p53

Allikas: Vikipeedia
kasvaja supressorvalk p53

p53 ehk valk p53 on paljudel loomadel esinev erineva pikkusega aminohapete transkriptsioonifaktor ja kasvaja supressorvalk.[1][2]

p53-valku on tavarakkudes vähe kuid p53 tase tõuseb drastiliselt rakkude stressivastuses.

Sageli nimetatakse p53 "genoomi kaitsjaks".[3] P53 jälgib DNA olukorda. Kui esineb liiga suuri rikkeid, juhib ta raku programmeeritud surma (apoptoosi) rajale. Arvatakse, et p53e aktiivne tegutsemine takistab ühe olulise tegurina kasvajate arengut ja tema funktsiooni kadumine mängib olulist rolli inimeste kartsinogeneesis. 1999 aastaks oli inimeste kasvajatega seonduvalt tuvastatud p53-l >7000 mutatsiooni.[4]

Nomenklatuur[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Raku kasvaja antigeen p53
  • Antigeen NY-CO-13
  • Fosfoproteiin p53
  • Kasvaja supressor p53

Geen[muuda | redigeeri lähteteksti]

p53 asub 17. kromosoomi lühikeses õlas

Inimesel kodeerib valku p53 geen T53, mis asub 17. kromosoomi lühikeses õlas.[5][6] Geen on 20 kb pikk, sisaldab 11 eksonit, millest ekson 1 on mittekodeeriv. Esimene intron on 10 kb pikk. Kodeeriv järjestus sisaldab 5 konserveerunud domeeni: 2, 5, 6, 7 ja 8.

Geenide lokalisatsioon teistes organismides:

Struktuur[muuda | redigeeri lähteteksti]

Imetajatel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Inimestel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Inimese p53 koosneb 393 aminohappejäägist ja sisaldab 7 domeeni.

  1. TAD ehk N-terminaalne transkriptsiooni aktivatsiooni domeen, mis aktiveerib transkriptsiooni (inglise transcription-activation domain TAD), aminohappejäägid 1–42.
  2. Domeen aktivaator 2, mis on vajalik apoptoosi käivitamiseks, jäägid 43–63.
  3. Proliinirikkas domeen, mis on vajalik apoptoosi käivitamiseks, jäägid 64–92.
  4. DBD ehk kesmine DNA seondumise põhidomeen, jäägid 100–300. Regioon vastutab LMO3 seostumise eest.[7]
  5. Tuuma lokalisatsiooni signaali domeen, jäägid 316–325.
  6. Homo-oligomerisatsiooni domeen, 307–355. Tetramerisatsioon on vajalik p53 aktiivsuseks in vivo.
  7. OD e. C-terminaalne homo-oligomerisatsiooni domeen, jäägid 356–393.[8]

Mutatsioonid, mis deaktiveerivad p53 vähi korral, puudutavad DNA-ga seondumise domeeni. Enamik sellistest mutatsioonidest põhjustavad võimetust siduda DNA järjestust, mis omakorda takistab geenide transkriptsiooni aktivatsiooni. Need mutatsioonid on retsessiivsed.

Funktsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Valk p53 osaleb apoptoosis, genoomses stabiilsuses ja angiogeneesi inhibeerimises. Anti-onkovalguna toimib p53 valk mitme mehhanismi kaudu:

Aktiiveeritud p53 seob DNAd ja aktiveerib mitmete geenide ekspresseerumist, sealhulgas WAF1/CIP1 geene, mis kodeerivad p21 valku. Valk p21 seostub G1-S/CDK ja S/CDK kompleksidega, inhibeerides nende aktiivsust. Kui p21 on moodustanud kompleksi CDK2ga, siis rakk ei käivita järgmist jagunemise etappi. Mutantne p53 ei seo DNAd efektiivselt, selle tulemusena ei avalda p21 "stopp signaali" toimet. Rakud hakkavad kontrollimatult jagunema ja tekib kasvaja.[9]

UV-valgus stimuleerib p53 ekspressioooni ja kahjustab DNAd.

Regulatsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Valk p53 aktiveeritakse mitmete stressitingimuste poolt:

  1. DNA kahjustamine
  2. Oksüdatiivne stress[10]
  3. Hüpoksia
  4. Kuumašokk
  5. Kõrge lämmastikoksiidi kontsentratsioon
  6. Ioniseeriv kiirgus
  7. Osmootne stress
  8. Vabade ribonukleotiidide kontsentratsiooni vähenemine

Aktivatsioon algab sellega, et valgu p53 poolestusaeg tõuseb oluliselt, mis omakorda põhjustab valgu kiiret kogunemist stressis olevatesse rakkudesse. Toimuvate konformatsiooniliste muutuste tulemusena aktiveerub p53 valk, mis on transkriptsiooni regulaator sellistes rakkudes. Kriitiliseks sündmuseks, mis viib valgu aktiveerumisele, on N-terminaalse domeeni fosforüülimine. N-terminaalne domeen sisaldab mitut fosforüülimise kohta. Need on sihtmärgid proteiini kinaasidele.

Proteiini kinaasid, mis on suunatud transkriptsiooni aktivatsiooni domeenile, jaotatakse kaheks rühmaks. Esimene rühm kulub MAPK perekonda. Reageerivad oksüdatiivsele ja osmootsele stressile, membraani kahjustusele jne. Teine rühm (ATR, ATM, CHK1 and CHK2, DNA-PK, CAK) osaleb genoomi terviklikkuse tagamises. Selleks on molekulaarsed kaskaadid, mis avastavad ja reageerivad DNA kahjustustele, mis on põhjustatud genotoksilisest stressist. Onkogeenid stimuleerivad samuti valgu p53 aktivatsiooni.

Hüpoteetilised mudelid[muuda | redigeeri lähteteksti]

On olemas mitu p53 valgu aktivatsiooni kirjeldavat molekulaarset mudelit. Nendest ainult esimene sai kinnituse, ülejäänuid ei ole veel piisavalt uuritud.

Praeguseks hetkeks on põhjalikult iseloomustatud valkude rühm, mis sisaldab PI(3)K kinaasidega suguluses olevaid kinaase. Kõige tuntum valk antud rühmast on ATM valk (ingl. Ataxia telangiectasia mutated), mis kasutab üht domeeni spetsiifiliseks seondumiseks DNA kaheahelalisele katkestusele, millega kaasnevad valgu ja teise domeeni konformatsioonilised muutused. Teine domeen omab kinaasset aktiivsust. Selle tulemusel toimub ATM valgu aktivatsioon. ATM kinaas fosforüleerib p53 valgu Ser15 jääki, kinaas DNA-PK (ingl. DNA-dependent protein kinaas, proteiinkinaas, mille aktiivsus sõltub DNA-ga seondumisest) fosforüleerib p53 valgu Ser15 ja Ser37 jääke. Antud Ser jäägid ning fosforüleerimise saidid Thr18 ja Ser20 asuvad p53 valgu piirkonnas, mis kontakteerub Mdm2 valguga. Arvatakse, et fosforüleeritud olekus ei toimu p53 ja Mdm2 valgu vahelist interaktsiooni, mis omakorda tõstab p53 poolestusaega ja aktiveerib valku. Samuti oli näidatud, et normaalse funktsioneerimisega rakule piisab üht DNA kaheahelalist katkestust p53 valgu aktivatsiooniks ja raku jagunemise tsükli peatamiseks.

Teine hüpotees oletab, et fosforüülitakse Mdm2 valgu jäägid. Nad lokaliseeruvad osas, mis vastutab p53 valgu seondumise eest. Tulemuseks on Mdm2:p53 kompleksi dissotsiatsioon.

Kolmanda hüpoteesi järgi fosforüülitakse Mdm2, millega kaasneb E3-ligaasse aktiivsuse pärssimine. Mdm2:p53 kompleks ei lagune, kuid samaaegselt ei toimu p53 markeerimist ja lagunemist.

Mdm2 osalemine p53 valgu regulatsioonis[muuda | redigeeri lähteteksti]

Normaalsetel tingimustel ekspresseeruvad rakus nii p53 kui ka valk Mdm2. Mdm2 (ingl. Mouse double minute chromosome amplified oncogene) nimi tuleneb sellest, et esialgu määrati valgu funktsioon hiirtel. Homoloogiline geen HDM2 inimestel on samuti onkogeen.

Mdm2

Mdm2 valgu N-terminaalne domeen seob p53 N-terminaalse transaktivatsiooni domeeni. Sellega ei avaldu p53 valgu aktiivset toimet. Lisaks sellele on Mdm2:p53 kompleks transkriptsiooni inhibiitor.

Valk Mdm2 on E3 grupi ubikvitiin-sõltuva proteolüütilise süsteemi ensüüm, kusjuures Mdm2 on spetsiifiline valgu p53 suhtes. See tähendab seda, et Mdm2 katalüüsib aktiveeritud ubikvitiini ülekannet E2 ensüümilt p53 valgule. Seega käitub Mdm2 kui E3 ligaas. Ubikvitiiniga markeeritud p53 on substraadiks 26S-proteosoomile, mis teostab p53 valgu proteolüüsi. Normaalsetes tingimustes moodustub pidevalt Mdm2:p53 kompleks ja toimub p53 valgu proteolüüs. See mehhanism seletab, miks püsib p53 valgu konstsentratsioon stressi puudumisel madalal tasemel.

Mutatsioonide roll haiguste tekkes[muuda | redigeeri lähteteksti]

Li-Fraumeni sündroom[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Li-Fraumeni sündroom

Kui TP53 geen on kahjustatud, siis väheneb oluliselt kasvajarakkude allasurumine. Inimestel, kellel on sündides ainult üks TP53 geeni funktsionaalne koopia, areneb kasvaja suure tõenäosusega varases täiskasvanueas. Selle haiguse nimi on Li-Fraumeni sündroom. TP53 geeni kahjustust põhjustavad ka mutageenid (kemikaalid, radiatsioon või viirused), mis suurendavad tõenäosust, et rakk hakkab kontrollimatult jagunema.

Kasvajad inimestel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Üle 50% protsendi inimeste kasvajatest sisaldavad mutatsioone või deletsioone TP53 geenis. Võib tunduda, et p53 hulga suurendamine aitab kasvajate arenemist pidurdada, tegelikult seda meetodit ei kasutata, kuna põhjustab enneaegset vananemist.[11]

Kopsuvähk[muuda | redigeeri lähteteksti]

Benso(a)püreen – mutageen, mis on leitud tubakasuitsus. See aine seondub DNAga, ning võib toimuda guaniini asendumine tümiiniga. Avastati, et muud keemilised ühendid, mis pärinevad tubakasuitsust, tekitavad tsütosiini asendust adeniiniga. Kui see toimub TP53 geenis, siis mutatsioonid võivad p53 valku kahjustada, selle tulemusel on kasvajate allasurumine takistatud.

Maksavähk ja p53[muuda | redigeeri lähteteksti]
Next.svg Pikemalt artiklis Maksavähk

Kaks peamist maksavähi tekkimise tegurit – nakatumine B-hepatiidi viirusega ja aflatoksiini toime. Aflatoksiin on mutageen, mida toodavad seened Aspergillus flavus ja Aspergillus negrus. Aflatoksiin, nagu bensopüüreen, võib muuta TP53 geeni, takistades sel viisil p53 valgu võimet kasvajat alla suruda. B-hepatiidi viirus toodab valku, mis kontakteerub p53 valguga, ning takistab selle toimet.

Nahavähk ja p53[muuda | redigeeri lähteteksti]

UV-kiirgus võib põhjustada DNA kahjustamist. Kui DNA kahjustamine on tõsine ja reparatsiooni süsteem on häirunud, siis p53 valk indutseerib apoptoosi. TP53 geeni mutatsioonid, mis on põhjustatud UV-kiirguse poolt, muudavad valgu inaktiivseks, kahjustatud rakk jaguneb ja moodustub vähkkasvaja.

Emakakaelavähk ja p53[muuda | redigeeri lähteteksti]
Next.svg Pikemalt artiklis Emakakaelavähk

Inimese papilloomiviirus on viirus, mis levib sugulisel teel ja võib emakakaela rakke nakatada. Pärast rakku sisenemist toodab viirus valku, mis seondub p53 valguga ja degradeerib seda.

Rinnavähk[muuda | redigeeri lähteteksti]

Paljudes vähikasvatajates esineb normaalne p53, kuid on leitud, et mõnedel juhtudel suureneb Mdm2 valgu konstsentratsioon, mis omakorda pärsib p53 valgu aktiivsust.

p53 valgu polümorfism[muuda | redigeeri lähteteksti]

Geen TP53 kodeerib vähemalt kahte valku veidi erineva regulatsiooniga (kaks vormi moodustuvad alternatiivse pre-mRNA splaissingu tulemusel). Samuti on olemas andmed, mis näitavad, et eksisteerib terve rühm p53 valgu sugulasi. Kõige rohkem on uuritud valk p73.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

1979. aastal avastasid Lionel Crawford, David P. Lane, Arnold Levine ja Lloyd Old transformeeritud rakkudest p53 valgu, mis moodustab kompleksi suure T-antigeeni SV40-ga. Hiljem tehti kindlaks, et p53 valgu tase on kasvajarakkudes oluliselt tõusnud. p53 valk on olemas ka normaalsetes rakkudes, kuid väheses koguses.

1982. aastal kloonis vene teadlane Peter Tšumakov hiire TP53 geeni. Aasta hiljem oli temast sõltumatult TP53 geeni klooninud Moshe Oren koostöös David Givoliga.[12][13] 1984. aastal klooniti inimese TP53 geen.[14] 1984. aastal tõestati, et geeni cDNA on võimeline tugeva promootori/enhanseri kontrolli all põhjustada hiire kondrotsüütide pidevat, piiramatut jagunemist. Lähtudes saadud andmetest oletati pikka aega, et geen TP53 on dominantne onkogeen. Alles 1989. aastal lükkas Bert Vogelstein selle väite ümber.[15]

Warren Maltzman oli esimene, kes demonstreeris, et TP53 reageerib DNA kahjustustele, mis on põhjustatud UV-kiirgusest.[16] 1992. aastal indentifitseeris Walfik El-Deiry, kes töötas koos Bert Vogelsteiniga John Hopkinsi Ülikoolis, konsensusjärjestuse, millele seondub inimese p53 valk. Järjestus publitseeriti 1992. aastal esimeses Nature Genetics numbris. 1993. aastal teenis p53 "Aasta molekuli" tiitli.[17] Samal aastal avastas Wafik El-Deiry p21(WAF1), mille ekspressioon on reguleeritud p53 poolt. Tööd on kõige sagedameni tsiteeritud ajakirjas Cell. Artikkel sisaldab molekulaarse mehhanismi kirjeldust, mis näitab, et loomsed rakud suruvad rakujagunemist alla kahjustuste korral.

Nimi[muuda | redigeeri lähteteksti]

Valk sai oma molekulmassi tõttu nimeks p53: liigub SDS-PAAG elektroforeesil 53 kDa juures. Valgu tegelik molekulmass on 43,7 kDa. Ebatäpsus on tingitud sellest, et valk sisaldab hulgaliselt proliinjääke, mis vähendavad valgu liikumise kiirust geelis.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Ain Heinaru, "Geneetika" õpik kõrgkoolile, Tartu Ülikooli Kirjastus, lk 775, 2012, ISBN 978-9949-32-171-1
  2. Genes and Disease [Internet].,The p53 tumor suppressor protein, National Center for Biotechnology Information (US). Bethesda (MD): National Center for Biotechnology Information (US); 1998-., Veebiversioon (vaadatud 01.03.2014) (inglise keeles)
  3. Read, A. P.; Strachan, T. (1999). "Chapter 18: Cancer Genetics". Human molecular genetics 2. New York: Wiley. 
  4. Hiroshi Hiai, Okio Hino,Animal Models of Cancer Predisposition Syndromes, S.Karger AG, lk 46, 1999, Veebiversioon (vaadatud 01.03.2014) (inglise keeles)
  5. Isobe M, Emanuel BS, Givol D, Oren M, Croce CM (1986). "Localization of gene for human p53 tumour antigen to band 17p13". Nature 320 (6057): 84–5. doi:10.1038/320084a0. PMID 3456488. 
  6. McBride OW, Merry D, Givol D (1986). "The gene for human p53 cellular tumor antigen is located on chromosome 17 short arm (17p13)". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83 (1): 130–134. doi:10.1073/pnas.83.1.130. PMC 322805. PMID 3001719. 
  7. Larsen S, Yokochi T, Isogai E, Nakamura Y, Ozaki T, Nakagawara A (February 2010). "LMO3 interacts with p53 and inhibits its transcriptional activity". Biochem. Biophys. Res. Commun. 392 (3): 252–7. doi:10.1016/j.bbrc.2009.12.010. PMID 19995558. 
  8. Harms KL, Chen X (2005). "The C terminus of p53 family proteins is a cell fate determinant". Mol. Cell. Biol. 25 (5): 2014–30. doi:10.1128/MCB.25.5.2014-2030.2005. PMC 549381. PMID 15713654. 
  9. National Center for Biotechnology Information. "The p53 tumor suppressor protein". Genes and Disease. United States National Institutes of Health. Vaadatud 2008-05-28. 
  10. Han ES, Muller FL, Pérez VI, Qi W, Liang H, Xi L, Fu C, Doyle E, Hickey M, Cornell J, Epstein CJ, Roberts LJ, Van Remmen H, Richardson A (June 2008). "The in vivo gene expression signature of oxidative stress". Physiol. Genomics 34 (1): 112–26. doi:10.1152/physiolgenomics.00239.2007. PMC 2532791. PMID 18445702. 
  11. Tyner SD, Venkatachalam S, Choi J, Jones S, Ghebranious N, Igelmann H, Lu X, Soron G, Cooper B, Brayton C, Hee Park S, Thompson T, Karsenty G, Bradley A, Donehower LA (2002). "p53 mutant mice that display early ageing-associated phenotypes". Nature 415 (6867): 45–53. doi:10.1038/415045a. PMID 11780111. 
  12. Oren M, Levine AJ (January 1983). "Molecular cloning of a cDNA specific for the murine p53 cellular tumor antigen". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 80 (1): 56–9. doi:10.1073/pnas.80.1.56. PMC 393308. PMID 6296874. 
  13. Zakut-Houri R, Oren M, Bienz B, Lavie V, Hazum S, Givol D (1983). "A single gene and a pseudogene for the cellular tumour antigen p53". Nature 306 (5943): 594–7. doi:10.1038/306594a0. PMID 6646235. 
  14. Matlashewski G, Lamb P, Pim D, Peacock J, Crawford L, Benchimol S (December 1984). "Isolation and characterization of a human p53 cDNA clone: expression of the human p53 gene". EMBO J. 3 (13): 3257–62. PMC 557846. PMID 6396087. 
  15. Baker SJ, Fearon ER, Nigro JM, Hamilton SR, Preisinger AC, Jessup JM, vanTuinen P, Ledbetter DH, Barker DF, Nakamura Y, White R, Vogelstein B (April 1989). "Chromosome 17 deletions and p53 gene mutations in colorectal carcinomas". Science 244 (4901): 217–21. doi:10.1126/science.264998. PMID 2649981. 
  16. Maltzman W, Czyzyk L (September 1984). "UV irradiation stimulates levels of p53 cellular tumor antigen in nontransformed mouse cells". Mol. Cell. Biol. 4 (9): 1689–94. PMC 368974. PMID 6092932. 
  17. Koshland DE (December 1993). "Molecule of the year". Science 262 (5142): 1953. doi:10.1126/science.8266084. PMID 8266084. 

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]