p53 è una proteina promotrice dell'apoptosi che funge da sensore di stress cellulare in risposta a segnali iperproliferativi, danni al DNA, ipossia, accorciamento dei telomeri e altri.
Il suo gene è stato inizialmente descritto come un oncogene, correlato a diversi tipi di cancro. È ormai noto che ha capacità di soppressione del tumore, ma che è anche essenziale per la sopravvivenza delle cellule, comprese le cellule tumorali.
Struttura della proteina p53 (Fonte: Protein Data Bank. David Goodsell. Via Wikimedia Commons)
Ha la capacità di fermare il ciclo cellulare, permettendo alla cellula di adattarsi e sopravvivere al danno patologico, o in caso di danno irreversibile, può innescare il suicidio cellulare per apoptosi o "senescenza" che arresta la divisione cellulare.
La proteina p53 può regolare una varietà di processi cellulari in modo positivo o negativo, mantenendo l'omeostasi in condizioni standard.
Catalogato come fattore di trascrizione, p53 agisce regolando la trascrizione del gene che codifica per la chinasi ciclina-dipendente p21, responsabile della regolazione dell'ingresso nel ciclo cellulare.
In condizioni normali, le cellule hanno un basso livello di p53, poiché questa, prima di essere attivata, sta interagendo con la proteina MDM2, che funge da ubiquitina ligasi, marcandola per la degradazione nei proteasomi.
In generale, lo stress causato dal danno al DNA porta ad una maggiore fosforilazione di p53, che riduce il legame della proteina MDM2. Ciò porta ad un aumento della concentrazione di p53, che gli consente di agire come fattore trascrizionale.
P53 si lega al DNA per esercitare la sua funzione di fattore trascrizionale, inibendo o promuovendo la trascrizione dei geni. Tutti i siti del DNA a cui si lega la proteina si trovano nella regione 5 'delle sequenze di consenso.
Struttura
La struttura della proteina p53 può essere suddivisa in 3 regioni:
(1) Un terminale amminico, che ha la regione di attivazione trascrizionale; 4 dei 6 siti di fosforilazione noti per la regolazione delle proteine si trovano lì.
(2) Una regione centrale, che contiene blocchi di sequenze altamente conservate in cui si trova la maggior parte delle mutazioni oncogene.
Questa regione è necessaria per il legame specifico di p53 alle sequenze di DNA, ed è stato osservato che ci sono anche siti di legame per ioni metallici, che sembrano mantenere le disposizioni conformazionali della proteina.
(3) Un terminale carbossilico, che contiene le sequenze di oligomerizzazione e localizzazione nucleare; a questa estremità si trovano altri due siti di fosforilazione. Questa regione è stata descritta dagli scienziati come la più complessa di p53.
Il terminale carbossilico di p53 contiene una regione che regola negativamente la capacità di legame specifica di p53 al DNA.
All'interno della proteina p53 ci sono cinque domini che sono conservati dagli anfibi ai primati; uno situato all'estremità del terminale amminico e gli altri quattro all'interno della regione centrale.
Caratteristiche
Sono state identificate due possibili funzioni per la proteina p53; il primo nel promuovere la differenziazione cellulare e il secondo come punto di controllo genetico per l'arresto del ciclo cellulare in risposta al danno causato al DNA.
La proteina p53 induce nei linfociti B il differenziamento dallo stadio precoce a quello avanzato, partecipa alla sistemazione del complesso maggiore di istocompatibilità.
p53 si trova ad alti livelli nei tubuli seminiferi testicolari, in particolare in quelle cellule nella fase pachitenica della meiosi, a quel punto la trascrizione cellulare si ferma.
Negli ovociti e nei primi embrioni di Xenopus Iaevis ci sono anche alte concentrazioni della proteina p53, il che suggerisce che potrebbe svolgere un ruolo cruciale nello sviluppo iniziale degli embrioni.
Esperimenti condotti con topi geneticamente modificati, per i quali è stato cancellato il gene della proteina p53, indicano che la sua espressione non è essenziale per le prime fasi dell'embriogenesi, ma ha un ruolo importante nello sviluppo murino.
P53 viene attivato dal danno al DNA causato da un'elevata irradiazione con luce UV, radiazioni ionizzanti, dalla mitomicina C, etoposide, dall'introduzione di enzimi di restrizione del DNA nei nuclei cellulari e persino dalla trasfezione del DNA in situ.
Ciclo cellulare
Se il danno al DNA non viene riparato prima della sintesi replicativa o della mitosi, potrebbe verificarsi la diffusione di lesioni mutagene. p53 svolge un ruolo fondamentale come rilevatore di danni nel genoma e guardiano della fase G1 nel ciclo cellulare.
La proteina p53 controlla l'avanzamento del ciclo cellulare principalmente attivando 3 geni: AT, p53 e GADD45. Questi fanno parte di un percorso di trasduzione del segnale che provoca l'arresto del ciclo cellulare dopo il danno al DNA.
La proteina p53 stimola anche la trascrizione del gene p21, che si lega ai complessi G1 / S-Cdk, E / CDK2, S-Cdk e ciclina D e inibisce le loro attività, con conseguente ipofosforilazione di pRb (proteina retinoblastoma ) e quindi l'arresto del ciclo cellulare.
La proteina p53 partecipa all'induzione della trascrizione di p21Waf1, con conseguente arresto del ciclo cellulare in G1. Può anche contribuire all'arresto del ciclo G2, inducendo la trascrizione di GADD45, p21, 14-3-3 e reprimendo la trascrizione della ciclina B.
Le vie biochimiche coinvolte nell'arresto della fase G2 del ciclo cellulare sono regolate da CdC2, che ha quattro bersagli trascrizionali: p53, GADD45, p21 e 14-3-3.
L'ingresso nella mitosi è regolato anche da p53, poiché questa proteina regola negativamente l'espressione del gene della ciclina B1 e del gene Cdc2. L'unione di entrambi è necessaria per entrare in mitosi, si ritiene che ciò avvenga per garantire che le cellule non sfuggano al blocco iniziale.
Un altro meccanismo dipendente da p53 è il legame tra p21 e l'antigene nucleare delle cellule proliferanti (PCNA), essendo questa la principale subunità complementare della DNA polimerasi replicativa, necessaria per la sintesi e la riparazione del DNA.
Malattie
La proteina p53 è stata classificata come "guardiana del genoma", "stella della morte", "buon poliziotto, cattivo poliziotto", "acrobata della tumorigenesi", tra gli altri, poiché svolge importanti funzioni sia nelle patologie che nel cancro .
Le cellule cancerose sono generalmente distrutte e la loro sopravvivenza e proliferazione dipendono da alterazioni nei percorsi controllati da p53.
Le alterazioni più comuni osservate nei tumori umani sono nel dominio di legame del DNA di p53, che interrompe la sua capacità di agire come fattore trascrizionale.
Analisi molecolari ed immunoistochimiche di pazienti con carcinoma mammario hanno evidenziato un accumulo aberrante della proteina p53 nel citoplasma delle cellule tumorali, lontano dalla sua normale localizzazione (nucleo), che sembra indicare qualche tipo di inattivazione funzionale / conformazionale del tumore. proteina.
Nella maggior parte dei tumori, in particolare nei sarcomi, si osserva un accumulo anormale della proteina MDM2 regolatrice della proteina p53.
La proteina virale E6 espressa dall'HPV si lega specificamente alla proteina p53 e ne induce la degradazione.
Per i ricercatori, la proteina p53 rimane un paradigma, poiché la maggior parte delle mutazioni puntiformi porta alla sintesi di una proteina stabile, ma "inattiva" nel nucleo delle cellule tumorali.
Sindrome di Li-Fraumeni
Come accennato, la proteina p53 gioca un ruolo cruciale nello sviluppo di più classi di cancro e le famiglie di pazienti con sindrome di Li-Fraumeni sono predisposte a molte di esse.
La sindrome di Li-Fraumeni è stata descritta per la prima volta nel 1969. È una condizione genetica ereditaria il cui meccanismo sottostante ha a che fare con diverse mutazioni germinali nel gene p53, che alla fine portano a diversi tipi di cancro negli esseri umani.
Inizialmente, si credeva che queste mutazioni fossero responsabili dei tumori ossei e dei sarcomi dei tessuti molli, nonché del carcinoma mammario in premenopausa, dei tumori cerebrali, dei carcinomi neocorticali e delle leucemie; tutto in pazienti di età diverse, dai giovani agli adulti.
Attualmente, numerosi studi hanno dimostrato che queste mutazioni sono anche la causa di melanomi, tumori gastrici e polmonari, carcinomi pancreatici, tra gli altri.
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