Просмотр кода страницы P53

[[Изображение:P53-unbound.PNG|thumb|right|300px|Тетрамер, состоящий из четырёх идентичных молекул белка '''p53'''. Они связаны между собой [[Домен белка|доменами]], отвечающими за олигомеризацию (''см. в тексте'').]]

'''p53''' ('''белок p53''') — это [[транскрипционный фактор]], регулирующий [[клеточный цикл]]. В не мутировавшем состоянии выполняет функцию [[супрессор]]а образования [[Злокачественная опухоль|злокачественных опухолей]]. [[Мутации]] гена p53 обнаруживаются в клетках около 50 % раковых опухолей. Следовательно, ген p53 можно считать [[протоонкоген]]ом. Зачастую его называют «страж [[геном]]а».

Название белок получил по молекулярной массе, которая была определена по движению белка в  [[SDS (химия)|SDS]][[электрофорез|-PAGE]] — 53 кДа. Реальная молекулярная масса белка составляет 43,7 кДа. Погрешность в первоначальном определении молекулярной массы вызвана наличием множества [[пролин]]овых остатков в составе p53, которые замедляют движение белка в геле.

== Названия белка ==
* Клеточный опухолевый [[антиген]] p53
* Опухолевый [[супрессор]] p53
* Фосфопротеин p53
* Антиген NY-CO-13

== Ген белка p53 ==
[[Ген]] человека, кодирующий белок p53, называется ''TP53'' (курсив указывает на то, что это название гена, а не белка). Этот ген расположен на [[хромосома|хромосоме]] 17 (17p13.1).

Локализация гена в геноме других организмов:
* [[Мышь]] — хромосома 11
* [[Крыса]] — хромосома 10
* [[Собака]] — хромосома 5
* [[Свинья]] — хромосома 12

[[Изображение:P53-bound to DNA .PNG|thumb|right|300px|Тетрамер белка '''p53''', связанный с [[ДНК]].]]

== Структура ==
Человеческий белок p53 состоит из 393 аминокислотных остатков и имеет 5 [[Домен белка|доменов]]:
* N-концевой домен, активирующий [[транскрипция|транскрипцию]] ({{lang-en|transcription-activation domain}}; TAD), аминокислоты 1-42
* Богатый пролином домен, важный для [[Апоптоз|апоптотической активности]] p53, аминокислоты 80-94
* ДНК-связывающий домен («цинковый палец»), остатки 100-300
* Домен, отвечающий за образование полимера белка (олигомеризацию), остатки 307-355. Тетрамеризация очень важна для активности p53 ''in vivo''
* C-концевой домен, задействованный в отсоединении ДНК-связывающего домена от [[ДНК]], аминокислоты 356-393.

[[Мутации]], инактивирующие p53 при раковой трансформации, обычно затрагивают ДНК-связывающий домен. Эти мутации приводят к неспособности белка p53 связываться с ДНК и, следовательно, выполнять функцию активатора транскрипции. Такие мутации обычно являются рецессивными. В случае мутаций в домене, отвечающем за олигомеризацию, мутантный белок зачастую способен образовывать димеры с белком дикого типа, инактивируя его. Поэтому такие мутации являются доминантными.

== Функции белка p53 ==
Белок р53 является продуктом гена-супрессора опухоли р53 и экспрессируется во всех клетках организма. При отсутствии повреждений генетического аппарата белок р53 находится в неактивном состоянии, а при появлении повреждений ДНК активируется. Активация состоит в приобретении способности связываться с ДНК и активировать транскрипцию генов, которые содержат в регуляторной области нуклеотидную последовательность, которая обозначается p53-response element (участок ДНК, с которым связывается белок р53). Таким образом, р53 — фактор, который запускает транскрипцию группы генов и который активируется при накоплении повреждений ДНК. Результатом активации р53 является остановка клеточного цикла и [[Репликация (биология)|репликации ДНК]]; при сильном стрессовом сигнале — запуск [[апоптоз]]а.

Белок р53 активируется при повреждениях генетического аппарата, а также при стимулах, которые могут привести к подобным повреждениям, или являются сигналом о неблагоприятном состоянии клетки (стрессовом состоянии). Функция белка р53 состоит в удалении из пула реплицирующихся клеток тех клеток, которые являются потенциально онкогенными (отсюда образное название белка р53 — {{lang-en|guardian of the genome}} — хранитель генома). Данное представление подтверждается тем фактом, что потеря функции белка р53 может быть установлена в ~50 % случаев злокачественных опухолей человека. В регуляции активности белка р53 ведущая роль принадлежит посттрансляционным модификациям белка и его взаимодействиям с другими белками.

== Активация белка р53 ==
[[Изображение:DAXX Pathway.svg|thumb|312px|Активация p53 через систему DAXX.]]
Активация белка р53 прoисходит в ответ на многочисленные стрессовые стимулы:
# непосредственные повреждения ДНК (классический стимул);
# повреждения аппарата сегрегации генетического материала (например, [[Митоз|митотического веретена]]);
# уменьшение концентрации свободных [[РНК|рибонуклеотидов]];
# [[гипоксия]];
# [[тепловой шок]];
# высокая концентрация NO ([[Оксид азота(II)|монооксида азота]]);
# [[ионизирующее излучение]]

В быстро [[клеточный цикл|делящихся]](пролиферирующих) клетках было обнаружено увеличение [[концентрация|концентрации]] белка р53 по сравнению с делящимися медленно. Значение увеличения концентрации р53 в данном случае в том, что клетки, которые быстро реплицируют ДНК, более подвержены возникновению повреждений генетического аппарата, чем, например, неделящиеся клетки в фазе G<sub>0</sub>. Следовательно, увеличение концентрации р53 — это подготовка клетки для быстрой реакции на возможное возникновение повреждений ДНК. Очевидно, что для остановки клеточного цикла в условиях стимуляции пролиферации внеклеточными ростовыми факторами) требуется более высокая концентрация р53, чем в условия фазы G<sub>0</sub>. Вследствие строгого посттрансляционного контроля активации белка р53, высокая концентрация белка р53 сама по себе не ведёт к его активации.

Концентрация белка р53 увеличивается в результате снятия ингибирования [[трансляция(биология)|трансляции]] его [[мРНК]]. Подавление трансляции происходит в результате связывания регуляторных белков с последовательностями нуклеотидов в [[мРНК#Нетранслируемые области |3'-нетранслируемой области]] мРНК. Модификация белка р53 приводит к его активации . Латентный (неактивный) белок р53 локализуется в [[цитоплазма|цитоплазме]] (по крайней мере на некоторых стадиях клеточного цикла); активный белок р53 локализуется в [[клеточное ядро|ядре клетки]]. При отсутствии стрессового стимула белок р53 имеет короткий период [[полураспад]]а (5—20 мин в зависимости в клеточного типа). Активация белка сопряжена с увеличением его стабильности. В регуляции стабильности (и активности) белка р53 главная роль принадлежит белку Mdm2.

== Роль Mdm2 в регуляции функций p53 ==
При нормальных условиях в клетке экспрессируются и белок р53, и белок Mdm2. Функция белка Mdm2 первоначально была установлена у [[Домовая_мышь#Лабораторные мыши|мышей]], отсюда название Mdm2 ({{lang-en|mouse double minute chromosome amplified oncogene}} — онкоген, который был амплифицирован на хромосоме типа «double minute»). [[Гомология (биология)|Гомологичный]] ген человека HDM2 также является онкогеном.

N-концевой домен белка Mdm2 связывается с N-концевым трансактивирующим доменом белка р53. Таким образом, белок Mdm2 препятствует активирующему действию белка р53. Кроме того, комплекс Mdm2:р53 является ингибитором транскрипции (вероятно, вследствие сохранения способности белка р53 к  присоединению к ДНК).

Белок Mdm2 является [[фермент]]ом группы E3 системы [[убиквитин]]-зависимого [[протеолиз]]а, причём Mdm2 специфичен в отношении белка р53. Это означает, что белок Mdm2 [[катализ]]ирует перенос активированного убиквитина с фермента группы Е2 на белок р53. Таким образом, белок Mdm2 является [[лигазы|Е3-лигазой]]. Маркированный убиквитином белок р53 является [[субстрат]]ом для 26S-протеасомы, которая осуществляет протеолиз молекул белка р53. В нестрессовых условиях постоянно образуется комплекс Mdm2:р53 и осуществляется протеолиз р53. Этим объясняется низкая концентрация р53 в клетке в отсутствие стресса. Центральная роль белка Mdm2 в деградации белка р53 подтверждается и тем фактом, что добавление к клеткам моноклональных [[Антитела|антител]] к комплексу Mdm2:p53 приводит к значительному увеличению концентрации белка р53. Из приведённых рассуждений также понятно, что  повышенная экспрессия белка Mdm2 является онкогенным фактором, а сам белок следует отнести к протоонкогенам. Кроме 26S-протеасомы протеолиз белка р53 может осуществляться цистеиновыми [[протеаза]]ми семейства С2, которые также известны как кальпаины.

Активированный белок р53 стимулирует экспрессию гена mdm2. Таким образом, для регуляции активности белка р53 существует механизм [[отрицательная обратная связь|отрицательной обратной связи]]. Ген mdm2 является поздним геном среди тех, экспрессию которых стимулирует белок р53. Относительная трансактивирующая активность белка р53 в отношении mdm2 и остальных генов-мишеней р53 задаёт тот временной промежуток, в течение которого р53 может выполнять свои функции.

Функция белка Mdm2 в маркировании белка р53 для деградации, по-видимому, не является уникальной, так как связывание [[киназа|киназы]] JNK с белком р53 приводит к убиквитинированию и последующей деградации р53.

== Гипотетические модели молекулярных механизмов активации белка p53 ==
Предложено несколько моделей молекулярных механизмов активации белка р53 . Данные модели сходны в том, что они учитывают центральную роль белка Mdm2 в регуляции состояния белка р53. Только первая из предлагаемых моделей получила наиболее полное подтверждение, тогда как остальные подтверждены только частично.

Подробно охарактеризована группа белков, которая включает киназы, родственные киназе PI(3)K ({{lang-en|phospho-inositide 3-kinase}}; фосфо[[инозит]] 3-киназа). Наиболее известным белком данной группы является белок АТМ ({{lang-en|'''a'''taxia '''t'''elangiectasia '''m'''utated}} — белок, мутированный при комплексном заболевании, которое включает симптомы [[атаксия|атаксии]] и телеангиоэктезии). Белок АТМ и родственные ему белки группы PI(3)K используют один домен для специфического связывания с двуцепочечным разрывом ДНК; при этом изменяется [[конформация]] всего белка, в том числе и второго домена, который обладает киназной активностью; связывание белка АТМ с двуцепочечным разрывом ДНК приводит к активации киназной активности белка. Киназа АТМ [[фосфорилирование|фосфорилирует]] белок р53 по остатку Ser15; киназа DNA-PK ({{lang-en|DNA-dependent protein kinase}}; [[протеинкиназа]], активность которой зависит от связывания с ДНК), другой белок рассматриваемой группы, [[Фосфорилирование|фосфорилирует]] белок р53 по остаткам Ser15 и Ser37. Данные остатки [[серин]]а  (Ser), а также предполагаемые сайты фосфорилирования Thr18 ([[треонин]]) и Ser20 располагаются в той части белка р53, которая взаимодействует с белком Mdm2. Предполагается, что в фосфорилированной форме белок р53 не взаимодействует с белком Mdm2, что увеличивает период полураспада белка р53 и, возможно, приводит к его активации. Также было показано, что для нормально функционирующей клетки одного двуцепочечного разрыва ДНК достаточно для активации белки р53 и остановки клеточного цикла.

Вторая гипотеза предполагает, что фосфорилируются остатки белка Mdm2, которые расположены в  части белка, ответственной за связывание с белком р53. Результатом является [[диссоциация]] комплекса Mdm2:р53. Такой гипотетический сайт фосфорилирования был предложен на белке Mdm2 ; при этом предполагается роль киназы DNA-PK в фосфорилировании. Данная модель не исключает предыдущую.

Третья гипотеза предполагает, что фосфорилируется Mdm2, и это приводит к ингибированию Е3-лигазной активности белка. Комплекс Mdm2:p53 не диссоциирует, но одновременно белок р53 не маркируется для деградации.

Помимо рассмотренных посттрансляционных модификаций р53 подвергается [[ацетилирование|ацетилированию]] и [[гликозилирование|гликозилированию]], что приводит к увеличению аффинности белка р53 к сайтам связывания в ДНК.

== Роль p19ARF в увеличении концентрации р53 ==
Белок р53 активируется в ответ на повышенную экспрессию протоонкогенов [[Ras]], [[Myc]], β-[[катенин]]а и [[аденовирус]]ного онкогена Е1А. Это достоверно установленное биохимическое событие получило объяснение только после установления роли белка p19ARF ({{lang-en|p19 product of alternative reading frame of INK4a gene}}; белковый продукт гена INK4a, который считывается с [[открытая рамка считывания|альтернативной рамки считывания]] и имеет массу 19 кДа). Повышенная экспрессия онкогенов приводит к значительному усилению экспрессии белка p19ARF, что по крайней мере отчасти, обусловлено увеличением концентрации транскрипционного фактора E2F. Белок p19ARF синтезируется в результате считывания альтернативной рамки гена INK4a. Ген INK4a — это ген-супрессор опухоли, который помимо p19ARF кодирует белок р16INK4a ({{lang-en|p16 inhibitor of cyclin-dependent kinases Cdk4.6}}; ингибитор [[циклин]]-зависимых киназ Cdk4.6, который имеет массу 16 кДа). Белок p19ARF связывается с Mdm2 и в меньшей степени с р53. Связывание с Mdm2 приводит к ингибированию Е3-лигазной активности Mdm2. Следовательно, увеличение концентрации белка р19ARF приводит к уменьшению скорости деградации р53 и ведёт к увеличению концентрации р53 и далее к активации белка р53.

== Действие белка p53 ==
Активированный белок р53 является специфическим транскрипционным фактором. Гены, транскрипцию которых стимулирует белок р53, кодируют белки-компоненты апоптотической программы (проапоптотические компоненты) и белки, которые регулируют клеточный цикл.

Активированный белок р53 супрессирует транскрипцию ряда генов. Этот супрессирующий эффект не связан с супрессорной функцией комплекса Mdm2:p53, так как данный комплекс супрессирует транскрипцию тех генов, которые активируются белком р53 (не связанным с белком Mdm2). В то же время супрессорный эффект белка р53 касается другого набора генов. Репрессия транскрипции по крайней мере частично объясняется тем, что белок р53 формирует комплексы с неспецифическими транскрипционными факторами, среди них белок TBP ({{lang-en|TATA-box binding protein}}; белок, который связывается с последовательностью TATA), белок CBF ({{lang-en|CCAAT binding factor}}; белок, который связывается с последовательностью CCAAT) и белок SP-1.

== Различия между нормальной и патологической активацией протоонкогенов, воздействующих на p53 ==
При нормальном увеличении активности протоонкогенов (например, в результате передачи [[пролиферация|пролиферативного]] сигнала от рецепторов цитоплазматической мембраны) активация протоонкогенов носит временный характер и значимого увеличения концентрации p19ARF не происходит.

Результатом передачи пролиферативного сигнала является одновременно активация протоонкогенов и инактивация р53. Так, для [[цитокин]]ов bFGF ({{lang-en|basic fibroblast growth factor}}; основный фактор роста [[фибробласт]]ов) и IGF-1 ({{lang-en|insulin-like growth factor 1}}; [[инсулин]]о-подобный факторы роста типа 1) было показано, что одним из последствий их действия является увеличение концентрации Mdm2.

Антиапоптотическое действие ростовых факторов, возможно, реализуется после действия р53.

== Полиморфизм белка p53. Белки-гомологи ==
Ген р53 кодирует по крайней мере два белка с несколько различной регуляцией (две формы возникают в результате альтернативного [[сплайсинг]]а пре-мРНК). Также существуют данные, которые указывают на возможность существования целой группы белков, родственных белку р53, наиболее охарактеризованным из них является белок р73.

== См. также ==
* [[Онкогены]]

== Ссылки ==
* [http://p53.free.fr/ p53 web site]
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowSection&rid=gnd.section.107 p53 на www.ncbi.nlm.nih.gov]
* [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowSection&rid=gnd.section.107 p53 в книге Genes and Disease]
* [http://www.humbio.ru/humbio/01122001/p53ch/000008f6.htm p53 на humbio.ru]

[[Категория:Белки]]
[[Категория:Молекулярная биология]]

[[de:P53]]
[[en:P53]]
[[es:P53]]
[[fi:P53]]
[[fr:P53]]
[[he:P53]]
[[hu:P53]]
[[it:P53]]
[[ja:P53遺伝子]]
[[pl:P53]]
[[pt:P53]]
[[sl:P53]]
[[th:P53]]
[[tr:P53]]
[[uk:P53]]
[[ur:P53 (لحمیہ)]]
[[vi:P53]]