TP53 Функция гена
Опухолевой белок P53
Обзор
TP53 является наиболее часто мутирующим геном при раке человека (>50% всех опухолей). Миссенс-мутации «горячих точек» (R175H, R248W, G245S, R273H) устраняют функцию подавления опухоли p53, оказывают доминантно-негативные эффекты на оставшиеся тетрамеры p53 дикого типа и придают онкогенные свойства с усилением функции - коактивацию пути STAT, ремоделирование хроматина, метаболическое перепрограммирование и повышенную метастатическую способность. Ингибиторы MDM2 (идасанутлин, навтемадлин) могут восстанавливать активность р53 только в опухолях дикого типа TP53, которые подавляют р53 за счет амплификации MDM2; они не играют никакой роли в заболевании, вызванном мутацией TP53. Восстановление функции миссенс-мутантного р53 остается одной из центральных нерешенных задач разработки лекарств от рака.
Молекулярный механизм
Краткое описание механизма
TP53 изменяется примерно в половине случаев рака у человека, обычно приводя к отключению опосредованных р53 контрольных точек, программ апоптоза и старения. Многие варианты миссенс-горячих точек продуцируют стабильный дисфункциональный белок; некоторые могут ингибировать оставшийся р53 дикого типа посредством доминантно-негативного эффекта, в то время как экспериментально зарегистрированные фенотипы усиления функции варьируются в зависимости от варианта и биологического контекста. Ингибиторы MDM2 зависят от функционального p53 дикого типа и, следовательно, относятся к другой биологической категории, чем большинство заболеваний с мутацией TP53.
Пошаговый механизм
Двухцепочечные разрывы ДНК (DSB) воспринимаются комплексом MRN (MRE11-RAD50-NBS1), который рекрутирует и активирует киназу ATM в месте разрыва.
Диссоциация MDM2 предотвращает убиквитинирование р53 и протеасомную деградацию. Параллельное ацетилирование Lys382, опосредованное p300/CBP, усиливает транскрипционную активность p53.
Стабилизированный p53 тетрамеризуется и связывает элементы ответа p53 в промоторах гена-мишени, транскрипционно активируя CDKN1A (кодирующий p21), который ингибирует CDK2/циклин E, вызывая арест G1/S.
Если повреждение ДНК является непоправимым, р53 трансактивирует проапоптотические мишени BAX, PUMA (BBC3) и NOXA (PMAIP1). Эти белки, содержащие только BH3, вытесняют BCL2/BCL-XL, обеспечивая олигомеризацию BAX/BAK и пермеабилизацию внешней мембраны митохондрий.
Цитохром c, высвобождаемый из митохондрий, связывается с APAF1 и каспазой-9, образуя апоптосому, активируя эффекторные каспазы-3 и -7 для необратимого апоптоза.
p53 одновременно транскрибирует MDM2, создавая петлю отрицательной обратной связи, которая ограничивает активность p53 после завершения репарации и исчезновения сигнала стресса.
Регуляторы восходящего потока
Фосфорилирует p53 Ser15 в ответ на DSB, нарушая взаимодействие MDM2.
Фосфорилирует p53 Ser15 в ответ на репликационный стресс и одноцепочечную ДНК.
Секвестрирует MDM2 в ядрышке при онкогенном стрессе, стабилизируя р53 независимо от повреждения ДНК.
Нисходящие цели
Ингибирование CDK2/CDK4 → арест G1/S
Проапоптотическая активация BAX/BAK → митохондриальная пермеабилизация
Петля отрицательной обратной связи, прекращающая активность р53
Применение контрольной точки G2/M; эксцизионная репарация нуклеотидов
Метаболическое перепрограммирование; снижение ROS для возможности ремонта
Ключевые посттрансляционные модификации
Нарушает связывание MDM2; сигнал первичной стабилизации
Вторичное нарушение MDM2; укрепляет стабильность
Усиливает специфичное для последовательности связывание ДНК и активацию транскрипции.
Механизм заболевания
Изменения TP53 могут позволить клеткам обходить контрольные точки повреждения ДНК, переносить онкогенный стресс и избегать апоптоза, ускоряя эволюцию опухоли. Многие варианты, связанные с раком, представляют собой миссенс-замены, но их последствия не являются взаимозаменяемыми: потеря транскрипционной функции является обычным явлением, доминантно-негативная активность частично зависит от сохраненной олигомеризации и присутствия p53 дикого типа, а предполагаемые фенотипы усиления функции могут зависеть от варианта и контекста. Никакая одобренная терапия в целом не восстанавливает разнообразные миссенс-мутантные белки р53. Ингибиторам MDM2 требуется функциональный р53 дикого типа, и обычно не ожидается, что они спасут структурно дисфункционального мутанта. Некоторые модели мутантного р53 демонстрируют дополнительные инвазионные, транскрипционные или иммунные эффекты, но одной только метки «горячей точки» недостаточно, чтобы сделать вывод об этих фенотипах у пациента. Патогенные варианты TP53 зародышевой линии вызывают синдром Ли-Фраумени; Риск рака и эпиднадзор требуют специальной интерпретации, поскольку они различаются в зависимости от пола, возраста, варианта и семейного контекста.
Ссылки на базу данных
Ключевые пути
- ·Реакция на повреждение ДНК
- ·Апоптоз
- ·Арест клеточного цикла
- ·Сигнальный путь р53
- ·Клеточное старение
- ·Старение, вызванное онкогенами
Ассоциации заболеваний
- ·Синдром Ли-Фраумени
- ·Рак легких, колоректальный рак, рак молочной железы, яичников
- ·Адренокортикальная карцинома
- ·Саркома
Исследовательская деятельность
TP53 является активно изучаемым объектом: около 100+ Клинические исследования, в которых упоминается об этом, в настоящее время набирают набор на ClinicalTrials.gov. Испытательная деятельность отражает исследовательский интерес, а не доказанную пользу — дизайн, конечные точки и группы населения сильно различаются.
Отслеживание испытаний TP53
Новые и измененные онкологические исследования, кратко изложенные простым языком каждый день.
Функциональные партнеры
Общие вопросы о TP53
Что делает TP53?
TP53 кодирует р53, фактор транскрипции, который действует как центральный сенсор стресса генома. Когда ДНК повреждена, p53 останавливает клеточный цикл на контрольной точке G1/S посредством активации транскрипции p21 (CDKN1A), выигрывая время для восстановления. Если повреждение непоправимо, р53 меняет свою программу в сторону апоптоза, активируя BAX, PUMA и NOXA.
Является ли TP53 геном-супрессором опухоли или онкогеном?
TP53 представляет собой ген-супрессор опухоли – именно потеря функции, а не ее усиление, приводит к раку. p53 дикого типа активно блокирует развитие опухоли; более 50% случаев рака, несущих мутации TP53, теряют этот тормоз, позволяя бесконтрольно накапливать геномную нестабильность.
Что происходит, когда TP53 мутирует при раке?
Клетки, лишенные функционального р53, не могут остановить клеточный цикл после повреждения ДНК, что позволяет мутациям накапливаться и распространяться. Мутации TP53 обнаруживаются более чем в 50% всех случаев рака у человека и тесно связаны с геномной нестабильностью, устойчивостью к химиотерапии и плохим прогнозом.
Что такое синдром Ли-Фраумени?
Синдром Ли-Фраумени — наследственное заболевание, предрасположенное к раку, вызванное патогенными вариантами зародышевого TP53. Группа NCI сообщила, что совокупная заболеваемость раком приближается к 100% к 70 годам, но риск варьируется в зависимости от пола, возраста, варианта и типа рака. Сопутствующие виды рака включают саркомы, рак молочной железы, опухоли головного мозга и адренокортикальные карциномы, часто в необычно молодом возрасте.
Почему TP53 называют хранителем генома?
Эта фраза отражает роль р53 как концентратора, интегрирующего сигналы от двухцепочечных разрывов ДНК (через ATM), активации онкогена (через ARF) и гипоксии (через HIF1A), а затем принимает решение о том, следует ли арестовывать, восстанавливать, стареть или элиминировать пораженную клетку. Ни один другой белок не контролирует так много решений, связанных с раком.
Что такое мутации TP53, способствующие увеличению функции, и какие онкогенные свойства они придают?
Мутации TP53 с усилением функции (GOF) — в первую очередь в горячих точках R175H, R248W, R248Q, R273H и R282W — не только теряют опухолесупрессирующую активность, но и приобретают новые онкогенные свойства, отсутствующие у p53 дикого типа. Белки GOF p53: (1) совместно активируют онкогенные факторы транскрипции (STAT3, ETS2, c-Jun), которые в норме подавляет p53 дикого типа; (2) связывают и инактивируют р63 и р73, паралоги, которые компенсируют потерю р53 при апоптозе; (3) реконструировать хроматин в новых генных локусах, способствующих инвазии и метастазированию; (4) метаболически более стабильны, чем р53 дикого типа, и накапливаются до высоких уровней (что объясняет сильное ИГХ-окрашивание опухолей с мутацией TP53). Мутации GOF связаны с худшим прогнозом и большей устойчивостью к химиотерапии, чем простые нулевые мутации TP53, что позволяет предположить, что мутантный белок активно вызывает злокачественные новообразования, а не просто теряет подавление опухоли.
Почему ингибиторы MDM2 не могут лечить рак с мутацией TP53 и на каких пациентах они эффективны?
Ингибиторы MDM2 (идасанутлин, навтемадлин, миладеметан) действуют, захватывая p53-связывающий карман MDM2, блокируя MDM2-опосредованное убиквитинирование p53 и позволяя p53 накапливаться и активироваться. Этот механизм требует функционального белка p53 дикого типа — если p53 структурно поврежден миссенс-мутацией, блокирование MDM2 просто позволяет нефункциональному p53 накапливаться без терапевтической пользы и может даже быть вредным, занимая оставшийся сигнальный аппарат p53. Таким образом, ингибиторы MDM2 селективны в отношении опухолей дикого типа TP53, которые сверхэкспрессируют MDM2 — преимущественно высокодифференцированных и дедифференцированных липосарком (>90% амплификация MDM2), а также подгруппы ОМЛ и других гематологических злокачественных новообразований. Перед назначением этих препаратов необходимо подтвердить мутационный статус TP53.