p53

P53简介与作用p53是一种肿瘤抑制基因(gene)。在所有恶性肿瘤中,50%以上会出现该基因的突变。
由这种基因编码的蛋白质(protein)是一种转录(transcription)因子,其控制着细胞周期的启动。许多有关细胞健康的信号向p53蛋白发送。关于是否开始细胞分裂就由这个细胞决定。如果这个细胞受损,又不能得到修复,则p53蛋白将参与启动过程,使这个细胞在细胞凋亡(apoptosis)中死去。有p53缺陷的细胞没有这种控制,甚至在不利条件下继续分裂。像所有其它肿瘤抑制因子一样,p53基因在正常情况下对细胞分裂起着减慢或监视的作用。 细胞中抑制癌变的基因“p53”会判断DNA变异的程度,如果变异较小,这种基因就促使细胞自我修复,若DNA变异较大,“p53”就诱导细胞凋亡。
P53 是重要的肿瘤抑制基因,自从该基因在1979年被首次报道以来,有关研究论文在Medline上可查到20000余篇。人们最初认为P53基因是一种癌基因,但随着近十年研究的深入, P53作为抑癌基因的功能逐渐被揭示出来。在人类50%以上的肿瘤组织中均发现了P53基因的突变,这是肿瘤中最常见的遗传学改变,说明该基因的改变很可能是人类肿瘤产生的主要发病因素。
P53基因突变后,由于其空间构象发生改变,失去了对细胞生长、凋亡和DNA 修复的调控作用,
P53 基因由抑癌基因转变为癌基因。
P53 介导的细胞信号转导途径在调节细胞正常生命活动中起重要作用,
它与细胞内其它信号转导通路间的联系十分复杂,其中P53 参与调控的基因已超过160 种,
因此,Levine 等学者提出了P53 基因网络的概念:
他们认为不能孤立地观察各个基因的生物学功能,而应该将它们组合起来看待.
1 阻滞细胞周期
在细胞周期中,P53 的调节功能主要体现在G1和G2/M 期校正点的监测,与转录激活作用密切相关。P53下游基因P21编码蛋白是一个依赖Cyclin的蛋白激酶抑制剂,一方面P21 可与一系列Cyclin-cdk 复合物结合,抑制相应的蛋白激酶活性,导致高磷酸化Rb 蛋白堆积,后者使E2F转录调节因子不能活化,引起G1期阻滞;另外P53的另外3个下游基因Cyclin B1,CADD45 和14-3-3σ 则参与G2/M期阻滞。 P53 下调Cyclin B1表达,细胞则不能进入M期CADD45通过抑制Cyclin B1-cdk2复合物的活性发挥作用,14-3-3σ与cdc25c结合,干扰Cyclin B1-cdk2复合物发挥转录调节作用。
2 促进细胞调亡
对p53促进细胞凋亡的功能研究进行得比较深入。通过bax/bcl2, Fas/Apol,IGF-BP3 等蛋白,p53可完成对细胞凋亡的调控作用。Bcl-2 可阻止凋亡形成因子如细胞色素C等从线粒体释放出来,具有抗凋亡作用,而Bax可与线粒体上的电压依赖性离子通道相互作用,介导细胞色素c 的释放,具有凋亡作用,p53可以上调Bax的表达水平,以及下调Bcl-2的表达共同完成促进细胞凋亡作用。P53还可通过死亡信号受体蛋白途径诱导凋亡,TNF 受体和Fas蛋白。有学者认P53 还可直接刺激线粒体释放高毒性的氧自由基来引发凋亡。
3 维持基因组稳定
DNA受损后,由于错配修复的累积,导致基因组不稳定,遗传信息发生改变。P53可参与DNA的修复过程,其DNA结合结构域本身具有核酸内切酶的活性,可切除错配核苷酸,结合并调节核苷酸内切修复因子XPB 和XPD的活性,影响其DNA重组和修复功能。P53还可通过与P21 和GADD45形成复合物,利用自身的3’-5’核酸外切酶活性,在DNA修复中发挥作用。
4 抑制肿瘤血管生成
肿瘤生长到一定程度后,可以通过自分泌途径形成促血管生成因子,刺激营养血管在瘤体实质内增生。P53蛋白能刺激抑制血管生成基因Smad4 等表达,抑制肿瘤血管形成。在肿瘤进展阶段,P53基因突变导致新生血管生成,有利于肿瘤的快速生长,常是肿瘤进入晚期的表现。
p53 号基因的位置和结构P53 基因位于人类17号染色体含11 个外显子,其转录翻译编码的野生型P53 蛋白由393个氨基酸残基组成,包含多个功能域。N-末端的转录激活结构域(activtiondomain, AD)AD1,AD2位于氨基酸1-50位,与通用转录因子TF11D 结合而发挥转录激活功能。TF11D 是由TBP(TATAbinding protain)和TAF(TBP associatedfactor)结合而成的复合物,P53与TF11D中的TAF结合,作用于下游基因启动子中的TATA box ,达到转录激活功能。P53基因生长抑制结构域位于氨基酸65-90 位,富含脯氨酸,含5重复的pxxp序列,可与含SH3 结构域的蛋白质相互作用,将P53与信息传递途径连接起来。
P53 基因还有:序列特异的DNA结合结构域,位于氨基酸100-300位间;核定位信号NLS位于氨基酸残基316-325;四聚体寡聚化结构域,定位于氨基酸残基334-356;C-末端非专一DNA调节结构域,同时在碰到DNA损伤时,P53 可能补充其它蛋白质到损伤部位,提供DNA损伤信号。P53 与DNA的结合能力并非特异性地与DNA 结合,参与核心区与DNA 结合的别构调节,同时在碰到DNA损伤时,P53可能补充其他蛋白质到损伤部位,提供DNA损伤信号。
激活P53的上游事件1离子辐射造成的DNA 损伤激活.
主要有:ATM,Chk2参与
2化学药物,紫外线,蛋白激酶抑制剂诱导
主要有:ATR,Casein参与
3异常细胞生长
主要有:p14ARF参与
三条途径最终都会抑制蛋白的降解,使P53维持高水平,P53通过调节周围基因的表达,行使抑制细胞分裂和促进细胞调亡的功能.
p53 的基因调剂真核细胞在进化过程中形成了一整套高度保守的纠错系统,在染色体DNA复制时首先修复受损DNA,以维持遗传物质的稳定性。P53即是联系不同遗传应急和细胞应答的中间环节。野生型P53在细胞内的半衰期很短,通常小于20分钟,而且在细胞内常检测不到,免疫组化表现为阴性。细胞内P53水平及活性的调节极为精细,受到转录水平、翻译水平及翻译后水平、细胞内亚细胞定位等多方面的立体调控。
P53-MDM2负反馈调节
细胞内野生型P53蛋白浓度取决于其降解的速度而不是其生成的速度。MDM2是细胞内调节P53 浓度及活性的重要蛋白质,两者构成似电流环路中的负反馈,彼此相互进行精细的调节。MDM2以两种形式实现对P53 功能的调节,即介导P53降解和抑制其转录活性。
P53蛋白是一个动态的分子,其特有的亚细胞定位决定着自身的活性。研究表明,P53只在核内发挥作用,它通过C末端固有的核定位信号NLS定位于核内,P53从核内向外输出可能依赖MDM2的途径调控。人类MDM2含有一个核输出序列NES,可以介导MDM2蛋白或一个融入该序列的异源性运输因子从细胞核进入胞浆。P53可被MDM2捕获,并在MDM2的介导下穿过核膜进入胞浆,从而使P53能被胞浆中的蛋白水解酶识别并降解;P53在细胞内低浓度又可减少MDM2基因转录,将P53-MDM2 负反馈环路关闭,使P53 回到维持正常功能状态的水平。
MDM2是P53的转录靶基因,含有一个P53基因结合位点,可在野生型P53基因的诱导下转录表达增强,致使细胞中MDM2蛋白水平升高,并转而与P53结合形成复合物,抑制P53的转录活性,严格控制P53蛋白表达水平。MDM2表达过强则可封闭P53介导的反式激活作用,使P53功能丧失,导致基因的不稳定和细胞增生,表现出癌基因蛋白的作用,参与肿瘤形成.
ING1抑癌基因是新近克隆出来的一个新基因,其编码蛋白P33在体内及体外均能与P53蛋白紧密结合,共同参与细胞增殖的负性调节及控制细胞衰老、锚着依赖性生长和细胞凋亡等一系列过程。研究发现P33与P53在抑制肿瘤形成过程中发挥协同功能,当它们其中的一个失活,另一个即不能单独抑制细胞的生长。
有研究表明:P14ARF基因对P53-MDM2有负反馈回路的调节
关于荧光蛋白标记法对p53基因的研究Oscillationsin the nuclear levels of fluorescently tagged p53 and Mdm2 inindividual MCF7, U280, cells following gamma irradiation.
在过去的10年里面,有更多的基金开始研究p53基因治疗。
根据《基因药物杂志》(Journal of Gene Medicine)数据截至2005年1月世界上有1020中基因治疗药物批准进行临床实验。在这些药物中66%是治疗癌症的。
在这些癌症基因治疗临床实验中58种是利用重组腺病毒编码人类p53。
有数据显示超过20种癌症可以利用rAd-p53进行治疗,包括颈部鳞癌、肺癌、乳腺癌、肝癌等。