Nylige fremskridt inden for p53-forskning og kræftbehandling
Abstrakt
TP53, der koder for p53, er et af de mest berømte tumorundertrykkende gener. Størstedelen af humane kræftformer demonstrerer inaktivering af p53-vejen. Mutant p53 fungerer ikke kun, ikke længere, som en tumorundertrykker, men kan også udøve tumorfremmende virkninger. Den grundlæggende funktion af p53 er at reagere på cellulær stress. Vi gennemgår heri de nylige fremskridt inden for p53-forskning og fokuserer på apoptose, cellecyklusstop og ældning som reaktion på stress. Vi gennemgår også de kliniske anvendelser af p53-baseret terapi til human kræft.
1. Introduktion
TP53-genet, der koder for p53, er et af de hyppigst muterede gener i humane kræftformer. Det rapporteres, at ca. halvdelen af alle kræftformer har inaktiveret p53. P53-proteinet har bred vifte af biologiske funktioner, herunder regulering af cellecyklussen, apoptose, aldring, DNA-metabolisme, angiogenese, cellulær differentiering og immunrespons. Talrige publikationer har rapporteret om forskellige funktioner i p53, herunder transkriptionelle, posttransskriptionelle og posttranslationsroller.
I denne artikel vil vi fokusere på spørgsmål vedrørende p53 og anvendelse af p53-baserede kræftbehandlinger. Som gennemgået af Vousden og Prives er de vigtigste funktioner i p53 reguleringen af vækststop og apoptose.
2. Normale funktioner for p53
Talrige undersøgelser har vist, at p53 er en transkriptionsfaktor, der er målrettet mod mange gener og mikroRNA’er som reaktion på kælderstress. Nøglerollen for p53 som en tumorundertrykker er at blokere cellecyklusprogression og / eller at inducere apoptose som reaktion på cellulære belastninger såsom DNA-beskadigelse. Nedsat p53-aktivitet fremmer ophobning af DNA-beskadigelse i celler, hvilket fører til en kræftfænotype. Som en transkriptionsfaktor danner p53 et forskelligt og komplekst genregulerende netværk. Der har været omfattende undersøgelse for at afklare de målsekvenser, som p53 genkender, p53-responselementet (RE), som for nylig gennemgået af Riley et al. p53 har en meget bred vifte af biologiske aktiviteter, så denne gennemgang vil fokusere på rollen som p53 som en tumorundertrykker og dens implikationer for kræftbehandling.
2.1. Humane kræftformer og p53-mutationer
Hyppigheden af TP53-mutation varierer fra ~ 10% (hæmatopoietiske maligniteter) til 50-70% (ovarie-, kolorektal- og hoved- og halsmaligniteter). Kimlinjemutation af TP53 forårsager Li-Fraumeni syndrom, som er et familiært cancersyndrom inklusive brystkræft, blødt vævsarkom og forskellige andre typer kræft. De fleste TP53-mutationer i humane kræftformer resulterer i mutationer inden for det DNA-bindende domæne og forhindrer således p53 i at transkribere dets målgener. Imidlertid har mutant p53 ikke kun ført til et tab af normal funktion af vildtypeproteinet, men også ført til nye evner til at fremme kræft. Den første rapport om denne funktionsgevinst ved mutant p53 var iagttagelsen af, at transfektion af mutant p53 i p53-null-celler forbedrer tumordannelse hos mus. Talrige efterfølgende undersøgelser har bekræftet dette fund.
2.2. p53 som en tumorundertrykker
2.2.1. p53 som en sensor for DNA-skader
Genetisk ustabilitet er et af de mest fremtrædende træk ved maligne tumorer. Der er meget sofistikerede systemer til at detektere DNA-skader og reparere genomet. p53 spiller en vigtig rolle i sådanne “vicevært” -systemer. Når p53 reagerer på DNA-beskadigelse, fremkalder det enten cellecyklusstop eller apoptose.
Det blev vist i 1991, at induktion af vildtype p53 kan inducere apoptose Mus, der har en specifik p53-mutant, mangler evnen til at inducere cellecyklusstop, men bevarer evnen til at inducere apoptose, så de effektivt kan undertrykke onkogeninducerede tumorer, hvilket antyder, at den proapoptotiske funktion af p53 kan spille en mere vigtig rolle i dets antitumoreffekter end i dets induktion af cellecyklusstop.
2.2.2. p53 og apoptose
Talrige rapporter har beskrevet den mekanisme, hvormed p53 inducerer apoptose. Som p53 fungerer hovedsageligt som en transkriptionsfaktor, er det vigtigt at undersøge de gener, der er reguleret af p53, der bidrager til regulering af apoptose Tidlige undersøgelser viste, at vildtype-p53 kan binde bax-genpromotorregionen og regulere bax-gentranskription. bax er medlem af Bc l-2-familie, der danner heterodimerer med Bcl-2, der inhiberer dens aktivitet. Bcl-2-proteinfamilien spiller en vigtig rolle i apoptose og kræft. F.eks. Kontrollerer Bcl-2 frigivelsen af cytochrom c fra mitokondrierne, som aktiverer den apoptotiske vej ved at aktivere caspase 9. Caspase 9 aktiverer derefter bøderens caspase 3. Begge caspaser spiller nøgleroller i den apoptotiske pathway.
Flere humane kræftformer, herunder tyktarms- og mavekræft, har ændret ekspressionen af Bcl-2. Imidlertid undersøges stadig betydningen af ekspressionsniveauet for Bcl-2 på prognosen for kræftpatienter.Bidraget fra bax-ekspression til kræftpatienters prognose og responsen på behandlingen er også uklart. I brystkræft viste en undersøgelse, at et lavt niveau af ekspression af bax er forbundet med en dårlig prognose, mens andre rapporter ikke har vist nogen sammenhæng mellem bax-ekspressionsniveauet og prognosen. Yderligere forskning vil derfor være nødvendig.
CD95 (også kaldet Fas og Apo-1) er en “dødsreceptor”, der indikerer dens største rolle i apoptose. Den første rapport fra CD95 viste, at et anti-CD95-antistof reducerede væksten af humane B-celle-xenotransplantatumorer. Siden er der blevet offentliggjort adskillige rapporter om den CD95-inducerede signalvej i apoptose. Cytotoksiske stoffer, såsom kemoterapeutiske lægemidler, kan inducere apoptose i lægemiddelfølsomme celler. Det er derfor vigtigt at afklare, hvilke signalveje der bidrager mest til apoptose. At belyse denne information ville være nyttigt til lægemiddelopdagelse.
Flere rapporter har vist, at CD95-vejen spiller en vigtig rolle i apoptose induceret af cytotoksiske midler, og at dette system involverer aktivering af vildtype p53. Derfor kan p53-status påvirke kemosensitivitet via CD95-signalering. Imidlertid viste en nylig rapport, at CD95 kunne fremme tumorvækst. Programmeret celledød er meget kompliceret d og afhænger af en række faktorer.
Der findes en Bcl-2-underfamilie, som kun indeholder BH3-domænet. Flere BH3-kun proteiner er blevet identificeret, og p53 fungerer som en transkriptionsfaktor for PUMA og NOXA, som begge hører til denne klasse. PUMA er også en nøglemegler for den apoptotiske vej induceret af p53.
Når PUMA forstyrres i tyktarmskræftceller, forhindres p53-induceret apoptose. PUMA kan spille en afgørende rolle ved bestemmelse af celleskæbne (programmeret celledød versus cellecyklusstop) som reaktion på p53-aktivering. En rapport om PUMA-knockout-mus viste, at knockout af PUMA rekapitulerer den apoptotiske mangel, der er observeret i p53-knockout-mus. PUMA er en vigtig mediator for p53-afhængig og uafhængig apoptose in vivo. Fordi undgåelse af apoptose er et af kendetegnene for kræft, kan PUMA også spille en vigtig rolle under kræftfremkaldende egenskaber.
Nylige rapporter har imidlertid vist, at apoptose i visse situationer kan fremme kræftfremkaldende virkning. Michalak et al. og Labi et al. viste, at tab af PUMA-ablateret gamma-stråling-induceret thymisk lymfomagenese. PUMA-mangelfuld hæmatopoietisk stamceller er beskyttet mod gamma-bestrålingsinduceret celledød, hvilket reducerer kompenserende spredning og replikation. På den anden side oplever vildtypemus massiv celledød, når de modtog gammabestråling, hvilket efterfølgende førte til genbefolkning af regionen af stamceller / stamceller. Disse rapporter indikerer, at den homeostase stamme / stamfader struktur af væv kan undertrykke tumordannelse. Dette fænomen skal bekræftes, men skal huskes, når patienter behandles med strategier som kemoterapi og / eller stråling.
2.2.3. p53 og cellecyklusarrest
p53-proteinet undertrykker tumordannelse ikke kun ved at inducere apoptose, men også ved at forårsage cellecyklusstop. Afhængigt af typen af cellulær stress kan p53 inducere G1-anholdelse gennem aktivering af transkription af den cyclinafhængige kinaseinhibitor p21. Denne proces er velkendt og er blevet grundigt undersøgt. p53 regulerer også G2 / M-overgangen. For eksempel kan p53 blokere celleindgang i mitose ved inhibering af Cdc2. Cdc2 skal binde til cyclin B1 for at fungere. Undertrykkelse af cyclin B1 ved p53 arresterer også celler i G2. Imidlertid kan forbigående cellecyklus muligvis ikke føre til tumorudryddelse, fordi en celle med onkogent potentiale, der ikke kan repareres, kan genoptage spredning.
Derfor kan den anden mekanisme, cellulær senescens, spille en vigtig rolle i p53- medieret tumorundertrykkelse. Cellulær aldring er permanent arrestering af cellecyklus. Der er mange rapporter om sammenhængen mellem tumorudvikling, p53 og aldring. Vi vil diskutere et par af disse faktorer ud fra kræftterapi. Onkogen ras udtrykt i humane og gnavere primære celler resulterer i cellulær aldring. Denne proces skyldes ophobning af p53 og p16. Inaktivering af p53 eller p16 forhindrer ras-induceret ældning. Denne rapport antyder, at kælderforfald spiller en vigtig rolle i undertrykkelse af tumorudvikling. Inaktivering af p53, som det er til stede i de fleste humane kræftformer, gør det muligt for celler at unddrage sig kældersalderen, hvilket resulterer i makrolevel-tumorudvikling. . Cellulær senescens induceret af p53 er vigtig ikke kun for kræftforebyggelse, men også for anticancereffekten induceret af enhver vildtype-p53 indført i etablerede tumorer.
Xue et al. konstruerede en musemodel af levercancer med betinget reguleret endogen p53.Reaktivering af endogen p53 i p53-mangelfulde tumorer resulterer i komplette tumorregressioner. Interessant nok var det primære svar på p53 ikke apoptose, men induktion af et kælder-aldringsprogram. Dette program udløste et medfødt immunrespons, der eliminerede tumoren fra værten.
Vi har gennemgået to vigtige roller for p53 som en tumorundertrykker. Blandt de forskellige funktioner i p53 er apoptose og aldring de vigtigste mekanismer, der er ansvarlige for dets tumorundertrykkelse. Præcis hvordan p53 bestemmer, hvorvidt aktivering af ældningsprogrammet eller apoptoseprogrammet finder sted, er imidlertid stadig at belyse. Dette spørgsmål er især vigtigt for udviklingen af p53-baseret kræftbehandling, herunder fremgangsmåder i kombination med konventionel kemoterapi. De fleste konventionelle kemoterapeutiske midler opnår eliminering af kræftceller ved at dræbe dem. Derfor, hvis p53 inducerer ældning snarere end apoptose, vil der opstå en konflikt. Det er faktisk blevet rapporteret, at nogle typer brystkræft er beskyttet mod cytotoksiske kemoterapeutiske midler af endogent p53.
Derfor er flere faktorer, såsom kvaliteten og mængden af cellulær stress, vævstypen og kældermikromiljø, bestem skæbnen for cellen. Vousden og Prives foreslog en model, hvor beslutningen mellem liv og død kan bestemmes af omfanget af skade eller varigheden af stress. I deres model fremkalder et lavt niveau af stress, som kan repareres, et DNA-reparations- / overlevelsesrespons, mens et højt niveau af stress, der ikke kan repareres, inducerer et apoptotisk eller senescensrespons. Denne dobbelte natur af p53, dræber og beskytter indikerer muligheden for, at p53 også kan fungere som tumorpromotor. Den antiapoptotiske funktion af p53 kan føre til overlevelse af beskadigede celler, hvilket kan øge muligheden for ondartet transformation (figur 1).
2.3. Anvendelser af p53-baseret kræftbehandling
Fordi de fleste, hvis ikke alle, humane kræftformer har ændret p53, er begrebet gendannelse af p53 til kræftbehandling meget attraktivt. En dyremodel viste, at reaktivering af vildtype-p53 resulterede i effektiv tumorregression, inklusive regression af lymfom og levercarcinom.
2.3.1. Genaktivering af mutant p53
Der er klasse af små molekyler, der genaktiverer vildtypefunktionerne af mutant p53. PhiKan083 er et carbazolderivat fundet fra silikoscreening af krystalstrukturen af p53. Ved at binde muteret p53 hæver PhiKan083 smeltetemperaturen for muteret p53, hvilket resulterer i reaktivering af dens funktion. PRIMA-1 er et andet lille molekyle identificeret ved cellebaseret screening, som gendannede sekvensspecifik DNA-binding og den aktive konformation af p53. CP-31398 er også et lille molekyle, der kan gendanne proteinfoldning af muteret p53 til en mere naturlig konformation, der tillader en vildtypefunktion.
2.3.2. p53 stabilisering
MDM2 er en E3 ubiquitin ligase, der styrer p53 nedbrydning. Mange tumorer overudtrykker MDM2, selv tumorer uden p53-mutationer. Målretning mod MDM2 for p53-stabilisering synes at være lovende, så mange rapporter om målretning mod MDM2 eller MDM2-p53 er blevet offentliggjort.
F.eks. Er møtrikkerne cis-imidazolinforbindelser, der fungerer som antagonister for MDM2- p53-interaktion. Analyse af krystalstrukturen viste, at nutlin binder i MDM2-lommen for at forhindre p53-MDM2-interaktion. Nutlin kan aktivere p53-vejen og derved inducere kræftceller og xenograft-tumorer hos mus til at gennemgå cellecyklusstop, apoptose og vækstinhibering.
MI-219 er et andet lille molekyle, der hæmmer MDM2-p53-interaktionen. MI-219 aktiverer også p53-banen i celler med vildtype-p53. Apoptose og cellecyklusstop blev observeret i xenotransplantattumorer, hvilket resulterede i tumorregression.
MDM2-inhibering og p53-aktivering i normalt væv kan dog være skadeligt. Ringshausen et al. viste, at p53 aktiveres spontant i mange væv i MDM2-mangelfulde mus.Desuden udløste p53 fatale patologier, der inkluderede ablation af klassisk radiofølsomt væv.
2.3.3. Andre klasser af lægemidler til p53-stabilisering
Tenovin blev fundet ved hjælp af en cellebaseret medikamentskærm til at aktivere p53. Tenovin fungerer som en hæmmer af de protein-deacetylerende aktiviteter af SirT1 og SirT2. Den intraperitoneale indgivelse af tenovin-6 har vist sig at inducere en regression af xenotransplantattumorer i en musetilstand.
Issaeva et al. screenede et kemisk bibliotek og fandt det lille molekyle RITA (reaktivering af p53 og induktion af tumorcelle-apoptose), som binder til p53 og hæmmer p53-MDM2-interaktionen både in vitro og in vivo. RITA inducerede apoptose i forskellige kræftceller, der bibeholdt vildtype p53. De fandt også, at p53 frigivet fra MDM2 af RITA fremmer p21 og hnRNP K (en p53 cofaktor), hvilket antyder, at p21 spiller en vigtig rolle i reguleringen af kræftcelle skæbne efter p53 reaktivering (figur 2).
2.4. p53 Inhibering til kræftterapi
Inhiberingen af p53 kan beskytte normale celler under genotoksisk kemoterapi eller strålebehandling. Bivirkningerne af genotoksisk behandling for kræft er i høj grad forårsaget af p53-medieret apoptose. Det lille molekyle pifithrin-alfa kan blokere p53-afhængig transkriptionsaktivitet og beskytte mus mod de dødelige bivirkninger forbundet med kræftbehandling. Hvis vi kan undgå dosisbegrænsende genotoksisk stress til normale celler under kemoterapi eller strålebehandling for kræft, vil det således muliggøre en højere dosis til patienter, der ikke reagerer tilstrækkeligt på konventionel kemoterapi.
2.5. p53 Genterapi
Den første p53-baserede genterapi blev rapporteret i 1996. En retroviral vektor indeholdende vildtype-p53-genet under kontrol af en actinpromotor blev injiceret direkte i tumorer hos ikke-småcellet lungecancerpatienter . Efter udvikling af en replikationsdefekt rekombinant p53-virus (Ad5CMV-p53) er der udført mange kliniske forsøg, inklusive en hos patienter med spiserørskræft. Et par forsøg nåede fase III, men den endelige godkendelse fra FDA er endnu ikke givet. For nylig har p53-baseret genterapi udviklet sig i Kina.
2.6. p53-baseret immunterapi
Tumorassocieret antigenspecifik cytotoksisk T-lymfocyt kan formidle immunrespons fra vært mod kræft in vivo. P53-protein, især målrettet mod missense-mutation af p53, kan være kandidat til tumorantigen. Nogle kræftpatienter har antistoffer mod p53, hyppigheden og den kliniske betydning er stadig under debat.
Speetjens et al. rapporterede kliniske forsøg med en p53-specifik syntetisk lang peptid (p53-SLP) vaccine til patienter med metastatisk kolorektal cancer. Ti patienter blev vaccineret med p53-SLP i et fase I- og fase II-forsøg. Toksicitet var acceptabel, og p53-specifik immunrespons blev påvist hos 9 ud af 10 patienter. P53-specifik T-cellereaktivitet varede mere end 6 måneder hos 6 ud af 9 patienter. Selvom forsøget var fase I / II, kan den kliniske fordel være vanskelig at opnå, fordi de fleste patienter havde T-hjælperceller, der manglede nøglecytokiner. Præklinisk fase I / II-undersøgelse af INGN-225 (Introgen), en p53-modificeret adenovirus-induceret dendritcellevaccine til småcellet lungecancer (SCLC) patienter, er blevet rapporteret. INGN-225 blev veltolereret og induceret p53-specifikt immunrespons hos 18/43 (41,8%) patienter og sensibiliseret SCLC til efterfølgende kemoterapi.
3. Konklusion
I denne artikel fokuserede vi på funktionerne af p53 og kliniske applikationer målrettet p53 til kræftbehandling. På trods af nylige fremskridt inden for forskning i p53s cytoplasmatiske funktion ser det ud til, at forskellige roller stadig skal belyses, bortset fra dens funktion som en nuklear faktor. p53 er blevet rapporteret at inducere apoptose uafhængig af dets transkription af gener allerede i 1994. Overraskende nok kan aktiveret p53 inducere apoptose i cytoplasmaet ved hjælp af en bax-afhængig mekanisme.
Disse rapporter indikerer, at cytoplasmatisk p53 kan aktivere et transkriptionsuafhængigt apoptotisk program. Den næste generation af p53-baserede kræftterapeutiske tilgange bør derfor udvikles for at drage fordel af denne cytosoliske funktion. Dette kan være sikrere end at regulere transkriptionsmodulationen af vildtype-p53, hvilket kan inducere både prosurvival- og proapoptotiske effekter i tumorceller som beskrevet ovenfor.
Nylige rapporter har vist, at p53 regulerer processen med selv- fornyelse af neurale stamceller og hæmatopoietiske stamceller. Kræftstammodellen insisterer på, at tumorer opretholdes af en lille population af kræftstamceller, der kan opdele både symmetrisk og asymmetrisk. Tab af p53 fremmer akut myeloid leukæmi ved afvigende selvfornyelse.
Mammastamceller med den målrettede mutation af p53 er rapporteret at have de samme egenskaber som kræftstamceller. Reaktiveringen af p53 gendannede den asymmetriske celledeling af kræftstamceller og inducerede tumorvækstinhibering. Som et resultat kan yderligere undersøgelse af sammenhængen mellem p53-funktionen og kræftstamceller derfor være et af de vigtigste forskningsfelter for at afdække nye paradigmer inden for kræftbehandling.