《癌生物学》第九章(3) P53的生物学功能

我们已经知道了,P53可接受多种激活信号,DNA损伤及失调的生长信号也参与调节P53的稳定,此外,Mdm2参与泛素化调节P53降解,ARF能结合并抑制Mdm2今天我们将主要讨论P53的分子生物学功能,及其与肿瘤发生发展的关系。
1、DNA损伤后p53阻止细胞周期的进程并参与修复
如前所述p53转录因子一个非常重要的靶基因就是Mdm2基因。当作为一个转录因子激活时,p53促进Mdm2的合成Mdm2则能促进p53的降解这个负反馈环保证了p53分子在合成后能很快被降解,使正常细胞中的p53蛋白维持在较低的水平。
p53-Mdm2反馈环解释了p53异乎寻常的行为。在带有突变或有缺陷的p53等位基因的人类肿瘤细胞中,p53蛋白的表达水平相对正常细胞来说几乎维持在非常高浓度。乍看起来,这似乎很奇怪,因为像p53这样的一个生长抑制的蛋白的表达水平如此高,似乎与恶性细胞的增殖相矛盾。这个悖论可以被前面提到的情况解释,即大多数突变的p53基因导致了p53蛋白丧失其转录激活能力。一个直接的后果就是p53不能诱导Mdm2的转录及蛋白质合成。在Mdm2缺失的情况下,无功能的p53可以逃脱降解,并累积到一个非常高的水平。

9-3-1p53突变细胞中p53的积累用和过氧化物酶偶联的抗p53抗体染色卵巢癌组织后(细胞核被染成黑色)在显微镜下观察:卯巢癌中大量的上皮细胞由含有高水平的p53表达的细胞组成

这解释了为什么在肿瘤细胞群中容易通过免疫染色的方法检测到p53这是在这些细胞基因组中存在突变的p53等位基因的一个明显迹象。这解释了在被SV40感染或转化的细胞中p53蛋白含量较的原因:p53被病毒的大T抗原隔离,抑制了p53诱导的Mdm2基因的表达从而抑制了p53的降解。
Mdm2仅仅是p53诱导表达的基因中的一个另外一个非常重要的靶基因就是p21Cip1p21Cip1是一种广泛的CDK抑制剂,它可以抑制CDK2CDKK2, 它的诱导表达解释了p53制细胞生长(而不是促进凋亡)的活性。解释了p53是如何阻断细胞周期各个点而向前进展的。
同时,细胞内的DNA修复机器也将被动员起来,对损伤进行修复。其中有些是接被p53诱导的。研究证明,在带有野生型p53等基因的细胞中某些DNA修复蛋要比在带有突变p53等位基因的细胞中能快地动员起来。另外,DNA 修复蛋切除改变化学碱基后,DNA聚合酶在重建DNA链的过程中发挥重要的作用,其活性在p53缺失的细胞中比野生的对照中要低得多。当DNA被成功修复后,保护p53被降解的信号将消失。接下来p53水平降低而p21Cip1的水平恢复正常。这使得细胞周期进程恢复,保证细胞进入S期,DNA复制得以开始。

9-3-1p53靶基因举例(依据功能分类)

p53白还可以通过其他的基因和蛋白质来增强对细胞周期的阻滞。例如,Siah-1,另一个p53诱导的基因产物,参与β-catenin的降解,而β-catenin帮助诱导 cyclin D1的合成,以通过细胞周期的G1期。β-catenin的丢失可能会引起myc基因转录的降低,除了对于G1期进程的影响,也会引起其他细胞周期各个时期的进程减慢。
p53的这些功能使得有人将其称为“基因组的保护神”。在染色体DNA受损伤之后,通过阻止细胞周期的进程和DNA的复制同时诱导DNA修复酶的表达,p53能够减少细胞基因组中突变累积的比率此外,在DNA损伤发生时,p53将启动凋亡,进而消灭突变的细胞及它们的基因组。相反如果失去了p53的功能,细胞将发生复制损伤且只有未被修复的DNA这将导致它们产生相对不稳定的基因组,即在细胞增殖中积累了异常高比率突变的基因组。
2、p53引发凋亡
在大量不可修复的基因组损伤、缺氧(特别是无氧)或者许多信号失衡的情况下 p53能够引起比可逆的细胞周期阻滞更为强烈的反应,即启动凋亡。凋亡程序依照着精细协调的计划进行。在几分钟以内,质膜形成泡状结构,细胞核断裂固缩,染色体DNA片段被裂解为小片段。通常在1h内,凋亡的细胞破碎成小的片段(凋亡小体),被邻近组织中路过的巨噬细胞快速摄入。
凋亡在正常组织的生理学过程中发挥着重要作用。如:在红细胞发育的过程中,超过95%的有核红细胞(成熟红细胞前体),作为常规操作中的一部分,被从骨髓中去除。但是当血液中运输的氧气比率跌到一个限值时,或者是因为出血、各种类型的缺血或周围空气中低氧时,促红细胞生成素将快速上升,并且阻断这些红细胞前体的凋亡,使它们成熟为有功能的红细胞。在遗传学上敲除凋亡机器的主要元件的小鼠中,出现了很多特征性的发育缺陷,包括大脑中过多的神经元、面部畸形、脚趾间蹊化消失的延迟及上腮与晶状体的异常。在大脑发育的过程中,超过半数的初始神经元在形成神经回路的过程中都将遍通过凋亡而被清除。
在更普遍的层面上,凋亡用来保证人类组织中的各种不同类型的细胞保持在一个合适的数量。我们的肝脏中心形成的细胞与去除的细胞数量相当,绝大多数这种消失的细胞都是通过凋亡来去除的。(注意:维持常规组织的凋亡似乎并不依赖于p53的功能,p53启动的凋亡似乎仅针对非常规的、威胁到细胞及组织的紧急情况,结果是清除有潜在成瘤能力的细胞)

9-3-3凋亡细胞的检测:A在凋亡程序的早期,磷脂酰丝氨酸(PS分子,正常应该存在于质膜的内层,被翻转而暴露于细胞的表面。PS与膜联受体V蛋白相结合,后者与荧光染料偶联,供检测的细胞表面暴露出来的PS绿色);(BTUNEL检测中,凋亡的细胞(黄绿色,上)的染色体DNA被片段化暴露出了可以被末端脱氧核苷酸转移酶(TdT延长的DNA 3′BrdUTP溴脱氧尿苷三磷酸)作为底物。产生的寡核苷酸尾巴可以被抗-BrdU的单克隆抗体识别,该抗体与染料分子相偶联(黄绿色);(CMMTY-Neu小鼠乳腺癌组织中使用针对剪切的(激活的)级联蛋白3红色)的偶联了荧光染料的抗体及对细胞核染色(蓝色)的DAPI凋亡的癌细胞区域(左)与正常的基质细胞(右)相邻,而后者中的凋亡细胞中非常少见

p53起始凋亡一部分是通过启动许多组成凋亡机器的下游靶基因的表达来实现的。这些基因编了不同类型的凋亡前体蛋白。同时,p53还抑制了那些抗凋亡蛋白的表达。
总之,在某些情况下,p53行使其抑制细胞生长功能,阻碍细胞周期的进程。在另一些情况下,p53激活细胞潜在的凋亡机制,确保细胞死亡。这两种调控模型间的选择似乎依赖于生理性刺激或者遗传学损伤的种类、刺激或者损伤的严重程度、细胞类型,以及细胞中其他促进制亡或者抗凋亡信号的运作。
3、p53失活为初始癌细胞在肿瘤发展的多个阶段提供机会
在肿瘤细胞形成的早期阶段,原癌基因常通过不同形式的突变而被激活。这种癌基因的激活很容易将细胞置于p53诱导凋亡的危险中。在接下来的肿瘤发展过程中,越来越多的肿瘤细胞会由临养缺氧的问题,在这种情况下,正常细胞通常会死亡(凋亡);而肿瘤细胞则会生存下来,因为它们的祖辈细胞在肿瘤发生的早期阶段就会失活p53基因
在肿瘤发展的多阶段、多步骤的长期过程中,p53对遗传损伤诱导反应的缺失会允许累积突变高于正常比例的细胞存活下来。这种突变的增多使原癌基因激活和抑癌基因失活相应增多,也会加速前恶性细胞到恶性细胞的演进过程。此外,依赖p53表达的一个重要的靶基因是TSP-1即凝血酶敏感素1TSP-1是一个在细胞外间隙阻止血管形成的分泌性蛋白。在肿瘤发展的早期阶段,p53缺失导致TSP-1表达的减少,为成簇的肿瘤细胞得到足够的血供解除了一个重要的障碍。
总之,整个有机体能因体内细胞存在p53而得到保护一旦它们中有些细胞的p53功能缺失,就会自由通往恶性转化之路,整个机体就会遭受严重的打击,这也解释了为什么绝大部分肿瘤中p53通路通常被破坏

 

4、影响p53信号通路的基因影响肿瘤形成

1982,有许多家庭被发现对多种不同的肿瘤有高度的敏感性,包括:恶性胶质瘤、白血病、乳腺癌、肺癌、胰腺癌、肾母细胞瘤和软组织肉瘤。有2/3的家族成员在他们22岁之前就有着这些肿瘤的存在,他们之中有些成员甚至同时并发多种肿瘤,这种家族性的肿瘤综合征称为 Li-Fraumeni 综合征。它的最特别之处在于能引起多种类型肿瘤的敏感性,这与我们在第7章提到的其他类型的家族性肿瘤综合征相比完全不同。

9-3-4p53等位基因种系突变导致的家族性肿瘤易感性:乳腺癌(绿色)、恶性胶质瘤(灰色)、白血病(紫色)、肺癌(蓝色)、胰腺癌(橙色)、肉瘤(红色)、肾母细胞瘤(棕色);男性用正方形表示,女性用圆形表示

1990研究者发现大多数病例是由于17号染色体短臂的1 3恰好是p53基因定位的区域)存在等位基因突变。在这些肿瘤多发家族70%的成员中,p53的等位基因突变都遵循养孟德尔遗传法则,从母代传至子代遗传了p53等位基因突变的家族成员在生命的早期有更高的可能性发生某种恶变。不同肿瘤发生的年龄也各不相同。例如,5岁时易发生肾上腺皮质癌,16岁时易发生肉瘤,25岁时为脑肿瘤,37岁时为乳腺癌50岁时则为肺癌。
p53等位基因突变在Li-Fraumeni家族的种系传递中意味着分散于p53阅读框的多种点突变(迄今为止,人们已识别出超过500p53的种系突变)。近些年来 ,一些相似的家族性肿瘤综合征已追踪到p53控制通路的其他组成部分,家族癌症易感性可能来源于p53通路中其他组成部分的缺陷
参考书目:《The Biology of Cancer》(Second Edition)  R.A.Weinberg  著,詹启敏 等  译
杂谈

前有肆虐病毒,后有患者砍刀 柳叶刀呼吁保卫中国医生

2020-1-23 21:30:11

杂谈

《癌生物学》第九章(2) P53水平的调控

2020-1-23 21:39:10

声明 本网站部分文章源于互联网,出于传递更多信息和学习之目的转载,并不保证内容正确或赞同其观点。
如转载稿涉及失效、版权等问题,请立即联系管理员;我们会予以修改、删除相关文章,请留言反馈
Notice: When your legal rights are being violated, please send an email to: [email protected]
0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索