογένειάς του με αποτέλεσμα την απελευθέρωση της οικογένειας παραγόντων μεταγραφής E2F και τη μετενεργοποίηση των γονιδίων που εμπλέκονται στην αντιγραφή του DNA.

Αυτά τα συμπλέγματα Cyclin/CDK είναι έτσι οι κύριοι στόχοι των τελεστών του σημείου ελέγχου G1/S.

click to enlarge
Μετά τη βλάβη του DNA, η p53 επάγει την έκφραση του αναστολέα CDK p21.
 
Η p21 μόλις επάγεται, εντοπίζεται στον πυρήνα σε κύτταρα άγριου τύπου p53 που υποβάλλονται σε αναστολή G1, αλλά όχι σε κύτταρα που εκφράζουν μεταλλαγμένο p53.
 

Οι ινοβλάστες εμβρύου ποντικού που προέρχονται από ποντικούς με έλλειψη p21 έχουν μειωμένη έλεγχο στάσης (check-point) G1 που προκαλείται από την βλάβη στο DNA.

 

Το κρίσιμο σύμπλεγμα Cyclin B1/CDC2 είναι ο κύριος στόχος του σημείου ελέγχου G2 και περιλαμβάνει την ενεργοποίηση της μεταλλαγμένης πρωτεΐνης ΑΤΜ (Ataxia telangiectasia mutated protein) και ATR (Ataxia telangiectasia and Rad3-related protein) και υποστρωμάτων τους Chk1 και Chk2 (Checkpoint kinase 1 and 2).

 

Η p53 εμπλέκεται στη διατήρηση παρά στην έναρξη της G2 παύσης. Αρκετά γονίδια-στόχοι p53 δείχνουν ότι παίζουν ένα ρόλο στη συγκράτηση G2 που προκαλείται από p53.
H Cdc25C, η φωσφατάση που προάγει τη μίτωση αναστέλλεται μετά από βλάβη του DNA μέσω φωσφορυλίωσης στο Ser216 από Chk1, Chk2 και άλλες κινάσες. Αυτή η τροποποίηση δημιουργεί μια θέση πρόσδεσης για την ρυθμιστική πρωτεΐνη 14-3-3δ και αυτή η σύνδεση δεσμεύει το Cdc25C στο κυτταρόπλασμα και / ή αναστέλλει τη δράση της φωσφατάσης. Το Cdc25C έχει αποδειχθεί ότι είναι στόχος καταστολής από το p53 μετά από βλάβη του DNA.

(Εικόνα 3).

Επιπλέον, μια συγκεκριμένη ισομορφία 14-3-3δ, 14-3-3s, είναι επίσης ένα γονίδιο στόχος p53 και αυξάνεται μετά από βλάβη του DNA. Το 14-3-3s εμποδίζει τον σωστό πυρηνικό εντοπισμό της cyclin Β1/CDC2 μετά από βλάβη του DNA. Αν και έχει προταθεί ότι η p21 είναι ένας φτωχός αναστολέας της CDC2 in vitro σε σύγκριση με άλλες εξαρτώμενες από κυκλίνη κινάσες, η p21 εμπλέκεται επίσης στην παρατεταμένη διακοπή της G2, μέσω της αναστολής της δραστηριότητας συμπλόκου cyclin Β1/CDC2.

Ένα άλλο γονίδιο στόχου p53 που εμπλέκεται στη αναστολή G2 είναι το GADD45. Το GADD45 αλληλεπιδρά επίσης με το CDC2 και αναστέλλει τη δραστικότητα κινάσης του, προφανώς προκαλώντας διάσπαση του συμπλόκου cyclin Β1/CDC2. Περαιτέρω, επαγωγή του GADD45 έχει σαν αποτέλεσμα διακοπή της G2 που σχετίζεται με αυξημένη κυτταροπλασματική κυκλίνη Β1. Αξιοσημείωτο είναι ότι η πρόκληση της διακοπής της G2 από το GADD45 απαιτεί την παρουσία άγριου τύπου p53 και εξαρτάται από τον τύπο της βλάβης του DNA.

Οι λειτουργίες της ρ53 συνοψίζονται στον Πίνακα 1.

Η ειδική αλληλουχία δέσμευσης DNA του p53 είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη μετενεργοποίηση των γονιδίων στόχων. Τυπικά, τα στοιχεία απάντησης της p53 (p53REs) εντοπίζονται εντός μερικών χιλιάδων νουκλεοτιδίων ανοδικά ή καθοδικά από την θέση έναρξης της μεταγραφής. Συχνά, οι στόχοι ρ53 περιέχουν τουλάχιστον δύο ευρέως διατιθέμενα p53REs. Ωστόσο, δεν είναι όλα τα γονίδια-στόχοι ανταποκρίνονται εξίσου στην p53, υποδηλώνοντας πρόσθετα επίπεδα ρύθμισης. Η αλληλεπίδραση μεταξύ της ρ53 και των αλληλουχιών του στοχευόμενου DNA επηρεάζεται έντονα από το κυτταρικό πλαίσιο.

Μια πληθώρα πρωτεϊνών εταίρων έχουν εμπλακεί στη ρύθμιση της επιλογής των στόχων p53. Ορισμένες από αυτές τις πρωτεΐνες είναι οι ίδιοι οι παράγοντες μεταγραφής, οι οποίοι πιθανώς δεσμεύονται σε θέσεις προαγωγού γειτονικές με το p53REs για την επιλεκτική απάντησης από τα επιλεγμένα γονίδια. Άλλοι επηρεάζουν την ικανότητα της ίδιας της p53 να δεσμεύεται κατά προτίμηση σε συγκεκριμένες αλληλουχίες στόχου DΝΑ και όχι σε άλλους. Το κυτταρικό περιβάλλον καθώς και η σχετική αφθονία αυτών των πιθανών εταίρων υπό διαφορετικές συνθήκες θα μπορούσαν προφανώς να ανατρέψουν την ισορροπία ζωής ή θανάτου της δραστηριότητας p53.

(Εικόνα 4).

Επιπρόσθετα μεταγραφικά προγράμματα που ελέγχονται από τη p53 στη ρύθμιση των μεταβολικών οδών είναι γνωστά. Για παράδειγμα, η ρύθμιση της πρόσληψης γλυκόζης, η ενίσχυση της μιτοχονδριακής αναπνοής, η αναστολή της γλυκόλυσης (μέσω του TIGAR) και η προώθηση της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης (μέσω της SCO2) για την προστασία των κυττάρων από τον μεταβολικό επαναπρογραμματισμό, σημαντικά σε κακοήθη μετασχηματισμό.

Μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις της ρ53

https://www.omicsonline.org/open-access/tumour-biology-p53-gene-mechanisms-2155-9899-1000344.pdf
https://www.omicsonline.org/open-access/tumour-biology-p53-gene-mechanisms-2155-9899-1000344.php?aid=59409
https://www.mdpi.com/2218-1989/7/2/21