Karen H. Vousden & David P. Lane Nature Reviews Molecular Cell Biology 8, 275-283 (April 2007) | doi:10.1038/nrm2147
As a component of the response to acute stress, p53 has a well established role in protecting against cancer development. However, it is now becoming clear that p53 can have a much broader role and can contribute to the development, life expectancy and overall fitness of an organism. Although the function of p53 as a tumour suppressor ensures that we can't live without it, an integrated view of p53 suggests that not all of its functions are conducive to a long and healthy life.
R.Cui, H.R.Widlund, E.Feige et al., D.E.Fisher (david_fisher@dfci.harvard.edu). Central Role of p53 in the Suntan Response and Pathiologic Hyperpigmentation Cell. Vol. 128. No 5. P. 853-864, 2007.
Индуцированная УФЛ пигментация (suntanning) нуждается в индукции секреции α-melanocyte-stimulating гормона (α-MSH) кератиноцитами. α-MSH и др. биоактивные пептиды расщепляют продукты pro-opiomelanocortin (POMC). Получены биохимические и генетические доказательства, демонстрирующие, что индукция УФЛ POMC/MSH в коже непосредственно контролируется р53. В то время как р53 мощно стимулирует промотор POMC в ответ на УФЛ, отсуствие р53 у нокаутных мышей ассоциирует с отсутствием реакции УФЛ-загар. Тот же самый путь продуцирует β-endorphin, др. производное POMC, которое потенциально вносит вклад в sun-seeking поведение. Более того, некоторые примеры независимой от УФЛ патологической пигментации показывают участие р53 в воспроизведении реакции загара. р53 действует, т.о., как сенсор/эффектор для УФЛ пигментации, что является практически постоянным внешнесредовым воздействием. Более того, этот путь активируется при многочисленных состояниях патологической пигментации.
Cordenonsi, M. et al.
Integration of TGF-β and Ras/MAPK signaling through p53 phosphorylation. Science 315, 840–843 (2007)
Мало известно о механизмах, с помощью которых клетки координируют множественные пространственные и временные сигналы, которые они получают во время развития и гомеостаза ткани. Stefano Piccolo и др. показали, что опухоли супрессирующий белок p53 связывает передачу сигналов пути receptor Tyr kinase (RTK)-Ras-mitogen-activated protein kinase (MAPK) и транскрипционную активность, обусловленную transforming growth factor-β (TGFβ), по управлению дифференцировкой мезодермы у эмбрионов Xenopus laevis и ареста роста во взрослых клетках млекопитающих.
Во время спецификации мезодермы, TGFβ-активированные SMADs физически взаимодействуют с p53, чтобы регулировать транскрипцию мезодермальных маркеров. Piccolo с сотрудниками установили, что истощение p53 в клетках анимальной шапочки эмбрионов X. laevis блокирует TGFβ-индуцированную дифференцировку мезодермы. Эктопическая экспрессия p53 в таких клетках индуцирует гены мишени для TGFβ и этот эффект устраняется путем ингибирования передачи сигналов Ras-MAPK. Это указывает на то, что путь RTK-Ras-MAPK активирует p53, чтобы индуцировать реакции TGFβ-обусловленных генов.
SMAD-связывающий домен p53 располагается на его N-терминальной области, которая содержит несколько остатков Ser и Thr, фосфорилирование которых является важным для активации p53. Сайт-специфические мутации показывают, что N-терминальное фосфорилирование по Ser6 и Ser9 необходимо для p53, чтобы взаимодействовать с SMADs. RTK-Ras-MAPK передача сигналов также способствует фосфорилированию этих остатков. Fibroblast growth factor (FGF), который активирует RTK-Ras-MAPK путь, экспрессируется на высоком уровне в маргинальной области (будущей мезодерме), но не на анимальном полюсе. Соответственно, передача сигналов FGF подавляет фосфорилирование Ser6 и Ser9 в маргинальной зоне, в то время как фосфорилирование др. остатков остается неизменным. Это указывает на то, что FGF определяет состояние фосфорилирования p53 пространственно путем ограничения его активности в проспективной мезодерме.
Во взрослых клетках человека активность TGFβ вызывает арест роста во время тканевого гомеостаза. p53-нулевые H1299 раковые клетки легких (которые дефектны по TGFβ-индуцированному аресту роста) могут быть нормализованы с помощью дикого типа p53, но не с помощью N-терминальных мутантов p53. Это указывает на то, что фосфорилирование N-конце p53 также необходимо для временной активации TGFβ cytostatic программы. Ингибирование CK1ε и CK1δ kinases в p53-восстановленных H1299 клетках показало, что эти киназы ответственны за фосфорилирование Ser6 и Ser9 в p53 в ответ на передачу сигналов RTK-Ras-MAPK.
Итак, эти данные иллюстрируют ранее неизвестный механизм, с помощью которого p53 контролирует клеточную пролиферацию, путем функционирования в качестве связи между двумя путями, которые участвуют в детерминации клеточных судеб.
знаменит благодаря своей роли опухолевого супрессора у человека и др. млекопитающих1. Потеря или мутации p53 строго ассоциируют с повышенной чувствительностью к раку и большинство функций p53 рассматривается в свете того как p53 может защитить от прогрессирования злокачественности2. Некоторые p53-нулевые мыши могут развиваться нормально3. Недавние исследования задались вопросом, действительно ли p53 является таким целеустремленным белком, и не остаются ли др. функции p53, которые могут быть важными в нормальной жизни, затененными. Сюда входят роли p53 в регуляции продолжительности и старения, glycolytic путей, которые могут предопределять выносливость и общую приспособленность и апоптические реакции во время ишемического и др. типов стрессов. Доказательства генетический вариаций в активности p53 пути у людей делают эту идею актуальной4.
Белок p53 экстенсивно изучался на структурном и функциональном уровнях (Figs 1, 2). Одним из главных механизмов, с помощью которого p53 функционирует, является его поведение как транскрипционного фактора, который как позитивно, так и негативно регулирует экспрессию большой и несопоставимой группы чувствительных генов5. Хотя некоторые из этих чувствительных к p53 генов играют важную роль в обеспечении ареста клеточного цикла, старения и апоптоза (наиболее изученные активности p53), сегодня установлено, что способность p53 влиять на экспрессию генов ведет к более широким эффектам. Многочисленные исследования, включая недавно описанные для всего генома 6,7, идентифицировали p53-регулируемые гены, которые могут играть роль в ряде других - иногда неожиданных - реакциях. Хотя нокоторые из них всё ещё нуждаются в полной оценке, имеются уже четкие доказательства роли p53 в регуляции 8,9 и 10, репарации генотоксических повреждений11, выживания клеток и регуляции оксидативных стрессов12, инвазии и подвижности13, клеточном старении14, ангиогенезе15, дифференцировке16 и ремоделировании костей17.
p53: beyond regulating gene expression
Способность p53 регулировать экспрессию генов является ключом к активации реакций, представленных на Fig. 1. Однако, транскрипционно независимые активности p53, которые могут потенциировать апоптические ответы, также описаны18. Эти функции используют непосредственные взаимодействия p53 с членами семейства белков, что позволяет p53 функционировать как так наз. BCL2-homology domain-3 (BH3)-only белок (Box 1). Продолжаются дискуссии о точной природе этой активности p53, с доказательствами функционирования как в цитозоле, так и непосредственно в митохондриях19. Однако, очевидно, что транскрипционно независимая апоптическая активность p53 добавляется к его способности активировать экспрессию про-апоптических BH3-only белков на транскрипционном уровне, т.к. вмешательство в любую из этих функций может тяжело нарушать реакцию гибели. Напр., мыши, лишенные - одной из ключевых апоптических транскрипционных мишеней p53 - обнаруживают выраженные дефекты в своей апоптической реакции вследствие индукции p53 во многих тканях20. С др. стороны, небольшие молекулы, которые ингибируют взаимодействие p53 с анти-апоптическими BH3 белками, также могут драматически редуцировать функцию p53-зависимой апоптической реакции без вмешательства транскрипционных функций p53 (Ref. 21). Интересно, что имеется прямая связь между транскрипционной и цитоплазматической функциями p53 в PUMA - повышенная экспрессия которой является результатом транскрипционной активности p53 - это может запрещать цитоплазматическому p53 ингибирующее взаимодействие с анти-апоптическими BH3 белками и тем самым активность транскрипционно независимую апоптическую функцию p53 (Ref. 22) (Box 1).
Control and release of p53
p53, благодаря своему аресту клеточного цикла и апоптической активности, может оказывать сильное ингибирующее действие на клеточный рост, что делает важным поддержание функции p53 для контроля во время нормального развития. Существуют множественные механизмы для негативного контроля p53, включая регуляцию активности и стабильности белка и его субклеточную локализацию благодаря действию многочисленных др. белков, которые действуют непосредственно или косвенно, чтобы сдерживать p53. Эти p53-регуляторные белки включают , которые играют роль в контроле стабильности белка p53, энзимы, участвующие в пост-трансляционной модификации p53 (такие как kinases и acetylases), транскрипционные коактиваторы, которые могут модулировать транскрипционную активность p53, и многие др. (rev. 5,23-26). Потеря этих регуляторов и последующая неспособность сдерживать функцию p53, может иметь гибельные последствия на жизнеспособность организма. Это прекрасно проиллюстрировано с помощью , одной из ключевых ubiquitin лигаз, реагирующих на ограниченные уровни p53. Делеция Mdm2 у мышей приводит к чрезвычайно ранней эмбриональной летальности, которая является прямым результатом неспособности ограничивать p53-обусловленный апоптоз27.
Одинаковы ли все сигналы, активирующие p53? Освобождение от тесного контроля над p53 и активация p53 являются хорошо установленными реакциями на стресс. Анализ p53 ортологов у мух и червей показал, что p53 является интегральной частью реакции на генотоксический стресс28-30. p53 чрезвычайно чувствителен даже к низким уровням повреждений ДНК, реакция, которая, как полагают, вносит вклад в супрессию опухолей, путем или предоставления возможности репарации или путем элиминации клеток, обладающих потенциально онкогенными альтерациями. Однако, многие др. сигналы также могут активировать p53, включая несоответствующую клеточную пролиферацию, управляемую с помощью активации онкогена, erosion теломер, устранение питательных веществ и гипоксию23 (Fig. 1). Важно, что не все эти сигналы ангажируют p53 с помощью одних и тех же путей, а используют разные сигнальные молекулы, чтобы стабилизировать и активировать p53. Напр., ARF, малый белок, который связывает и ингибирует MDM2, играет важную роль в передаче сигналов к p53 в ответ на некоторые онкогены, но не обязателен для активации p53 в ответ на повреждения ДНК31. Сходным образом рибсомальный белок L11 играет роль в активации p53 в ответ на рибосомальные стрессы, но не используется для ARF32. Итак, разные сигналы используют разные пути чтобы активировать p53. Являются ли все эти пути одинаково важными для ингибирования развития опухолей?
Хотя реакция на генотоксические стрессы определенно кажется наиболее родоначальной функцией p53 в эволюционном смысле, недавнее исследование с использованием мышиной модели, в которой p53 может быть включен или выключен, показало, что реакция p53 на повреждение ДНК не может отвечать за супрессию опухолей33. Исследование показало, что p53 становится важным только после массивного повреждения и был сделан вывод, что ключом к функции супрессии опухолей p53 появляется в ответ на активацию онкогена, которая происходит как следствие исходного генотоксического стресса. Подтверждением этой идеи стали исследования, показавшие, что ARF - который необходим для индуцированной онкогеном, но не для индуцированной повреждением ДНК, активации p53 - отвечает за почти всю опухоль-супрессирующую активность p53 (Ref. 34). Это потрясающее и вызывающее заключение, т.к. оно заставляет нас рассматривать использование p53 в ответ на повреждения ДНК относительно супрессии опухолей как настоящую роль p53 в репарации ДНК. Безусловно будут модификации, осложнения и протесты относительно этой истории. Др. столь же исчерпывающее исследование показало, что генотоксический стресс является ключевым сигналом для активации p53 и для супрессии опухолей в случае пред-раковых повреждений и что повреждение ДНК может быть индуцировано с помощью активации некоторых онкогенов ARF-независимым способом35,36.
p53 activation by everyday stresses
Несмотря на безусловную важность негативной регуляции p53 во время нормального клеточного роста, ряд недавних исследований приводит нас к вопросу одному из базовых принципов - находится ли p53 полностью неактивным до тех пор, пока не будет индуцирован с помощью необычного спорадического или тяжелого стрессов, таких как острый генотоксический стресс или активация онкогена. Доказано, что несмотря на множество уровней негативной регуляции, которые имеют место, чтобы ограничивать p53, повседневная, богатая невзгодами нормальная жизнь млекопитающего может более систематически индуцировать низкие уровни активности p53. Недавно выявлена до сих пор недооцененная важность p53 в условиях кажущегося нормального роста и развития. Интересно, что индукция p53 посредством таких механизмов, по-видимому, играет роль в ответ на арест клеточного цикла и апоптоз, включая интригующую роль p53 в обеспечении жизнеспособности37, а также клеточной гибели.
Regulation of glucose metabolism. Недавние результаты продемонстрировали роль p53 в детерминации реакций клеток на пищевые стрессы и в регуляции путей использования глюкозы и энергетического метаболизма (Fig. 3). Метаболический стресс, который обусловливает низкие уровни глюкозы, как было показано, активирует p53 посредством пути, который использует AMP kinase (AMPK), и как было предположено, вносит вклад в кратко-временное выживание клеток, страдающих, надеемся временно, от голодания38. Однако, потеря этой реакции в опухолях, которые лишены функционального p53, может также вносить вклад в способность таких клеток пролиферировать в условиях плохого питания и тем самым создавать пролиферативные преимущества для опухолевых клеток, которые пытаются расти аномально. Такая индуцированная голоданием активность p53 целиком согласуется с концепцией p53 как стража по детекции и реакции на потенциально онкогенные стрессы, но может определенно играть более широкую роль в ответах на метаболические стрессы.
Недавно описана и роль p53 по контролю различных метаболических путей при кажущихся нормальных условиях роста. Напр., p53, как было установлено, индуцирует экспрессию транспорта меди , который необходим для сборки cytochrome c oxidase8. Это позволяет p53 усиливать оксидативное фосфорилирование. Напротив, потеря активности p53 в клетках приводит к снижению потребления кислорода. Возникающий в результет дефект дыхания д. влиять на опухолевые клетки (которые все дефектны каким-либо образом p53 активности) особенно строго, т.к. аномальная и нерегулируемая пролиферация клеток, характерная для раковых клеток, делает их особенно требовательными к энергии. При раке драматически усиливается гликолиз - т.наз. - это может помочь решить проблему достаточной продукции энергии. Интересно, что потеря p53, по-видимому, является корневой причиной метаболических изменений, которые характеризуют раковые клетки, т.к. восстановление экспрессии SCO2 в p53-дефицитных раковых клеточных линиях может восстанавливать митохондриальное дыхание8. Сходным образом. базовые уровни p53 играют роль в регуляции экспрессии AIF, митохондриального белка, который также вносит вклад в эффективное оксидативное фосфорилирование39.
Но каков эффект этого изменения митохондриального дыхания для животного в целом? Исследование p53-нулевых мышей привело к идентификации интересного, до сих пор не обнаруживаемого дефекта в выносливости. p53-нулевые мыши очень быстро изнуряются во время упражнений - по-видимому, из-за того, что они не могут эффективно генерировать энергию через аэробное дыхание8. Это может быть одним из многих независимых от рака фенотипов, которые возникают в результате потери p53.
Antioxidant functions. Др. недавно описанным p53-индуцибельным геном, участвующим в гликолизе является (Tp53-inducible glycolysis and apoptosis regulator)9, кодирующий белок, которые обнаруживает некоторое структурное сходство с bisphosphatase доменом бифункционального энзима 6-phosphofructo-2-kinase/fructose 2,6 bisphosphate (), и может понижать внутриклеточные уровни fructose-2,6-bisphosphate. Влияние экспрессии TIGAR заключается, следовательно, в снижении активности 6-phospho-1-kinase, ключевого гликолитического энзима, и тем самым в превращении главного гликолитического пути в . Возникающее в результате увеличение продукции нуклеотида и NADPH может иметь ряд интересных последствий, включая увеличение уровней glutathione, что способствует очищению от reactive oxygen species (ROS). Хотя апоптическая активность p53 обеспечивается - по крайней мере, частично - путем увеличения уровней ROS40,41, ряд исследований показал, что функция жизнеспособности для p53 заключается в понижении внутриклеточных уровней ROS, с вовлечением активности генов, таких как TIGAR, 42,43, aldehyde dehydrogenase-4 (ALDH4)44, и др.45 (Fig. 3). Наиболее интересно то, что эта антиоксидантная функция p53 важна в отсутствие острых стрессов и действует для предупреждения накопления повреждений ДНК в ответ на повседневные повреждения46. Стоит подчеркнуть, однако, что даже среди этих low-stress чувствительных к p53 генов чувствительность к p53 может отличаться. Напр., уровни SCO2 и sestrin снижаются после удаления p53 даже в клетках, неподверженных стрессам, в то время как базовая экспрессия TIGAR не затрагивается столь очевидно. Возможно, что скорее, чем подразделение на две дискретные группы генов, которые отвечают на высокие и низкие стрессы, гены, чувствительные к p53, будут давать континуум, который указывает на всё возрастающую чувствительность к p53 и к уровням стресса (Fig. 4).
Сегодня можно предложить модель, в которой p53 может выполнять две важные, но фундаментально противоположные роли в ответ на стрессы (Fig. 4). Низкие уровни повреждений ДНК, которые встречаются во время нормальной жизни, имеют дело с p53, путем понижения уровней ROS (тем самым редуцируя повреждения) и способствуя выживаемости слегка поврежденных клеток, делая возможной репарацию (процесс, в который p53 также может вносить вклад). В ответ на более тяжелые, длительные стрессы - такие как активация онкогенов или воздействие высоких доз радиации - p53 переключается с помощи в выживаемости и репарации на индукцию апоптоза12. Эта двойная роль p53 может объяснить интересный парадокс последствий потери PUMA, одного из главных медиаторов p53-индуцированного апоптоза, упомянутого ранее. В то время к PUMA, PUMA-дефицитные мыши не обнаруживают усиления развития опухолей20 - возможно из-за того, что функция как опухолевого супрессора p53 в ответ на постоянные стрессы остается не задействованной (Fig. 4). Однако, нокдаун PUMA существенно ускоряет туморогенез в клетках, которые приобрели определенные типы активированных онкогенов47 - возможно из-за того, что апоптическая реакция, чтобы элиминировать поврежденные клетки, не может быть активирована. Конечно обе активности p53 (выживание и гибель) вносят вклад в супрессию опухолей.
Beyond cancer - other roles for p53
Большинство современных моделей того, как p53 действует по супрессии опухолей, учитывают стрессами индуцированную активацию p53, которая блокирует дальнейший рост клеток, которые приобрели некий онкогенный потенциал. Это отражает важность некоторых реакций, которые индуцируются с помощью p53 (Fig. 1), включая апоптоз, арест клеточного цикла, поддержание геномной стабильности и старение48-50. Сегодня становится ясно, что реакция на p53 также влияет и на некоторые др. аспекты жизни помимо возникновения опухолей.
p53 in development. У позвоночных два др. члена семейства p53, p63 и p73, иллюстрируют потребность, по крайней мере, в некой p53-подобной функции во время развития16. Эти белки структурно сходны с p53 (Fig. 2), особенно по стрежневому ДНК-связывающему домену в центре этих белков, и действуют они как транскрипционные факторы, которые регулируют сходные с p53 наборы генов. Делеция или p63 или p73 оказывают тяжелые эффекты на нормальное развитие мышей, а ряд онтогенетических болезней человека также связан с мутациями в p63 (Ref. 51). Хотя потеря p63 и p73 может вызывать предрасположение к развитию раковых опухолей52, ни один из белков не оказывает выраженной активности по супрессии опухолей, которая показана для p53. Простые организмы, такие как мухи и черви, несут только по одному члену семейства p53, который играет роль в индуцированном стрессами апоптозе в зародышевой линии этих животных53. По структурной основе p63 и p73, как полагают, эволюционно более древние, чем p53, и p53 у мух и червей могут более аккуратно описываться как p63 или p73 (Ref. 54). Однако, у этих простых организмов принципиальная функция этих ортологов p53, по-видимому, заключается в защите зародышевой линии от действия генотоксических повреждений.
В свете важности p63 и p73 для нормального развития мышей, не является неожиданностью, что более тщательный анализ p53-нулевых мышей выявляет, что они также обладают аномалиями развития55. Хотя большинство таких мышей нормальны при рождении, самки некоторых линий обнаруживают дефекты закрытия нервной трубки (exencephaly), это указывает на роль p53 в нормальном развитии, во всяком случае, при определенных условиях56,57. Этот фенотип наблюдается также у мышей с дефектами в др. компонентах митохондриальных death путей, это указывает на то, что отсутствие p53 ведет к неспособности к апоптозу в клетках предшественниках и тем самым к избыточной продукции нервной ткани. Более того, исследования аномалий развития, индуцированных воздействием in utero ионизирующей радиации, четко показывают, что p53 играет роль в снижении доли врожденных пороков56,58,59. Недавние исследования на рыбках данио показали защитную функцию p53 против широкого круга ранних дефектов развития, которые ассоциируют с мутациями потери функции в генах, столь различных, что участвуют в синтезе рибосомальных РНК60, синтезе ДНК61, развитии кишечника62 и нейрональном развитии63. Эти находки указывают на то, что обычная реакция p53 заключается в постоянном мониторинге ранних процессов развития, возможно элиминируя случайные аберрантные клетки или убивая эмбрион, если дефекты становятся слишком тяжелыми58. Интересно, что p53 обнаруживает четкую анти-тератогенную функцию64,65, демонстрируя значительно более осязаемое эволюционное преимущество, чем более часто изучаемая противоопухолевая активность и иллюстрируя интересную параллель с функцией p53 в зародышевой линии у низших организмов. Интересно бы узнать, более ли часты врожденные дефекты у пациентов с , которые несут мутации одного из аллелей p53 в зародышевой линии и имеют чрезвычайно высокий показатель раковых опухолей66.
The darker side of p53. Хотя супрессия рака или ингибирование тератогенеза безусловно желанные свойства p53, индукция p53 не обходится без издержек. Наиболее очевидно, p53 ст рого активируется в ответ на острые генотоксические стрессы, такие как последствия облучения или химиотерапии, а последующий апоптоз ответственен за классический синдром радиационной болезни и побочные эффекты раковой терапии. Очевидно также, что др. формы стрессов или травмы, не обязательно ассоциированные с потенциалом злокачественного прогрессирования, также могут приводить к активации p53. Напр., индукция p53 во время ишемии, как было установлено, вносит вклад в повреждения благодаря активации апоптоза, а временное ингибирование функции p53 в этих условиях может быть очень благоприятным для предупреждения и лечения повреждений печени, головного мозга и почек67-69, или для лечения инфаркта миокарда70. Потенциальная роль p53 в иммунитете или в реакции на вирусную инфекцию подтверждена23, хотя нет четких указаний на механистическую основу такой активности. Столь же мучительной является возможность, что p53 участвует частично и в нейродегенеративных синдромах, таких как , and 71. В противоположность позитивной роли p53 в защите от рака, каждый из этих примеров отражает более негативную роль p53, в которой индукция p53 ответа вызывает скорее, чем решает проблемы. Концепция, что p53 имеет темную сторону, становится всё более основательной, несмотря на помощь в защите от рака p53 может также вносить вклад во многие нежелательные аспекты старения. Возможно, что мы платим высокую цену за защиту от развития рака, осуществляемую p53.
The quest for eternal life - p53 and ageing. Одной из наиболее интересных и провоцирующих функций p53 является регуляция продолжительности жизни, хотя помогает ли p53 или мешает процессу старения, всё ещё неясно. Наблюдения, что даже легкая постоянная гиперактивация p53 приводит к тревожному фенотипу преждевременного старения у мышей72,73 напускает темные облака на энтузиазм системной активации p53 для терапии рака (Box 2). У людей полиморфизм по p53, который приводит к легкому снижению его активности ассоциирует с повышенным риском рака, но он также повышает продолжительность жизни74. Как p53 может способствовать старению, неясно, хотя предполагается вклад p53 в клеточное страение и ограничение пролиферативной способности стволовых клеток75. У Drosophila melanogaster, удлинение продолжительности жизни в результате снижения активности p53 в нейронах не является единственным76, это увеличение продолжительности жизни наблюдается у ряда организмов от дрожжей до мышей. Эти результаты указывают на то, что p53 участвует в путях, которые отвечают на калорические ограничения - в таких как пути передачи сигналов silent information regulator-2 (SIR2) и/или insulin73,77. Как эти наблюдения увязать с функцией p53 в качестве фактора выживания в ответ на потерю глюкозы, неясно. Некоторые из этих результатов намекают также на возможную роль недавно идентифицированных N- или C-терминально укороченных изоформ p53 (Ref. 78) в контроле за старением72,73. Регуляция гликолиза с помощью p53 может также влиять на клеточную, и тем самым на организменную продолжительность жизни79.
Однако, несмотря на доказательства, что p53 может индуцировать преждевременное старение, очевидно, что это не может быть функцией, собственного регулируемой p53. Мыши, содержащие добавочную копию гена p53 или с редуцированной экспрессией Mdm2, обнаруживают ожидаемую защиту от развития опухолей, но не понижают нормальную продолжительность жизни80,81. Одним из объяснений этого кажущегося парадокса является то, что фенотип старения, наблюдаемый в более ранних исследованиях отражал дисбаланс передачи сигналов p53, с активацией некоторых, но не всех функций p5382,83. Хотя некоторые активности p53 могут быть предсказаны, как вносящие вклад в ускорение старения, столь же возможно, что отсутствие p53 и ассоциированные с этим усиленные оксидативные стрессы будут оказывать тот же самый эффект. В самом деле, недостаток родственного p53 белка p63, как было показано, ведет к преждевременному старению, что коррелирует с индукцией старения34. Недавнее исследование на плодовых мушках также показало, что p53 необходим для компенсаторного роста после повреждений тканей и может вносить вклад в репарацию такни, обновление клеток и жизнеспособность некоторых животных84. В самом деле, мыши, экспрессирующие поврежденные формы p53 обнаруживают также нарушения заживления ран72.
Can't live with it - can't live without it
Доказательства, что p53 действует в дополнение к ответам на тяжелые стрессы, чтобы предупредить развитие опухолей, ставит интересный вопрос: если мы выйдем за супрессию опухолей, то является p53 полезным или вредным для нашего здоровья? Возможно ли, что активация p53 может быть благоприятна или вердна в зависимости от степени или типа сигнального стресса, на который он реагирует? Имеются доказательства, что p53-активирующие сигналы действуют с помощью разных путей и что реакция на p53 может варьировать в зависимости от типа клеток, среды и др. влияющих факторов85. Точнее, способные к переключению p53 мыши, описанные ранее33,86, предоставляют метод, чтобы начать использовать некоторые впечатляющие пути для терапии рака (Box 2). Эти исследования показали, что задержка индукции p53 вплоть до того, когда эффекты облучения станут большими, задействует др. механизмы репарации ДНК, защищающие мышей от негативных эффектов p53-индуцированного апоптоза, который обычно наблюдается в радиочувствительных тканях. Др. словами, активация p53 ответственна не только за ингибирование роста рака, но и также за усиление токсических побочных эффектов химиотерапевтического лечения у людей (Fig. 5). Поэтому едва ли лекарства, включающие функцию p53 могут использоваться для защиты нормальных тканей от эффектов химиотерапии, позволяя пациентам противостоять более агрессивным (и поэтому более успешным) режимам лечения.
Эти мыши могут также позволить нам углубиться в изучение вклада p53 в др. аспекты здоровья и болезни, если преждевременная гибель этих мышей, обусловленная раком, может быть предотвращена периодическими, короткими пульсовыми воздействиями p53. Учитывая большое количество доказательств, что p53 может вносить вклад в репарацию ДНК11, важно понять действительно ли p53 не имеет никакого отношения к реакции на генотоксические повреждения и являются ли антиоксидантная и репаративная функции p53 связанной только со значительно более низкими уровнями повреждений, чем те, что были исследованы в этих работах. Т.к. очевидно, что выключение у этих мышей не является абсолютно полным86, то остается возможность, что базовая функция p53 всё ещё может сохраняться у таких животных, эта мышиная модель является первой из многих, которые позволяют нам задавать вопрос, действительно ли снижение активности p53 вызывает ускорение или задержку старения.
Functions of mutant p53
Точно также как дикого типа p53 продолжает удивлять нас расширением пределов затрагиваемых процессов, выявляются новые активности и у мутантов p53
Мутации в p53 чрезвычайно распространены в опухолях и в определенный момент прогрессирования злокачественности около полвины всех раковых опухолей приобретают мутации в p53 (Ref. 87). Ясно. что потеря функции дикого типа p53 жизненно важна для успешного прогрессирования опухолей и что ассоциированные с раком мутации ведут к потере большинства из нормальных функций p53, таких как активация транскрипции, арест клеточного цикла и апоптоз.
p53 mutations in cancer. Мутации в p53 отличаются от тех, что инактивируют гены др. опухолевых супрессоров, таких как retinoblastoma (RB), при которых отбираются только мутации, вызывающие потерю белка дикого типа
В случае p53, большинство раковых опухолей сохраняет экспрессию белка p53 только с одной аминокислотной заменой, которые часто появляются в стержневом ДНК-связывающем домене, приводя к нарушению нормальной функции p53 и накоплению высоких уровней мутантного p53 (Ref. 87). Многие исследования показали, что следствия экспрессии таких мутантных форм p53 не эквиваленты простой потере p53, и это наиболее четко видно на мышиных моделях, у которых экспрессия мутантного p53 строго сцеплена с изменениями в спектре опухолей и с увеличением метастатического потенциала по-видимому, сравнению с p53-нулевыми мышами88,89. Как такие мутантные белки p53 осуществляют своё влияние на распространение опухолей, активно исследуется, имеются указания на то, что они функционируют путем вмешательства в активности p63 или p73 (Ref. 90). Хотя белок p53 дикого типа не обнаруживает явной способности связываться с p63 или p73, мутации в p53 могут изменять конформацию белка. Это может позволять p53 соединяться с родственными белками, приводя к ингибированию функции p63 и/или p73. Кроме того, мутантные формы p53 приобретают новые транскрипционные активности, которые также скорее всего вносят вклад в усиление злокачественного потенциала в клетках, экспрессирующих этот белок91,92.
p53 mutants in normal cells. Т.к. мутантный p53 влияет на поведение раковых клеток, то интересно бы рассмотреть следствия экспрессии мутантного p53 во всем остальном нормальных клеток. Хотя большинство людей получают p53 мутации в качестве соматических альтераций только в ограниченном количестве клеток, несчастные люди, которые страдают синдромом Li-Fraumeni, несут мутацию p53 в зародышевой линии и экспрессируют мутантную и дикого типа форму p53 во всех тканях1. Пациенты с синдромом Li-Fraumeni обнаруживают чрезвычайно высокий показатель многих типов рака, в которых аллель p53 дикого типа часто утерян. Однако, следствия экспрессия мутантного p53 в нормальной соматической ткани пока ещё неясны.
Эксперименты с культурой ткани показали, что мутантный p53 может действовать как доминантно-негативный ингибитор дикого типа p53. С др. стороны, изучение мышиных и человеческих клеток, в которых только один аллель p53 мутантен, показало, что в этих условиях мутантный p53 не накапливается на высоком уровне, как он это делает в раковых опухолях, и не блокирует эффективно активность дикого типа p53. Хотя можно предположить, что один мутантный аллель p53 не оказывает эффекта на нормальные клетки, важно иметь в виду, что p53 путь очень чувствителен к небольшим изменениям в уровнях активности p53 и что пациенты с синдромом Li-Fraumeni экспрессируют только половину от нормального количества функционального p53, независимо от какого-либо влияния мутантного белка. Итак, хотя мутантный p53 не может полностью устранить активность дикого типа p53, он может оказывать малое, но тем не менее важное влияние, уменьшая активность p53 дикого типа в клетках, в которых экспрессируются дикого типа и мутантный белок.
Потенциальная важность лишь небольших изменений в регуляции p53 далее иллюстрируется полиморфизмом в промоторе MDM2, который приводит к скромным изменениям в уровнях белка MDM2, одного из ключевых регуляторов стабильности и функции p53, который оказывает выраженный эффект на индивидуальную восприимчивость к раку93. Сходным образом, у мышей даже небольшие коррекции в активности MDM2 обнаруживают четкие эффекты на p53 (Ref. 81). Полиморфизм в самом p53 также может вызывать слабые. но но в принципе чрезвычайно важные различия в активности4. Очевидно, что путь p53 нуждается лишь в незначительной корректировке, чтобы эффект был виден.
Ожидаемыми последствиями любого снижения активности p53 д. быть резистентность к развитию опухолей, как это видно на примере пациентов с синдромом Li-Fraumeni. Но в свете новых открытий относительно функций p53, необходимо сделать более тщательную переоценку таких индивидов. Устают ли они чрезвычайно быстро во время упражнений? Если проблемы с раком каким-либо образом эффективно преодолены, то будут ли они стареть медленнее и страдать меньше от нейродегенеративных заболеваний? Способны ли они переживать инсульты?
Conclusions and perspectives
The analysis of new mouse model systems might lead us to the conclusion that we are better off without p53 if cancers can be held at bay. Several small-molecule activators of p53 have been described, most of which function to protect p53 from the negative regulatory effects of MDM2 (Refs 94,95,96) (Box 2). Because these compounds are not genotoxic, they can induce p53 while avoiding many of the deleterious side effects of conventional chemotherapies. A number of p53 inhibitors are also available21, 97, and judicious use of these drugs might allow us to switch p53 on and off in humans at will. When this might be advantageous will require further investigation in model systems. But, it seems that in the treatment of p53-null tumour cells with high doses of chemotherapy, temporary inhibition of p53 function in normal tissues might have a profound effect on reducing toxicity without further increasing the cancer risk. More speculatively, can we avoid the deleterious effects of p53 function in other pathologies, or even in ageing, by inhibiting p53 and maintaining tumour suppression through the periodic reactivation of p53? Although some of these questions seem to be approaching fantasy, p53 continues to surprise us.
