CC BY
131
А.И. Дубиков
Владивостокский государственный медицинский университет, Владивосток
БЕЛОК Р-53: НОВАЯ ЖИЗНЬ СТАРОЙ МОЛЕКУЛЫ Часть I
Контакты: Александр Иванович Дубиков
Contact: Alecsandr Ivanovich Dubikov [email protected]
Упрощенные представления о молекуле р-53 как определяющей исключительно сдерживание роста злокачественных опухолей потерпели полное фиаско. В последние годы опубликовано большое количество работ, открывающих новые аспекты влияния протеина р-53 на метаболизм, фертильность, развитие и дифференцировку клеток. Только сейчас мы начинаем понимать интимные механизмы некоторых функций р-53 и пути непосредственной регуляции активности самой молекулы р-53.
Белок р-53 и болезни суставов
Хотя позиция р-53 в канцерогенезе довольно четко очерчена, его роль в развитии иммунопатологических и воспалительных процессов остается весьма туманной. Дисфункция белка р-53 создает предпосылки к развитию так называемого пролиферативного, гипоапопто-тического или гиперпластического фенотипа. Изучение роли р-53 в механизмах развития артритов первоначально ограничивалось определением его мутаций, что, как считалось, приводило к потере свойств р-53 [1, 2]. Однако некоторые авторы отмечали повышенную склонность синовиоцитов к инвазивному росту при угнетении активности нормального р-53 [3]. Восстановление локальной экспрессии р-53 с помощью аденовирусной доставки последнего в воспаленные суставы кроликов сопровождалось регрессией воспаления синовиальной оболочки [4]. Хотя причины повреждения молекулы р-53 в клетках синовиальной оболочки остаются неизвестными, понятно, что следствием этого является склонность синовиальной ткани к гиперпластическому росту с повышенной инвазивностью. Эта гипотеза была подтверждена в одном исследовании на модели колла-ген-индуцированного артрита у мышей с отсутствием молекулы р-53, что ассоциировалось с большей тяжестью артрита, высокой гиперпластичностью синовии и снижением активности апоптоза [5]. Было показано, что ненарушенная экспрессия р-53 на локальном и системном уровнях способствует снижению тяжести анти-ген-индуцированного артрита, тогда как потеря функций р-53 ведет к увеличению тяжести и выраженности воспаления [6]. При этом авторы отмечали, что р-53 влияет на точность иммунного ответа благодаря воздействию на антиген-специфическую Т-клеточную активацию и модуляции высвобождения цитокинов. Все это говорит о существовании других, неапоптотических механизмов реализации эффектов молекулы р-53 при иммунопатологических процессах и определяет актуальность систематизации знаний в этой области молекулярной биологии.
Оставляя в стороне многие фундаментальные вопросы биологии р-53 (с ними можно ознакомиться в обзорах), мы остановимся на новейших данных, раскрываю-
щих возможные перспективы изучения роли белка р-53 в патогенезе ревматических болезней.
Антипролиферативный эффект р-53 обусловлен
не только апоптозом
Доминирующий взгляд на ключевую роль р-53 в развитии феномена программированной клеточной смерти (апоптоза) не подвергается сомнению. Однако неуклонно растет количество фактов, указывающих, что р-53 обладает и другими функциями, сдерживающими процессы пролиферации, злокачественного роста. То, что апоптоз не является единственным феноменом в арсенале р-53, стало очевидным с открытием белка PUMA (p53-upregulated modulator of apoptosis). PUMA — единственный BH 3 (Bcl-2 homology domain 3)-протеин, инициирующий митохондриальный путь апоптоза. Изучение мышей, не имеющих этого протеина, показало, что PUMA необходим для развития апоптоза в ответ на активацию молекулы р-53 во многих тканях [7]. Тем не менее нулевые по белку PUMA мыши необязательно развивают злокачественные опухоли [8], хотя ряд исследований показал, что потеря PUMA способствует канцерогенезу, определяемому Myc-онкогеном [9, 10]. Становится ясным, что р-53 может сохранять антипролиферативные свойства даже в отсутствие твердого апоптотического ответа.
Анализ необычных мутантных форм белка р-53 приводит к тому же выводу. В то время как большинство ассоциированных со злокачественной опухолью мутаций р-53 ведут к полной утрате всех его функций, некоторые типы опухолевых мутаций р-53 позволяют ему сохранить способность к остановке клеточного цикла при полной утрате способности вызвать апоптоз [11]. Линия мышей, несущая одну такую мутацию (единичная аминокислотная замена пролина на аргинин в 172-м остатке), представляет собой очень интересный фенотип: будучи совершенно дефицитной по р-53-опосредованному апоп-тозу, эта линия мышей защищена от развития опухолей [12]. Очевидно, что мутантный р-53 содержит другие возможности антипролиферативного эффекта.
Феномен старения - вновь установленная
антипролиферативная функция р-53
Каким же еще механизмом, сдерживающим рост злокачественной опухоли, обладает молекула р-53? Наиболее очевидным свойством является способность р-53 останавливать клеточную пролиферацию и рост. Также р-53 может эффективно останавливать клеточный цикл, активируя транскрипцию ингибитора циклин-зависимой киназы р-21, хотя несколько других генов-мишеней молекулы р-53 (14-3-3 sigma и GADD45) могут вносить свой вклад в этот феномен [13]. При этом надо отметить, что р-21 чрезвычайно чувствителен к самым низким концентрациям р-53 и ведет к немедленной остановке клеточно-
го цикла в фазе G1 при малейшем повреждении клетки, позволяя ей пережить неблагоприятный период. Однако в случае канцерогенеза (или нецелесообразной пролиферации) подобного рода реакция позволит сохраниться клеткам со злокачественным потенциалом. Так что же, как не элиминация клеток через программированную клеточную смерть, способно предотвратить злокачественную пролиферацию? Ответ может быть найден в активации феномена старения — необратимой остановке клеточного цикла. Серия интереснейших исследований высветила важность феномена старения в ингибировании злокачественной пролиферации и идентифицировала при этом ключевую роль молекулы р-53 в такого рода биологическом ответе. В нескольких работах было показано, что ключевую роль в развитии феномена старения играет повреждение ДНК через активацию онкогенов или в ответ на дисфункцию теломер, что повышает активность протеина р-53 [14, 15].
Более того, старение остается ключевым феноменом в ответ на активацию р-53 при злокачественной пролиферации в далеко зашедших стадиях. В моделях на мышах реактивация белка р-53 приводила к существенной регрессии различных типов злокачественных опухолей, доказывая высокий терапевтический потенциал такого подхода к лечению [16—18]. Интересно, что при саркомах и карциномах в ответ на повышение активности молекулы р-53 проявляется прежде всего феномен старения, а не апоптоза. Хотя исследования на культурах тканей свидетельствуют о том, что развитие феномена старения является скорее цитостатическим ответом, стабилизирующим заболевание, но не вызывающим его обратное развитие, исследования in vivo отчетливо показали возможность полной эрадикации злокачественного клона клеток при сопутствующей стимуляции иммунной системы [18]. Одним из ключевых регуляторов р-53-опо-средованного старения является белок р-21 [19]. Супрессия злокачественной пролиферации мутантной формой р-53 R172P, дефектной по апоптозу, сопровождается прежде всего активацией молекулы р-21 и феномена старения [20, 21]. Более того, введение мутантной формы р-53 линии мышей, нулевой по наличию белка р-21, приводило к полной потере способности к остановке клеточного цикла и ускоряло рост злокачественных опухолей [22]. Все эти факты убедительно свидетельствуют о том, что р-53-опосредованная активация молекулы р-21 является важным звеном в угнетении злокачественной пролиферации через феномен старения.
Складывается впечатление, что р-53-зависимые феномены апоптоза и старения являются своего рода страховкой друг для друга и развитие того или иного определяется конкретным типом клеток и состоянием окружающей среды (тканевым контекстом).
Что определяет характер ответа белка р-53?
Диалектика функции молекулы р-53 такова, что, кроме способности уничтожать потенциально опасные клетки, она может содействовать выживанию клетки в чрезвычайно неблагоприятных условиях через целый ряд механизмов. В арсенале р-53 имеется ряд белков-мишеней, которые предотвращают развитие апоптоза. Это молекула р-21, такие рецепторы смерти, как DcR 1 и DcR 2, фактор транскрипции SLUG (обладает способностью тормозить экспрессию PUMA) и некоторые активаторы AKT/PKB (протеин-киназы В) [23]. Недавно было пока-
зано, что группа р-53-индуцируемых генов действуют как мощные антиоксиданты, снижая уровень кислородных радикалов внутри клетки [24, 25]. Хотя эти механизмы могут тормозить канцерогенез, предотвращая повреждение ДНК и генную нестабильность, тем не менее снижение уровня внутриклеточных кислородных радикалов уменьшает чувствительность клетки к апоптозу [26].
Такая двойственность природы протеина р-53 позволяет поставить закономерный вопрос: а что же определяет в итоге характер ответа р-53? Скорее всего, вариант ответа зависит от морфологического типа ткани, природы стрессорного сигнала, клеточной среды. Есть факты, указывающие, что выбор между «смертью и жизнью» зависит от тяжести повреждения клетки и длительности воздействия стресса. Показано, что кратковременный характер стресса инициирует сигнал к выживанию клетки (р-53 действует как цитопротектор). Напротив, длительно действующие интенсивные стрессорные факторы запускают сигнал к апоптозу и старению [27].
Несмотря на абсолютную противоположность ответов, запускаемых активированной молекулой р-53, все они могут иметь антипролиферативную направленность (антиканцерогенез), предотвращая накопление онкоген-ных повреждений или удаляя поврежденные клетки посредством апоптоза и старения. Такая модель функционирования р-53 подразумевает, что в некоторых случаях, в условиях невозможности восстановления клетки, про-тективная активность р-53 может быть чрезвычайно опасна.
Влияние р-53 на метаболизм клетки -
вновь выявленный антипролиферативный
механизм. Феномен аутофагии
Изменения, которые способствуют злокачественной пролиферации клеток и их выживанию, часто сопровождаются отклонениями в клеточном метаболизме, что, в свою очередь, также способствует канцерогенезу [28]. Репрограммирование клеточного метаболизма дает озлокачествленной клетке ряд неоспоримых преимуществ, включая возможность выживать в неблагоприятных условиях (таких как гипоксия, аноксия), способность к мобилизации анаболического синтеза (что обеспечивает клетку макромолекулами, необходимыми для дальнейшего роста) и уменьшению последствий оксида-тивного стресса [28]. Зависимость канцерогенеза от метаболических трансформаций ярко проиллюстрирована соответствующими экспериментальными моделями. Изменение метаболической программы в этих моделях приводило к резкому ограничению возможностей злокачественного роста [29—31].
Роль р-53 в регуляции метаболизма клетки и ответе на его изменения — область новейших и перспективных исследований. Каков же вклад р-53 в контроль клеточного метаболизма и как это отражается на антипролифе-ративных свойствах р-53? Известно, что р-53 может быть активирован отклонениями в метаболизме (например, голоданием) — ответ, опосредуемый АМФ-активирован-ной протеинкиназой (AMP-activated protein kinase, AMPK), которая является ключевым компонентом клеточного ответа на биоэнергетический стресс [32]. р-53 вызывает экспрессию ряда генов (включая ген AMPK), тормозящих активность киназы mTOR (mammalian target of rapamycin), центрального узла в контроле синтеза белка [33, 34].
Роль молекулы р-53 в развитии клеточных реакций на голодание и метаболический стресс проявляется в способности р-53 регулировать феномен аутофагии, мембраноопосредованное «самопоедание» клетки, процесс лизосомального переваривания внутриклеточных компонентов. Аутофагия в условиях голодания способствует очищению от поврежденных органелл и других белковых субстанций, обеспечивая тем самым кратковременное выживание здоровых клеток.
Способность р-53 инициировать аутофагию посредством активации лизосомальных белков, таких как DRAM (damage-regulated autophagy modulator) [35], или через репрессию белка mTOR находится в логической связи с антипролиферативной функцией аутофагии (угнетение злокачественного роста) [36].
Однако взаимоотношения между р-53 и аутофаги-ей, очевидно, являются более сложными. Было показано, что базальный уровень р-53 в цитоплазме обладает способностью ингибировать аутофагию [37]. Такими же сложными являются взаимоотношения между аутофаги-ей и злокачественным ростом: показано, что р-53-инду-цированная аутофагия может как тормозить рост опухоли, так и способствовать ему [38]. Каким образом определяется и координируется тип ответа на р-53-индуциро-ванную аутофагию — остается неизвестным.
Помимо влияния на активность белка mTOR и тем самым на белковый синтез, р-53 может вмешиваться в метаболизм клетки еще более интимным образом [39]. Эти недавно открытые возможности р-53 включают в себя способность модулировать захват глюкозы [40], усиление митохондриального дыхания [41], ослабление гликолиза [27, 42]. Интересно, что ряд этих эффектов способен нейтрализовать отрицательные последствия анаэробного гликолиза (эффект Варбурга), типичного для злокачественной трансформации метаболического пути. Таким образом, р-53 имеет достаточно широкий арсенал метаболических возможностей ограничения пролиферации, в том числе не только злокачественной по своему характеру.
Признание роли р-53 в регуляции гликолиза, окси-дативного стресса и процесса выживания клеток привело нас к пониманию всей сложности сигнальных путей, связанных с этой молекулой. Адекватная регуляция функции р-53 сопровождается антипролиферативными эффектами. В случае неадекватной регуляции молекула р-53 может способствовать злокачественному росту. В качестве примера приведем возможности р-53 в торможении феномена аутофагии, что способствует опухолевой прогрессии. Другой пример — метаболический дуализм р-53: влияя на гликолиз, она может тормозить рост опухоли, но в то же время, активируя пентозо-фосфат-ный путь, содействует опухолевому росту [28]. Складывается впечатление, что тонкий контроль функций молекулы р-53 может предотвратить превращение одного из самых мощных супрессоров злокачественной пролиферации из друга во врага.
Целесообразность активации молекулы р-53:
всегда ли она необходима?
Хотя возможности р-53 управлять процессами клеточной смерти представляются весьма целесообразными, особенно в контексте развития злокачественных опухолей, тем не менее не во всех случаях стрессорных воздействий на клетку они благоприятны. Например,
вызванная повреждением ДНК активация р-53 несет ответственность за побочные эффекты лучевой и химиотерапии. Хотя эти эффекты рассматриваются как неизбежные и непременно возникающие при активации защищающих геном механизмов, тем не менее недавние исследования показали, что для торможения роста опухоли этот первоначальный ответ р-53 совсем не обязателен [43, 44]. Складывается впечатление, что кратковременная ингибиция р-53 во время лечения злокачественных опухолей может быть полезна в смысле защиты здоровых тканей [45].
p-53 вовлечен в мириады ответов на непрерывно действующие стрессорные факторы, не будучи способным определить, когда это целесообразно для клетки, а когда нет. Например, р-53-индуцированный апоптоз в ответ на гипоксию, которая явилась следствием недостаточного кровоснабжения быстро растущей злокачественной опухоли, — целесообразный биологический феномен. Однако такой вариант развития событий нежелателен, если результатом гипоксии явился инсульт или инфаркт. Действительно, было показано, что супрессия р-53 исключительно полезна в ранних стадиях ишемических повреждений тканей [46].
р-53 и нейродегенеративные процессы Рибосомальный стресс (отклонения в синтезе некоторых рибосомальных белков) ведет к активации р-53 и супрессии злокачественной пролиферации [47]. C другой стороны, нарушения рибосомального синтеза, связанные с мутацией гена TCOF 1 (Treacher Collins-Franceschetti syndrome 1), сопровождаются конституциональной активацией р-53, клинически проявляющейся врожденным расстройством, известным как синдром Treacher Collins [48]. Аналогично, р-53 вносит вклад в развитие некоторых нейродегенеративных процессов. Активация р-53 некоторыми мутантными формами белка huntingtin (ответственными за развитие болезни Huntington) частично определяет нейродегенеративные изменения и нейроповеденческие отклонения в мышиных моделях [49]. В экспериментальных моделях болезни Паркинсона на животных было показано, что потеря экспрессии гена DJ 1 (ген, мутация которого определяется на ранних стадиях болезни Паркинсона) ведет к активации р-53 и смерти допаминергических нейронов [50]. Считается, что р-53 является медиатором смерти нейронов при болезни Альцгеймера [51], хотя недавние исследования показали, что экспрессия |3-амилоидных пептидов может вызвать конформационные изменения молекулы р-53 [52]. Это открытие позволило идентифицировать новый маркер болезни Альцгеймера (мутантная форма р-53) и определить роль р-53 в патогенезе этого тяжелого заболевания. С другой стороны, выявлены новые возможности р-53 в аксональной регенерации при повреждениях центральной и периферической нервной системы [53].
Роль р-53 в эмбриогенезе и тканевой дифференцировке
Трактовка биологической задачи р-53 только в связи с контролем злокачественной пролиферации в живых организмах — великое упрощение. Действительно, развитие механизмов противодействия канцерогенезу с точки зрения эволюции р-53 — более поздняя стадия развития этой молекулы, которой предшествовала функция контроля эмбриогенеза и мониторинга развития [54, 55].
Эти примордиальные функции р-53 (защита эмбриогенеза) появляются у низших животных (таких как черви и мухи), у которых нет необходимости в защите от злокачественной пролиферации [56, 57].
Роль р-53 в развитии и дифференцировке тканей продемонстрирована у лягушек вида Xenopus laevis, у которых р-53 участвует в комплексе сложных взаимодействий с регулятором транскрипции Smad, обеспечивая специализацию эмбриональной ткани [58].
В настоящее время не вызывает сомнения тот факт, что проявление различных функций р-53 в условиях патологического процесса и здоровья не требует обязательного присутствия стрессорного фактора. Активизация функций р-53 зависит от базальной концентрации молекулы и воздействия неинтенсивных конститутивных событий. Одна из возможных функций, осуществляемая без дополнительной активации р-53 на фоне базальной концентрации, — контроль обновления стволовых клеток. Даже в отсутствие дополнительного воздействия р-53 может тормозить процесс обновления стволовых нейрональных клеток [59] и активность гемопоэтических стволовых клеток [60]. р-53 супрессирует экспрессию рецептора клеточной мембраны CD 44, несущего ответственность за миграцию и выживание клеток [61]. р-53 принимает непосредственное участие в контроле плодовитости у мышей, регулируя активность фактора LIF (leukemia inhibitory factor), определяющего способность бластоцитов к имплантации [62]. Интересно, что полиморфизм р-53, влияющий на активность белка, ассоциируется с неудачными имплантациями у женщин, подразумевая консервацию этой функции р-53 у человека [63].
Белок р-53 и преждевременное старение
Способность р-53 на уровне базальной концентрации влиять на метаболизм сопровождается новыми интересными возможностями, помимо торможения канцерогенеза: так, способность р-53 поддерживать аэробный тип дыхания является критичной в поддержании высокого уровня физической выносливости у мышей во время физической нагрузки [64]. Но, может быть, самая интригующая функция р-53 — влияние на продолжительность жизни и процессы старения. У низших организмов, таких как мухи и черви, утрата активности р-53 увеличивает продолжительность жизни [65, 66]. Результаты первоначальных исследований показали, что у теплокровных р-53 активно влияет на раннее старение, хотя более поздние исследования определили такую возможность только в случаях неадекватной регуляции функций молекулы р-53 (возможно, в условиях оксидативного стресса) [36]. Тем не менее наше понимание антиоксидантной функции базального уровня р-53 в свете новейших данных и возможность р-53 отрицательно регулировать процессы роста через влияние на IGF/mTOR дают основание подразумевать альтернативную возможность: активация р-53 увеличивает продолжительность жизни. Действительно, мыши, экспрессирующие дополнительные копии нормального типа р-53, кроме того что были устойчивы к развитию злокачественных опухолей, не проявляли признаков преждевременного старения [67].
Таким образом, р-53 может выступать в роли как защитника, так и убийцы в рамках его антиканцерогенных эффектов. В то же время р-53 способен как предотвращать старение, так и способствовать ему. Примечательно, что с возрастом активность р-53 снижается [68]. Воз-
можно, это влияет не только на увеличение частоты развития злокачественных опухолей с возрастом, но и на сам процесс старения.
Транскрипционные факторы, геном определяют
характер ответа р-53
Как было отмечено ранее, последствия активации р-53 могут драматически различаться в зависимости от массы факторов и контекста событий. Что же определяет окончательный вариант ответа? Исследования последних 5 лет проливают свет на этот вопрос. Десятки транскрипционных факторов опосредуют различия в ответах на активацию р-53. Хотя большинство мишеней р-53 индуцируются определенным стрессорным фактором, некоторые из них могут быть инициированы базальным уровнем р-53, без дополнительного стрессорного воздействия. р-53 может иметь независимый от факторов транскрипции, ассоциированный с митохондриями путь развития апоптоза [69, 70]. Вполне вероятно, что оба пути (зависимый и независимый от факторов транскрипции) необходимы р-53 для контроля канцерогенеза и реализации апоптоза. Действительно, PUMA, проапопто-тический белок, кодируемый геном, который является мишенью р-53, необходим для высвобождения цитоплазматического р-53 от связи с антиапоптотическим белком Bcl-XL с последующей активацией митохондриальной мембраны [71].
Чтобы представить глобально все функции р-53, необходим синтетический подход (микро- и макроскопический), позволяющий оценить полный набор генов-мишеней и механизм запуска их экспрессии молекулой р-53. С макроскопической точки зрения важно знать полный репертуар транскрипционных факторов, регулируемых р-53. В одном из последних обзоров упоминаются 129 таких транскрипционных целей [72]. Должно быть, в действительности их гораздо больше, а генов, экспрессия которых затрагивается непрямым образом при активации р-53, насчитываются тысячи.
С целью идентификации новых мишеней р-53 необходимо хорошо знать структуру мест связывания р-53 с геномом. Общепризнанным местом связывания р-53 является последовательность RRRCA/TT/AGYYY (где R — пурин, а Y — пиримидин), расшифрованная благодаря био-информационному анализу [72—75] и экспериментальному методу иммунопреципитации хроматина [76—78].
Скрининг мест связывания р-53 с использованием экспериментальных методик позволил получить интересную информацию касательно деталей самого процесса связывания. Во-первых, было выяснено, что р-53 не всегда связывается в геноме в местах с типичной для этого структурой. На этот процесс влияют местоположение в пределах гетерохроматического локуса, присутствие р-53 доминантных и негативных изоформ в местах связывания [79]. Во-вторых, не все регионы связывания с р-53 имеют соответствующую последовательность аминокислот. Это может быть результатом ассоциации р-53 с другим ДНК-связывающимся белком, ядерным фактором транскрипции Y [80]. В-третьих, не все гены, связывающиеся с р-53, отвечают экспрессией. Промоутеры генов эукариот обычно нуждаются в многофакторном воздействии для активации. Более того, присутствие корепрессоров в зоне промоутера может противодействовать эффектам р-53. Очень актуально расширить и интенсифицировать текущие биоинформацион-
ные и экспериментальные подходы для того, чтобы получить больше динамической глобальной информации о механизмах связывания и активации р-53. Особенно важно проследить кинетику связывания р-53 с мишенями в геноме после различных стимулов и в разных типах клеток.
Транскрипционная репрессия, вызываемая р-53, является важным механизмом клеточной смерти. р-53 может угнетать экспрессию генов несколькими путями [81]. Прежде всего, р-53 может увеличивать экспрессию белка (например, р-21), который предотвращает фосфо-рилирование белка ретинобластомы, таким образом поддерживая гены, регулируемые фактором транскрипции E2F, в репрессивном состоянии. Действительно, репрессия множества генов-мишеней р-53 опосредуется белком р-21 [82—84]. Далее, р-53-опосредованная транскрипционная репрессия может быть обусловлена связью р-53 с промоутерами, имеющими участки для связывания с другими факторами транскрипции, такими как Sp1 [85, 86], NF-Y [80, 87], SMADs [88]. Наконец, репрессия генов может быть опосредована прямой связью р-53 с так называемым элементом репрессии [61, 89].
Анализ репертуара генов, регулируемых р53, показал, что он не ограничивается только генами, участвующими в остановке клеточного цикла и инициации апоп-тоза. К кластеру генов, отвечающих на активность р-53, относятся гены, влияющие на различные процессы, такие как репарация поврежденной ДНК, клеточная адгезия, подвижность клеток, метаболизм клетки и функции мембраны. Как р-53 выбирает свои мишени — вопрос, требующий настойчивых исследований.
Механизмы взаимодействия р-53 с геномом
Каким образом белок р-53 распознает в широком диапазоне геномной ДНК свои места связывания? Хотя на этот вопрос до сих пор нет ответа, два недавних исследования в условиях in vitro показали, что р-53 может диффундировать по ДНК в двух плоскостях [90, 91]. Необычное, даже в какой-то степени экзотическое исследование показало, что фотооксидант антрахинон может переносить электрический заряд с ДНК на молекулу р-53, что сопровождается освобождением р-53 от связи с ДНК в специфическом месте (например, место связи с промоутером гена, кодирующим белок Mdm2) [92].
Несколько белков и малых молекул, как было показано, регулируют специфичность связывания р-53 с ДНК. Например, изоформа р-53 (р-53|3), которая может формировать гетеротетрамеры с диким типом р-53, стимулирует связывание р-53 и активацию Bax-гена (Bcl-2-associated X protein) [93]. Тирозин-киназа c-Abl стабилизирует тетраме-ризацию р-53 и обеспечивает связывание р-53 с промоутером гена p-21 [94]. Другие факторы могут вмешиваться в процесс связывания р-53 с ДНК напрямую, взаимодействуя с центральным стержневым доменом р-53. Среди них — ASPPs (apoptosis stimulating proteins of p53), белок, селективно стимулирующий связывание р-53 с Bax-промоутером (но не с р-21-промоутером) с последующей его активацией [95]. Напротив, белок HZF (hematopoietic zinc finger), сам являющийся транскрипционной целью р-53, взаимодействует с р-53-ДНК-связывающим доменом и способствует связыванию р-53 с промоутером р-21 и 14-3-3 (но не с промоутером Bax или проапоптотического гена Noxa). Эти факты находятся в логической связи с наблюдениями, свидетельствующими о том, что фибробласты мышиных эмбрионов, не содержащие белка HZF, демонстрируют повышенную экспрессию Bax и снижение уровня экспрессии p-21 в сравнении с фибробластами мышиных эмбрионов дикого типа [96]. Даже такие малые молекулы, как никоти-намид аденин динуклеотид, могут целенаправленно влиять на связывание р-53 с ДНК in vitro и, соответственно, изменять уровень р-53-индуцированной экспрессии Mdm2 без влияния на уровень экспрессии p-21 [97]. Это лишь некоторые примеры дифференцированной регуляции связывания р-53 с ДНК и его транскрипционной активности.
Завершая первую часть обзора новых данных о роли и функции молекулы р-53, хотелось бы подчеркнуть, что, хотя большинство этих данных получено из области экспериментальной онкологии, тем не менее широкий биологический смысл молекулы р-53 предполагает их универсальную прикладную значимость. Гиперпластический статус синовиальной оболочки при многих болезнях суставов иммуновоспалительного характера схож по своим характеристикам со злокачественной пролиферацией. Расшифровка пролиферативного ответа с участием р-53-опосредованных механизмов могла бы открыть новые перспективные (инновационные) направления диагностики и лечения болезней соединительной ткани.
1. Firestein G.S., Echeverri F., Yeo M. et al. Somatic mutations in the p53 tumor suppressor gene in rheumatoid arthritis synovium. Proc Natl Acad Sci USA 1997;94:10895-900.
2. Yamanishi Y., Boyle D.L., Rosengren S. et al. Regional analysis of p53 mutations in rheumatoid arthritis synovium. Proc Natl Acad Sci USA 2002;99:10025-30.
3. Pap T., Aupperle K.R., Gay S. Invasiveness of synovial fibroblasts is regulated by p53 in the SCID mouse in vivo model of cartilage invasion. Arthr Rheum 2001;44:676-81.
4. Yao Q., Wang S., Glorioso J.C. et al. Gene transfer of p53 to arthritic joints stimulates synovial apoptosis and inhibits inflammation. Mol Theor 2001;3:901-10.
5. Yamanishi Y., Boyle D.L., Pinkoski M.J.
ЛИТЕРАТУРА
et al. Regulation of joint destruction and inflammation by p53 in collagen-induced arthritis. Am J Pathol 2002;160:123—30.
6. Leech M., Xue J.R., Dacumos A. et al. The tumour suppressor gene p53 modulates the severity of antigen-induced arthritis and the systemic immune response. Clin Exp Immunol 2008;152(2):345—53.
7. Yu J., Zhang L. No PUMA, no death: implications for p53-dependent apoptosis. Cancer Cell 2003;4:248—9.
8. Michalak E.M., Villunger A., Adams J.M., Strasser A. In several cell types tumour suppressor p53 induces apoptosis largely via Puma but Noxa can contribute. Cell Death Differ 2008;15:1019—29.
9. Garrison S.P., Jeffers J.R., Yang C. et al. Selection against PUMA gene expression in Myc-driven B cell lymphomagenesis. Mol
Cell Biol 2008;28:5391—402.
10. Hemann M.T., Zilfou J.T., Zhao Z. et al. Suppression of tumorigenesis by the p53 target PUMA. Proc Natl Acad Sci USA 2004;101:9333—8.
11. Rowan S., Ludwig R.L., Haupt Y. et al. Specific loss of apoptotic but not cell cycle arrest function in a human tumour derived p53 mutant. EMBO J 1996;15:827—38.
12. Liu G., Parant J.M., Lang G. et al. Chromosomal stability, in the absence of apoptosis, is critical for suppression of tumorigenesis in Trp53 mutant mice. Nat Genet 2004;36:63—8.
13. El-Deiry W.S. Regulation of p53 downstream genes. Semin. Cancer Biol 1998;8:345—57.
14. Deng Y., Chan S.S., Chang S. Telomere dysfunction and tumour suppression: the
senescence connection. Nat Rev Cancer 2008;8:450-8.
15. Halazonetis T.D., Gorgoulis V.G., Barteck J. An oncogene-induced DNA damage model for cancer development. Science 2008;319:1352-5.
16. Martins C.P., Brown-Swigart L., Evan
G.I. Modeling the therapeutic efficacy of p53 restoration in tumors. Cell 2006;127:1323-34.
17. Ventura A., Kirsch D.G., McLaughlin M.E. et al. Restoration of p53 function leads to tumour regression in vivo. Nature 2007;445:661-5.
18. Xue W., Zender L., Miething C. et al. Senescence and tumour clearance is triggered by p53 restoration in murine liver carcinomas. Nature 2007;445:656-60.
19. Brown J.P., Wei W., Sedivy J.M. Bypass of senescence after disruption of p21CIP1/WAF1 gene in normal diploid human fibroblasts. Science 1997;277:831-4.
20. Cosme-Blanco W., Shen M.-F., Lazar A.J.F. et al. Telomere dysfunction suppresses spontaneous tumorigeesis in vivo by initiating p53-dependent cellular senescence. EMBO Rep 2007;8:497-503.
21. Van Nguyen T., Puebla-Osorio N., Pang
H. et al. DNA damage-induced cellular senescence is sufficient to suppress tumori-genesis: a mouse model. J Exp Med 2007;204:1453-61.
22. Barboza J.A., Liu G., El-Naggar A.K., Lozano G. p21 delays tumor onset by preservation of chromosomal stability. Proc Natl Acad Sci USA 2006;103:19842-7.
23. Janicke R.U., Sohn D., Schulze-Osthoff K. The dark side of a tumor suppressor: anti-apoptotic p53. Cell Death Differ 2008;15:959-76.
24. Liu B., Chen Y., St Clair D.K. ROS and p53: a verstile partnership. Free Radic Biol Med 2008;44:1529-35.
25. Sablina A.A., Budanov A.V., Ilyinskaya G.V. et al. The antioxidant function of the p53 tumor suppressor gene. Nat Med 2005;11:1306-13.
26. Bensaad K., Tsuruta A., Selak M.A. et al. TIGAR, a p53-inducible regulator of glycolysis and apoptosis. Cell 2006;126:107-20.
27. Bensaad K., Vousden K.H. p53: new roles in metabolism. Trends Cell Biol 2007;17:286-91.
28. DeBerardinis R.J., Lum J.J., Hatzivassilou G., Thompson C.B. The biology of cancer: metabolic reprogramming fuels cell growth and proliferation. Cell Metab 2008;7:11-20.
29. Bonnet S., Archer S.L., Allalunis-Turner J. et al. A mitochondrial-K+ channel axis is suppressed in cancer and its normalization promotes apoptosis and inhibits cancer cell growth. Cancer Cell 2007;11:37-51.
30. Christofk H.R., Vander Heiden M.G., Harris M.H. et al. The M2 splice isoform of pyruvate kinase is important for cancer metabolism and tumor growth. Nature 2008;452:230-3.
31. Fantin V.R., Syt-Pierre J., Leder P.
Attenuation of LDH-A expression uncovers a link between glycolysis, micochondrial physiology, and tumor maintenance. Cancer Cell 2006;9:425—34.
32. Jones R.G., Plas D.R., Kubek S. et al. AMP-activated protein kinase induces a p53-dependent metabolic checkpoint. Mol Cell 2005;18:283—93.
33. Budanov A.V., Karin M. p53 target genes sestrin1 and sestrin2 connect genotox-ic stress and mTOR signaling. Cell 2008;134:451—60.
34. Feng Z., Hu W., de Stanchina E. et al. The regulation of AMPK beta1, TSC2, and PTEN expression by p53: stress, cell and tissue specificity, and the role of these gene products in modulating the IGF-1-AKT-mTOR pathways. Cancer Res 2007;67:3043—53.
35. Crighton D., "Wilkinson S., O'Prey J. et al. DRAM, a p53-induced modulator of autophagy, is critical for apoptosis. Cell 2006;14:121—34.
36. Matthew R., Karantza-Wadsworth V., White E. Role of autophagy in cancer. Nat Rev Cancer 2007;7:961—7.
37. Tasdemir E., Maiuri M.C., Galluzzi L. et al. Regulation of autophagy by cytoplasmic p53. Nat Cell Biol 2008;10:676—87.
38. Amaravadi R.K., Yu D., Lum J.J. et al. Autophagy inhibition enhances therapy-induced apoptosis in a Myc-induced model of lymphoma. J Clin Invest 2007;117:326—36.
39. Jones R.G., Thompson C.B. Tumor suppressors and cell metabolism: a recipe for cancer growth. Genes Dev 2009;23:537—48.
40. Kawauchi K., Araki K., Tobiume K., Tanaka N. p53 regulates glucose metabolism though an IKK-NF-kB pathway and inhibits cell transformation. Nat Cell Biol 2008;10:611—8.
41. Ma W., Sung H.J., Park J.Y. et al. A pivotal role for p53: balancing aerobic respiration and glycolysis. J Bioenerg Biomembr 2007;39:243—6.
42. Kondoh H., Lleonart M.E., Gil J. et al. Glycolytic enzymes can modulate cellular lifespan. Cancer Res 2005;65:177—85.
43. Christophorou M.A., Ringhausen I., Finch A.J. The pathological p53-mediated response to DNA damage is distinct from p53-mediated tumor suppression. Nature 2006;14:214—7.
44. Efeyan A., Garcia-Cao I., Herranz D. et al. Policing of oncogene activity by p53. Nature 2006;443:159.
45. Berns A. Cancer biology: can less be more for p53? Nature 2006;443:153—4.
46. Liu P., Xu B., Cavalieri T.A., Hock C.E. Pifithrin-alpha attenuates p53-mediated apoptosis and improves cardiac function in response to myocardialischemia/reperfusion in aged rats. Shock 2006;26:608—14.
47. Montanaro L., Trere D., Derenzini M. Nucleolus, ribosomes, and cancer. Am J Pathol 2008;173:301 —10.
48. Jones N.C., Lynn M.L., Gaudenz K. et al. Prevention of the neurocristopathy
Treacher Collins syndrome through inhibition of p53 function. Nat Med 2008;14:125-33.
49. Bae B.I., Xu H., Igarashi S. et al. p53 mediates cellular dysfunction and behavioral abnormalities in Huntington's disease. Neuron 2005;47:29-41.
50. Bretaud S., Allen C., Ingham P.W., Bandmann O. p53-dependent neuronal cell death in a DJ-1-deficient zebrafish model of Parkinson's disease. J Neurochem 2007;100:1626-35.
51. Culmsee C., Landshamer S. Molecular insights into mechanisms of the cell death program: role in the progression of neurode-generative disorders. Curr Alzheimer Res 2006;3:269-83.
52. Lanni C., Uberti D., Racchi M. et al. Unfolded p53: a potential biomarker for Alzheimer's disease. J Alzheimers Dis 2007;12:93-9.
53. Di Giovanni S., Knights C.D., Rao M. et al. The tumor suppressor protein p53 is required for neurite outgrowth and axon regeneration. EMBO J 2006;25:4084-96.
54. Aranda-Anzaldo A., Dent M.A. Reassessing the role of p53 in cancer and ageing from an evolutionary perspective. Mech Ageing Dev 2007;128:293-302.
55. Vousden K.H., Lane D.P. p53 in health and disease. Nat Rev Mol Cell Biol 2007;8:275-83.
56. Derry W.B., Putzke A.P., Rothman J.H. Caenorhabditis elegans p53: role in apoptosis, meiosis and stress resistance. Science 2001;294:591-5.
57. Sutcliffe J.E., Brehm A. Of flies and men; p53, a tumour suppressor. FEBS Lett 2004;567:86-91.
58. Piccolo S. p53 regulation orchestrates the TGF-beta response. Cell 2008;133:767-9.
59. Meletis K., Wirta V., Hede S.M. p53 suppresses the self-renewal of adult neural stem cells. Development 2006;133:363-9.
60. Liu Y., Elf S.E., Miyata Y. et al. p53 regulates hematopoietic stem cell quiescence. Cell Stem Cell 2009;4:37-48.
61. Godar S., Ince T.A., Bell G.W. et al. Growth-inhibitory and tumor-suppressive functions of p53 depend on its repression of CD44 expression. Cell 2008;134:62-73.
62. Hu W., Feng Z., Teresky A.K., Levine A.J. p53 regulates maternal reproduction through LIF. Nature 2007;450:721-4.
63. Kay C., Jeyendran R.S., Coulam C.B. p53 tumour suppressor gene polymorphism is associated with recurrent implantation failure. Reprod Biomed Online 2006;13:492-6.
64. Matoba S., Kang J.G., Patino W D. et al. p53 regulates mitochondrial respiration. Science 2006;312:1650-3.
65. Arum O., Johnson T.E. Reduced expression of the Caenorhabditis elegans p53 ortholog cep-1 results in increased longevity. J Gerontol Biol Sci Med Sci 2007;62:951-9.
66. Bauer J.H., Poon P.C., Glatt-Deeley H. et al. Neuronal expression of p53 dominant-
negative proteins in adult Drosophila melanogaster extends life span. Curr Biol 2005;15:2063-8.
67. Matheu A., Maraver A., Klatt P. et al. Delayed ageing through damage protection by the Arf/p53 pathway. Nature 2007;448:375-9.
68. Feng Z., Hu W., Teresky A.K. et al. Declining p53 function in the aging process: a possible mechanism for the increased tumor incidence in older populations. Proc Natl Acad Sci USA 2007;104:16633-8.
69. Moll U.M., Wolff S., Speidel D., Deppert W. Transcription-independent pro-apoptotic functions of p53. Curr Opin Cell Biol 2005;17:631-6.
70. Schuler M., Green D.R. Transcription, apoptosis and p53: catch-22. Trends Genet 2005;21:182-7.
71. Chipuk J.E., Bouchier-Hayes L., Kuwana T. et al. PUMA couples the nuclear and cytoplasmic proapoptotic function of p53. Science 2005;309:1732-5.
72. Riley T., Sontag E., Chen P., Levine A. Transcriptional control of human p53-regu-lated genes. Nat Rev Mol Cell Biol 2008;9:402-12.
73. Hoh J., Jin S., Parrado T. et al. The p53MH algorithm and its application in detecting p53-responsive genes. Proc Natl Acad Sci USA 2002;99:8467-72.
74. Miled C., Pontoglio M., Garbay S. et al. A genomic map of p53 binding sites identifies novel p53 targets involved in an apoptot-ic network. Cancer Res 2005;65:5096-104.
75. Sbisa E., Catalano D., Grillo G. et al. p53FamTaG: a database resource of human p53, p63 and p73 direct target genes combining in silico prediction and microarray data. BMC Bioinformatics 2007;8(Suppl. 1):S20.
76. Cawley S., Bekiranov S., Ng H.H. et al. Unbiased mapping of transcription factor binding sites along human chromosomes 21 and 22 points to widespread regulation of
noncoding RNAs. Cell 2004;116:499—509.
77. Hearnes J.M., Mays D.J., Schavolt K.L. et al. Chromatin immunoprecipitation-based screen to identify functional genomic binding sites for sequence-specific transactivators. Mol Cell Biol 2005;25:10148—58.
78. Smeenk L., van Heeringen S.J., Koeppel M. et al. Characterization of genome-wide p53-binding sites upon stress response. Nucleic Acids Res 2008;36:3639—54.
79. Jordan J.J., Menendez D., Inga A. et al. Noncanonical DNA motifs as transactivation targets by wild type and mutant p53. PLoS Genet 2008;4:e1000104.
80. Imbriano C., Gurtner A., Cocchiarella F. et al. Direct p53 transcriptional repression: in vivo analysis of CCAAT-containing G2/M promoters. Mol Cell Biol 2005;25:3737—51.
81. Laptenko O., Prives C. Transcriptional regulation by p53: one protein, many possibilities. Cell Death Differ 2006;13:951—96.
82. Lohr K., Moritz C., Contente A., Dobbelstein M. p21/CDKN1A mediates negative regulation of transcription by p53. J Biol Chem 2003;278:32507—16.
83. Shats I., Milyavsky M., Tang X. et al. p53-dependent down-regulation of telom-erase is mediated by p21waf1. J Biol Chem 2004;279:50976—85.
84. Tang X., Milyavsky M., Shats I. et al. Activated p53 suppresses the histone methyltransferase EZH2 gene. Oncogene 2004;23:5759—69.
85. Esteve P.O., Chin H.G., Pradhan S. Molecular mechanisms of transactivation and doxorubicin-mediated repression of survivin gene in cancer cells. J Biol Chem 2007;282:2615—25.
86. Zaky A., Busso C., Izumi T. et al. Regulation of the human AP-endonuclease (APE1/Ref-1) expression by the tumor suppressor p53 in response to DNA damage. Nucleic Acids Res 2008;36:1555—66.
87. Matsui T., Katsuno Y., Inoue T. et al.
Negative regulation of Chk2 expression by p53 is dependent on the CCAAT-binding transcription factor NF-Y. J Biol Chem 2004;279:25093—100.
88. Wilkinson D.S., Tsai W.W., Schumacher M.A., Barton M.C. Chromatin-bound p53 anchors activated Smads and the mSin3A corepressor to confer transforming-growth-factor-beta-mediated transcription repression. Mol Cell Biol 2008;28:1988—98.
89. Johnson R.A., Ince T.A., Scotto K.W. Transcriptional repression by p53 through direct binding to a novel DNA element.
J Biol Chem 2001;276:27716—20.
90. McKinney K., Mattia M., Gottifredi V., Prives C. p53 linear diffusion along DNA requires its C terminus. Mol Cell 2004;16:413—24.
91. Tafvizi A., Huang F., Leith J.S. et al. Tumor suppressor p53 slides on DNA with low friction and high stability. Biophys J 2008;95:L01—L03.
92. Augustyn K.E., Merino E.J., Barton J.K. A role for DNA-mediated charge transport in regulating p53: Oxidation of the DNA-bound protein from a distance. Proc Natl Acad Sci USA 2007;104:18907—12.
93. Bourdon J.C., Fernandes K., Murray-Zmijewski F. et al. p53 isoforms can regulate p53 transcriptional activity. Genes Dev 2005;19:2122—37.
94. Wei G., Li A.G., Liu X. Insights into selective activation of p53 DNA binding by c-Abl. J Biol Chem 2005;280:12271—8.
95. Sullivan A., Lu X. ASPP: a new family of oncogenes and tumour suppressor genes. Br J Cancer 2007;96:196—200.
96. Das S., Raj L., Zhao B. et al.
Determines cell survival upon genotoxic stress by modulating p53 transactivation. Cell 2007;130:624—37.
97. McLure K.G., Takagi M., Kastan M.B. NAD+ modulates p53 DNA binding specificity and function. Mol Cell Biol 2004;24:9958—67.
Поступила 24.11.09
Уважаемые читатели!
Журнал «Научно-практическая ревматология» выходит раз в 2 месяца (6 выпусков в год).
Подписка на журнал - через каталог «Газеты, журналы» агентства «Роспечать».
Подписной индекс - 36896.
2010 3
лгоиим ніииголрмітних реыци* tu іішстііиіші пчптгы оціни •шциоишного состоіниі ■оптмиии рксніиім имиш
РЕВМАТОИДНЫЙ АРТРИТОМ ПО ДАННЫМ ИШиДОВАНМ IX S.I
оіиіпіі н o(t(onir»j
Л(ЙК0І|ЯІ0«МСТИН(СПІІЙ ІАСГРЛМТ
(минный СІІЧІНИІИ ииишшіои
sor МОГО АИКНАОІИПЮІДМІ СПОНЛИМІМ МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО ■■СІМТУТА РЕВМАГ0І0ГЯИ АНН СССР
і mi-їм«»-
