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].

GGGCAAGTCT
||||||||||
CCCGTTCAGA

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].

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].

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].

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].

• 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.
• Hardin J, Bertoni G, Kleinsmith LJ (2011). Becker’s world of the cell (вид. 8th). Benjamin Cummings. ISBN 0-321-71602-7.

• 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.