Восстановление функций белка р53 как один из способов лечения рака.

Белок p53, названный биологами стражем генома, регулирует деление клеток. Его запуск связан с различными деформациями и повреждениями в геноме клетки, которые впоследствии могут привести к образованию опухолей при ее делении.

Запуск данного белка контролирует размножение клетки и в случае повреждения ее ДНК не дает ей делиться и, более того, запускает апоптоз, который обеспечивает уничтожение дефективной клетки с поврежденным геномом. В то же время, мутации в самом p53 приводят к нарушению его функций, из-за чего он также может вызвать возникновение раковых опухолей. Однако функции данного белка до конца не изучены, а последние эксперименты показали, что он не только отвечает за уничтожение «больных» клеток, но и регулирует деятельность здоровых, что говорит о его влиянии не только на здоровье человека, но и на его долголетие.

Белок p53 в человеческом организме

В организме человека присутствуют два аллеля этого белка: R72, содержащий на семьдесят втором месте аминокислоту аргинин, и P72, содержащий на том же месте пролин. Различие в данных белках обусловлено вариациями нуклеотида TP-53, кодирующего формулу данного белкового соединения, и влияет на активность p53 в человеческом организме. Так, белок R72 лучше связывается с ДНК и сильнее регулирует генетическую транскрипцию, в то время как P72 является более слабым аллелем. У людей с белком P72 чаще обнаруживают рак ввиду того, что белок менее активен, однако, именно его чаще обнаруживают у долгожителей. Неясно, действительно ли более слабый аллель белка p53 является частично причиной более частых случаев возникновения новообразований у людей с белком P72, но определенные закономерности дают возможность предполагать, что как образование раковых опухолей, так и долголетие связаны именно с ним.

Предыдущие эксперименты и выводы о работе белка p53

Множество доказательств двойственной функции данного белка собраны во время экспериментов с мышами. Так, в одном из опытов ученые сделали p53, обычно активируемый по сигналу организма, активным постоянно, что увеличило здоровье лабораторных мышей и уменьшило процент возникновения у них раковых опухолей, однако, в то же время вызвало их ускоренное старение. Еще один эксперимент был связан с попыткой добавить в геном мышей дополнительную копию гена TP53, который отвечает за кодировку белка p53. В этом случае мыши не болели раком и при этом не старели, но эксперимент не воспроизводит реальность.

Результаты недавних экспериментов с человеческим белком

Для новой серии экспериментов были выведены особый вид мышей — hupki, особенность которых заключается в наличии у них человеческого гена TP53 вместо мышиного, что позволяет более точно установить функции и возможности каждого из аллелей. Мышей разделили на две группы по тому, какого аллеля белок вырабатывался в их телах, а для чистоты эксперимента подопытные мыши были скрещены с лабораторными. Потомство соответственно приобрело человеческий ген TP53, кодирующий образование в организме человеческого белка p53 в виде более слабого аллеля P72 и аллеля R72, который более сильный. Выживаемость этих мышей и признаки их старения изучались учеными на протяжении периода длиной в два года.

В результате данных экспериментов отмечено, что мыши с аллелем P72, как и ожидалось, демонстрировали более частое образование злокачественных новообразований и более высокую смертность по этой причине. Однако в то же время по другим показателям они превзошли мышей с аллелем R72. Так, отмечено, что в среднем продолжительность их жизни была больше, чем у мышей с более сильным аллелем данного белка, а смертность из-за других причин, не связанных с возникновением атипичных клеток, была ниже, в свою очередь выживаемость среди мышей в возрасте полутора лет и выше была, напротив, более высокой.

Во время проведения экспериментов было доказано, что организм мышей с аллелем P72 стареет медленнее. Среди показателей старения, изученных учеными, были искривление шейного лордоза, состояние костной ткани и ее плотность, состояние кожи и ПЖК (подкожно-жировой клетчатки), скорость регенерации организма, а также число стволовых клеток. Было замечено, что угол искривления позвоночника у подопытных особей с аллелем P72 в возрасте полутора лет приближен к его показателю для грызунов в возрасте полугода, в то время как мыши с аллелем R72 демонстрируют сильную деформацию шейного отдела позвоночника. Томограмма черепа мышей с этими двумя аллелями белков также выявила гораздо меньшее количество возрастных изменений у особей с аллелем P72. Возрастное истончение кожи и подкожного жирового слоя у них также происходило медленнее в сравнении с особями с белком R72. Кроме того, мыши с более слабым аллелем данного белкового соединения демонстрируют более высокую способность к заживлению ран в преклонном возрасте. Количество стволовых клеток крови у мышей с более слабым аллелем P72 также снижалось менее резко, чем у мышей с белком R72.

Были проведены также эксперименты по проверке восстановительных способностей стволовых клеток мышей с аллелями R72 и P72 белка p53. В данном опыте исследователи облучали мышей, обладающих немодифицированным белком р53, убивая их стволовые клетки крови, и после подсаживали в их организм стволовые клетки мышей с человеческим вариантом белка р53 обоих аллелей. По результатам этого эксперимента были сделаны выводы, что стволовые клетки мышей с более сильным аллелем данного белка с возрастом теряют способность к восстановлению, в то время как у мышей с аллелем P72 стволовые клетки сохраняют свои свойства гораздо лучше.

Выводы о функциях белка p53 в организме

Как видно из экспериментов, хотя более сильный аллель белка р53 R72 действительно препятствует образованию атипичных клеток, провоцирующих возникновение злокачественных новообразований, блокируя деление дефективных клеток, в то же время он снижает способности клеток к регенерации. Его работа, обеспечивающая организм человека лучшим здоровьем в репродуктивный период, в то же время блокирует механизм долголетия благодаря быстрому снижению восстановительных способностей организма. В то же время аллель Р72, для которого характерны более слабые способности к связыванию с ДНК, хоть и не обеспечивает крепкую защиту от различных раковых новообразований в организме, в то же время поддерживает его способности к регенерации и возобновлению ресурсов организма. Можно сказать, что белок p53 выполняет двойственные функции и регулирует как злокачественные изменения организма, так и его восстановительные способности, и является одним из ключей к контролю заболеваемости раком среди человеческого населения. И даже само существования двух аллелей данного белка подчеркивает их необходимость в организме не только с точки зрения контроля белком р53 дефектных клеток и их уничтожения, но и с точки зрения других его функций, которые пока окончательно не изучены, однако, как видно из экспериментов, влияют на все процессы организма, поддерживая баланс восстановительных возможностей наряду с обеспечением достаточной продолжительности жизни.

TP53 и экспрессируется во всех клетках организма. При отсутствии поврежденийгенетического аппарата белок р53 находится в неактивном состоянии, а при появлении повреждений ДНК активируется. Активация состоит в приобретении способности связываться с ДНК и активировать транскрипцию генов, которые содержат в регуляторной области нуклеотидную последовательность, которая называется p53-response element (участок ДНК, с которым связывается белок р53). Таким образом, р53 - фактор, который запускает транскрипцию группы генов и который активируется при накоплении повреждений ДНК. Результатом активации р53 является остановка клеточного цикла и репликации ДНК ; при сильном стрессовом сигнале - запуск апоптоза .

Белок р53 активируется при повреждениях генетического аппарата, а также при стимулах, которые могут привести к подобным повреждениям, или являются сигналом о неблагоприятном состоянии клетки (стрессовом состоянии). Функция белка р53 состоит в удалении из пула реплицирующихся клеток тех клеток, которые являются потенциально онкогенными (отсюда образное название белка р53 - англ. guardian of the genome - хранитель генома). Данное представление подтверждается тем фактом, что потеря функции белка р53 может быть установлена в ~50 % случаев злокачественных опухолей человека. В регуляции активности белка р53 ведущая роль принадлежит посттрансляционным модификациям белка и его взаимодействиям с другими белками.

Активация белка р53

Активация белка р53 происходит в ответ на многочисленные стрессовые стимулы:

непосредственные повреждения ДНК (классический стимул);
повреждения аппарата сегрегации генетического материала (например, митотического веретена);
уменьшение концентрации свободных рибонуклеотидов ;
тепловой шок;
высокая концентрация NO (монооксида азота);

В быстро делящихся (пролиферирующих) клетках было обнаружено увеличение концентрации белка р53 по сравнению с делящимися медленно. Значение увеличения концентрации р53 в данном случае в том, что клетки, которые быстро реплицируют ДНК, более подвержены возникновению повреждений генетического аппарата, чем, например, неделящиеся клетки в фазе G 0 . Следовательно, увеличение концентрации р53 - это подготовка клетки для быстрой реакции на возможное возникновение повреждений ДНК . Очевидно, что для остановки клеточного цикла в условиях стимуляции пролиферации внеклеточными ростовыми факторами требуется более высокая концентрация р53, чем в условиях фазы G 0 . Вследствие строгого посттрансляционного контроля активации белка р53, высокая концентрация белка р53 сама по себе не ведёт к его активации.

Концентрация белка р53 увеличивается в результате снятия ингибирования

Названия белка

Клеточный опухолевый антиген p53
Опухолевый супрессор p53
Фосфопротеин p53
Антиген NY-CO-13

Ген белка p53

Локализация гена в геноме других организмов:

Мышь - хромосома 11
Крыса - хромосома 10
Собака - хромосома 5
Свинья - хромосома 12

Структура

Человеческий белок p53 состоит из 393 аминокислотных остатков и имеет 5 доменов :

N-концевой домен, активирующий транскрипцию (англ. transcription-activation domain ; TAD), аминокислоты 1-42
Богатый пролином домен, важный для апоптотической активности p53, аминокислоты 80-94
ДНК-связывающий домен («цинковый палец»), остатки 100-300
Домен, отвечающий за образование полимера белка (олигомеризацию), остатки 307-355. Тетрамеризация очень важна для активности p53 in vivo
C-концевой домен, задействованный в отсоединении ДНК-связывающего домена от ДНК , аминокислоты 356-393.

Активация белка р53

Активация белка р53 происходит в ответ на многочисленные стрессовые стимулы:

непосредственные повреждения ДНК (классический стимул);
повреждения аппарата сегрегации генетического материала (например, митотического веретена);
уменьшение концентрации свободных рибонуклеотидов ;
тепловой шок;
высокая концентрация NO (монооксида азота);

В быстро делящихся (пролиферирующих) клетках было обнаружено увеличение концентрации белка р53 по сравнению с делящимися медленно. Значение увеличения концентрации р53 в данном случае в том, что клетки, которые быстро реплицируют ДНК, более подвержены возникновению повреждений генетического аппарата, чем, например, неделящиеся клетки в фазе G 0 . Следовательно, увеличение концентрации р53 - это подготовка клетки для быстрой реакции на возможное возникновение повреждений ДНК. Очевидно, что для остановки клеточного цикла в условиях стимуляции пролиферации внеклеточными ростовыми факторами) требуется более высокая концентрация р53, чем в условия фазы G 0 . Вследствие строгого посттрансляционного контроля активации белка р53, высокая концентрация белка р53 сама по себе не ведёт к его активации.

Концентрация белка р53 увеличивается в результате снятия ингибирования трансляции его мРНК . Подавление трансляции происходит в результате связывания регуляторных белков с последовательностями нуклеотидов в 3"-нетранслируемой области мРНК. Модификация белка р53 приводит к его активации. Латентный (неактивный) белок р53 локализуется в цитоплазме (по крайней мере на некоторых стадиях клеточного цикла); активный белок р53 локализуется в ядре клетки . При отсутствии стрессового стимула белок р53 имеет короткий период полураспада (5-20 мин в зависимости в клеточного типа). Активация белка сопряжена с увеличением его стабильности. В регуляции стабильности (и активности) белка р53 главная роль принадлежит белку Mdm2.

Роль Mdm2 в регуляции функций p53

При нормальных условиях в клетке экспрессируются и белок р53, и белок Mdm2. Функция белка Mdm2 первоначально была установлена у мышей , отсюда название Mdm2 (англ. mouse double minute chromosome amplified oncogene - онкоген, который был амплифицирован на хромосоме типа «double minute»). Гомологичный ген человека HDM2 также является онкогеном.

N-концевой домен белка Mdm2 связывается с N-концевым трансактивирующим доменом белка р53. Таким образом, белок Mdm2 препятствует активирующему действию белка р53. Кроме того, комплекс Mdm2:р53 является ингибитором транскрипции (вероятно, вследствие сохранения способности белка р53 к присоединению к ДНК).

Белок Mdm2 является ферментом группы E3 системы убиквитин -зависимого протеолиза, причём Mdm2 специфичен в отношении белка р53. Это означает, что белок Mdm2 катализирует перенос активированного убиквитина с фермента группы Е2 на белок р53. Таким образом, белок Mdm2 является Е3-лигазой . Маркированный убиквитином белок р53 является субстратом для 26S-протеасомы, которая осуществляет протеолиз молекул белка р53. В нестрессовых условиях постоянно образуется комплекс Mdm2:р53 и осуществляется протеолиз р53. Этим объясняется низкая концентрация р53 в клетке в отсутствие стресса. Центральная роль белка Mdm2 в деградации белка р53 подтверждается и тем фактом, что добавление к клеткам моноклональных антител к комплексу Mdm2:p53 приводит к значительному увеличению концентрации белка р53. Из приведённых рассуждений также понятно, что повышенная экспрессия белка Mdm2 является онкогенным фактором, а сам белок следует отнести к протоонкогенам. Кроме 26S-протеасомы протеолиз белка р53 может осуществляться цистеиновыми протеазами семейства С2, которые также известны как кальпаины.

Активированный белок р53 стимулирует экспрессию гена mdm2. Таким образом, для регуляции активности белка р53 существует механизм отрицательной обратной связи . Ген mdm2 является поздним геном среди тех, экспрессию которых стимулирует белок р53. Относительная трансактивирующая активность белка р53 в отношении mdm2 и остальных генов-мишеней р53 задаёт тот временной промежуток, в течение которого р53 может выполнять свои функции.

Функция белка Mdm2 в маркировании белка р53 для деградации, по-видимому, не является уникальной, так как связывание киназы JNK с белком р53 приводит к убиквитилированию и последующей деградации р53.

Гипотетические модели молекулярных механизмов активации белка p53

Предложено несколько моделей молекулярных механизмов активации белка р53 . Данные модели сходны в том, что они учитывают центральную роль белка Mdm2 в регуляции состояния белка р53. Только первая из предлагаемых моделей получила наиболее полное подтверждение, тогда как остальные подтверждены только частично.

Подробно охарактеризована группа белков, которая включает киназы, родственные киназе PI(3)K (англ. phospho-inositide 3-kinase ; фосфоинозит 3-киназа). Наиболее известным белком данной группы является белок АТМ (англ. a taxia t elangiectasia m utated - белок, мутированный при комплексном заболевании, которое включает симптомы атаксии и телеангиоэктезии). Белок АТМ и родственные ему белки группы PI(3)K используют один домен для специфического связывания с двуцепочечным разрывом ДНК; при этом изменяется конформация всего белка, в том числе и второго домена, который обладает киназной активностью; связывание белка АТМ с двуцепочечным разрывом ДНК приводит к активации киназной активности белка. Киназа АТМ фосфорилирует белок р53 по остатку Ser15; киназа DNA-PK (англ. DNA-dependent protein kinase ; протеинкиназа , активность которой зависит от связывания с ДНК), другой белок рассматриваемой группы, фосфорилирует белок р53 по остаткам Ser15 и Ser37. Данные остатки серина (Ser), а также предполагаемые сайты фосфорилирования Thr18 (треонин) и Ser20 располагаются в той части белка р53, которая взаимодействует с белком Mdm2. Предполагается, что в фосфорилированной форме белок р53 не взаимодействует с белком Mdm2, что увеличивает период полураспада белка р53 и, возможно, приводит к его активации. Также было показано, что для нормально функционирующей клетки одного двуцепочечного разрыва ДНК достаточно для активации белка р53 и остановки клеточного цикла.

Вторая гипотеза предполагает, что фосфорилируются остатки белка Mdm2, которые расположены в части белка, ответственной за связывание с белком р53. Результатом является диссоциация комплекса Mdm2:р53. Такой гипотетический сайт фосфорилирования был предложен на белке Mdm2 ; при этом предполагается роль киназы DNA-PK в фосфорилировании. Данная модель не исключает предыдущую.

Третья гипотеза предполагает, что фосфорилируется Mdm2, и это приводит к ингибированию Е3-лигазной активности белка. Комплекс Mdm2:p53 не диссоциирует, но одновременно белок р53 не маркируется для деградации.

Помимо рассмотренных посттрансляционных модификаций р53 подвергается ацетилированию и гликозилированию , что приводит к увеличению аффинности белка р53 к сайтам связывания в ДНК.

Роль p19ARF в увеличении концентрации р53

Белок р53 активируется в ответ на повышенную экспрессию протоонкогенов Ras , Myc, β-катенина и аденовирусного онкогена Е1А. Это достоверно установленное биохимическое событие получило объяснение только после установления роли белка p19ARF (англ. p19 product of alternative reading frame of INK4a gene ; белковый продукт гена INK4a, который считывается с альтернативной рамки считывания и имеет массу 19 кДа). Повышенная экспрессия онкогенов приводит к значительному усилению экспрессии белка p19ARF, что по крайней мере отчасти, обусловлено увеличением концентрации транскрипционного фактора E2F. Белок p19ARF синтезируется в результате считывания альтернативной рамки гена INK4a. Ген INK4a - это ген-супрессор опухоли, который помимо p19ARF кодирует белок р16INK4a (англ. p16 inhibitor of cyclin-dependent kinases Cdk4.6 ; ингибитор циклин -зависимых киназ Cdk4.6, который имеет массу 16 кДа). Белок p19ARF связывается с Mdm2 и в меньшей степени с р53. Связывание с Mdm2 приводит к ингибированию Е3-лигазной активности Mdm2. Следовательно, увеличение концентрации белка р19ARF приводит к уменьшению скорости деградации р53 и ведёт к увеличению концентрации р53 и далее к активации белка р53.

Действие белка p53

Активированный белок р53 является специфическим транскрипционным фактором. Гены, транскрипцию которых стимулирует белок р53, кодируют белки-компоненты апоптотической программы (проапоптотические компоненты) и белки, которые регулируют клеточный цикл.

Активированный белок р53 супрессирует транскрипцию ряда генов. Этот супрессирующий эффект не связан с супрессорной функцией комплекса Mdm2:p53, так как данный комплекс супрессирует транскрипцию тех генов, которые активируются белком р53 (не связанным с белком Mdm2). В то же время супрессорный эффект белка р53 касается другого набора генов. Репрессия транскрипции по крайней мере частично объясняется тем, что белок р53 формирует комплексы с неспецифическими транскрипционными факторами, среди них белок TBP (англ. TATA-box binding protein ; белок, который связывается с последовательностью TATA), белок CBF (англ. CCAAT binding factor ; белок, который связывается с последовательностью CCAAT) и белок SP-1.

Различия между нормальной и патологической активацией протоонкогенов, воздействующих на p53

При нормальном увеличении активности протоонкогенов (например, в результате передачи пролиферативного сигнала от рецепторов цитоплазматической мембраны) активация протоонкогенов носит временный характер и значимого увеличения концентрации p19ARF не происходит.

Результатом передачи пролиферативного сигнала является одновременно активация протоонкогенов и инактивация р53. Так, для цитокинов bFGF (англ. basic fibroblast growth factor ; основный фактор роста

Клеточный опухолевый антиген 53 (белок p53 ) - это транскрипционный фактор, регулирующий клеточный цикл. В не мутировавшем состоянии выполняет функцию супрессора образования злокачественных опухолей («страж генома»).

Название белок получил по молекулярной массе, которая была определена по движению белка в SDS-PAGE - 53 кДа (реальная молекулярная масса белка составляет 43,7 кДа).

Другие названия белка p53:

Опухолевый супрессор p53
Фосфопротеин p53
Антиген NY-CO-13

Ген человека, кодирующий белок p53, называется TP53, и расположен на хромосоме 17. Человеческий белок p53 состоит из 393 аминокислотных остатков и имеет 5 доменов:

N-концевой домен, активирующий транскрипцию (transcription-activation domain ; TAD)
Богатый пролином домен, важный для апоптотической активности p53
ДНК-связывающий домен («цинковый палец»)
Домен, отвечающий за образование полимера белка (олигомеризацию); тетрамеризация очень важна для активности p53 in vivo
C-концевой домен, задействованный в отсоединении ДНК-связывающего домена от ДНК.

Функции белка p53

Белок р53 является продуктом гена-супрессора опухоли р53 и экспрессируется во всех клетках организма. При отсутствии повреждений генетического аппарата белок р53 находится в неактивном состоянии, а при появлении повреждений ДНК активируется. Активация состоит в приобретении способности связываться с ДНК и активировать транскрипцию генов, которые содержат в регуляторной области нуклеотидную последовательность, которая обозначается p53-response element (участок ДНК, с которым связывается белок р53). Таким образом, р53 - фактор, который запускает транскрипцию группы генов и который активируется при накоплении повреждений ДНК. Результатом активации р53 является остановка клеточного цикла и репликации ДНК; при сильном стрессовом сигнале - запуск .

Белок р53 активируется при повреждениях генетического аппарата, а также при стимулах, которые могут привести к подобным повреждениям, или являются сигналом о неблагоприятном состоянии клетки (стрессовом состоянии). Функция белка р53 состоит в удалении из пула реплицирующихся клеток тех клеток, которые являются потенциально онкогенными (отсюда образное название белка р53 - хранитель генома). Данное представление подтверждается тем фактом, что потеря функции белка р53 может быть установлена в ~50 % случаев злокачественных опухолей человека. В регуляции активности белка р53 ведущая роль принадлежит посттрансляционным модификациям белка и его взаимодействиям с другими белками.

Активация белка р53

Активация белка р53 происходит в ответ на многочисленные стрессовые стимулы:

непосредственные повреждения ДНК (классический стимул);
повреждения аппарата сегрегации генетического материала (например, митотического веретена);
уменьшение концентрации свободных рибонуклеотидов;
гипоксия;
тепловой шок;
высокая концентрация NO (монооксида азота);
ионизирующее излучение

Ген p53: страж генома

Ген-супрессор опухолей p53 является одним из наиболее часто мутируемых генов в опухолях человека. p53 препятствует опухолевой трансформации тремя связанными друг с другом механизмами: активация временной остановки клеточного цикла (покой), индукция постоянной остановки клеточного цикла (старение), запуск программированной клеточной гибели (апоптоз). В общем, p53можно рассматривать как контролер клеточного стресса, который направляет клетки, подвергшиеся стрессу, по одному из трех путей. Различные воздействия могут запустить сигнальные пути p53, включая аноксию, неадекватную экспрессию онкогенов (например, MYC или RAS) или нарушение целостности ДНК. Управляя реакцией клетки на повреждение ДНК, p53играет центральную роль в поддержании целостности генома, как мы увидим в дальнейшем.

В здоровых клетках, не подвергшихся воздействию повреждающих факторов, p53 имеет короткий период полураспада (20 минут) вследствие его связи с MDM2, белком который метит его для последующего разрушения. В условиях стресса, например при повреждении ДНК, p53 подвергается посттранскрипционной модификации, в результате чего он высвобождается из связи с MDM2 и его период полураспада увеличивается. Не связанный с MDM2 p53 также приобретает активность как транскрипционный фактор. Обнаружены десятки генов, чья транскрипция активируется p53. Их можно объединить в две большие категории: те, которые вызывают остановку клеточного цикла и те, которые запускают апоптоз. Если повреждение ДНК может быть восстановлено во время остановки цикла, клетка возвращается в нормальное состояние; если репарация оказывается неудачной, p53 запускает апоптоз или процесс клеточного старения. Эти действия будут рассмотрены позже.

Механизмы посредством которых p53 определяет повреждение ДНК, а также адекватность ее репарации, не совсем ясны. Ключевыми инициаторами сигнального пути, связанного с повреждением ДНК являются две родственные протеинкиназы: мутированная при атаксии-телеангиоэктазии (ataxia-teleangiectasia mutated, ATM) и связанная с мутированной при атаксии-телеангиэктазии (ataxia-teleangiectasia mutated related, ATR). Как видно из названия, ген ATM был первоначально идентифицирован как герминоклеточная мутация у пациентов с атаксией-телеангиэктазией. Пациенты с этим заболеванием, которое характеризуется неспособностью репарировать некоторые виды повреждений ДНК, чаще других страдают различными злокачественными новообразованиями. ATM и ATR определяют различные типы повреждения ДНК, однако активируют похожие сигнальные пути. Будучи активированными, ATM и ATR фосфорилируют различные белки, включая p53 и белки репарации ДНК. Фосфорилирование этих двух мишеней ведет к остановке клеточного цикла и стимуляции репарации ДНК, соответственно.

Остановку клеточного цикла, опосредованную p53, можно считать фундаментальной ответной реакцией на повреждение ДНК (рис. 6-22). Это происходит в конце фазы G 1 и вызывается, главным образом, посредством p53 -зависимой транскрипции CDKI CDKN1A (p21) . Ген CDKN1A , как было описано выше, ингибирует комплексы циклин-CDK и препятствует фосфорилированию RB, что необходимо для входа клеток в G 1 фазу. Такая остановка в клеточном цикле весьма удобна, поскольку дает время для проведения репарации ДНК. p53 также помогает этому процессу, индуцируя синтез некоторых белков, таких как GADD45 (growth arrest and DNA damage, приостановка роста и повреждение ДНК), которые помогают в репарации ДНК. Также p53 может стимулировать пути репарации ДНК нетранскрипционными механизмами. Если повреждение ДНК успешно восстановлено, p53 увеличивает транскрипцию MDM2, что ведет к разрушению p53 и снятию блокировки клеточного цикла. Если повреждение не может быть восстановлено, клетка под действием p53 подвергается физиологическому старению или апоптозу.

p53-индуцированное старение – это перманентная остановка клеточного цикла , характеризующаяся специфическими изменениями в клеточной морфологии, экспрессии генов, которые отличают такую клетку от покоящихся клеток при обратимой приостановке клеточного цикла. Старение требует активации p53 и/или RB, а также экспрессии других медиаторов, таких как CDKIs. Такая остановка клеточного цикла обычно необратима, хотя она может требовать продолжающейся экспрессии p53. Механизмы старения неясны, однако что они затрагивают глобальные изменения хроматина, которые коренным образом и навсегда изменяют экспрессию генов.

p53-индуцированный апоптоз клеток с необратимым повреждением ДНК – последний защитный механизм против опухолевой трансформации. Он опосредован несколькими проапоптотическими генами, такими как BAX и PUMA (будет рассмотрено ниже).

Суммируя вышесказанное, p53 определяет повреждение ДНК и способствует ее репарации, вызывая приостановку в фазе G 1 и индуцируя гены репарации ДНК. Клетка с необратимым повреждением ДНК, под действием p53 подвергается либо физиологическому старению либо апоптозу (рис. 6-22). В свете своих свойств, p53 был удачно назван «стражем генома». При гомозиготной потере p53 повреждение ДНК остается неотрепарированным, в делящихся клетках накапливаются мутации, что направляет клетку на путь, ведущий к опухолевой трансформации.

Подтверждением важности p53 в контроле над канцерогенезом является то, что в более чем 70% опухолей человека имеется дефект этого гена, оставшиеся злокачественные опухоли имеют дефекты генов, имеющих отношение к функции p53 . Гомозиготная потеря p53 обнаружена практически во всех злокачественных опухолях, включая раки легкого, толстой кишки и молочной железы – три основные причины смертности от рака. В большинстве случаев, инактивирующие мутации обоих аллелей p53 появляются в соматических клетках. Гораздо реже, некоторые индивидуумы наследуют мутантные аллели p53 . Такое заболевание называется синдром Ли-Фраумени. Как и с геном RB , наследование одного мутантного аллеля делает его носителей предрасположенными к развитию злокачественных опухолей, поскольку требуется только одна мутация для того, чтобы инактивировать вторую, нормальную аллель. Пациенты с синдромом Ли-Фраумени имеют повышенный в 25 раз риск развития злокачественных опухолей к 50 годам, по сравнению с общей популяцией. В отличие от пациентов, которые наследуют мутантный аллель RB , спектр опухолей, развивающихся у пациентов с синдромом Ли-Фраумени более широкий; наиболее часто развиваются саркомы, рак молочной железы, лейкемия, опухоли мозга и карциномы коры надпочечника. По сравнению со спорадическими опухолями, опухоли у пациентов с этим синдромом развиваются в более молодом возрасте и могут быть первично-множественными.

КАТЕГОРИИ