p53研究と癌治療の最近の進歩
要約
p53をコードするTP53は、最も有名な腫瘍抑制遺伝子の1つです。ヒトの癌の大部分は、p53経路の不活性化を示しています。変異型p53は、もはや腫瘍抑制因子として機能するだけでなく、腫瘍促進効果を発揮することもできます。 p53の基本的な機能は、細胞のストレスに反応することです。ここでは、p53研究の最近の進歩をレビューし、アポトーシス、細胞周期停止、およびストレスに応答した老化に焦点を当てます。また、ヒトの癌に対するp53ベースの治療の臨床応用についてもレビューします。
1。はじめに
p53をコードするTP53遺伝子は、ヒトの癌で最も頻繁に変異する遺伝子の1つです。すべての癌の約半分がp53を不活化したと報告されています。 p53タンパク質は、細胞周期の調節、アポトーシス、老化、DNA代謝、血管新生、細胞分化、免疫応答など、幅広い生物学的機能を持っています。多くの出版物が、転写、転写後、翻訳後の役割を含むp53のさまざまな機能を報告しています。
この論文では、p53とp53ベースの癌治療の適用に関する問題に焦点を当てます。 VousdenとPrivesがレビューしたように、p53の主な機能は、成長停止とアポトーシスの調節です。
2。 p53の正常な機能
多くの研究により、p53は細胞ストレスに応答して多くの遺伝子やマイクロRNAを標的とする転写因子であることが示されています。腫瘍抑制因子としてのp53の重要な役割は、DNA損傷などの細胞ストレスに応答して、細胞周期の進行を阻止すること、および/またはアポトーシスを誘導することです。障害のあるp53活性は、細胞内のDNA損傷の蓄積を促進し、それが癌の表現型につながります。転写因子として、p53は多様で複雑な遺伝子調節ネットワークを形成します。 Riley et al。によって最近レビューされたように、p53が認識する標的配列であるp53応答エレメント（RE）を明らかにするための広範な調査が行われています。 p53は非常に幅広い生物活性を持っているため、このレビューでは、腫瘍抑制因子としてのp53の役割と、癌治療への影響に焦点を当てます。
2.1。ヒトの癌とp53変異
TP53変異の頻度は、約10％（造血器悪性腫瘍）から50〜70％（卵巣、結腸直腸、頭頸部の悪性腫瘍）までさまざまです。 TP53の生殖細胞変異は、乳がん、軟部肉腫、その他のさまざまな種類のがんを含む家族性がん症候群であるLi-Fraumeni症候群を引き起こします。ヒトの癌におけるほとんどのTP53変異は、DNA結合ドメイン内の変異を引き起こし、p53がその標的遺伝子を転写するのを防ぎます。しかし、変異型p53は、野生型タンパク質の正常な機能を失うだけでなく、癌を促進する新しい能力ももたらしました。変異型p53によるこの機能獲得の最初の報告は、変異型p53のp53ヌル細胞へのトランスフェクションがマウスの腫瘍形成を促進するという観察結果でした。その後の多くの研究により、この発見が確認されました。
2.2。腫瘍抑制因子としてのp53
2.2.1。 DNA損傷のセンサーとしてのp53
遺伝的不安定性は、悪性腫瘍の最も顕著な特徴の1つです。 DNA損傷を検出し、ゲノムを修復するための非常に洗練されたシステムがあります。 p53は、このような「世話人」システムで重要な役割を果たします。p53がDNA損傷に応答すると、細胞周期の停止またはアポトーシスを誘発します。
1991年に、野生型p53の誘導がアポトーシスを誘導できることが示されました特定のp53変異体を持つマウスは、細胞周期停止を誘導する能力を欠いていますが、アポトーシスを誘導する能力を保持しているため、腫瘍遺伝子によって誘導される腫瘍を効率的に抑制することができます。細胞周期停止の誘導よりも抗腫瘍効果における重要な役割。
2.2.2。p53とアポトーシス
p53がアポトーシスを誘導するメカニズムについては多くの報告があります。p53として主に転写因子として機能するため、アポトーシスの調節に寄与するp53によって調節される遺伝子を探索することが重要です。初期の研究では、野生型p53がbax遺伝子プロモーター領域に結合してbax遺伝子転写を調節できることが示されました。baxはメンバーです。 BcのBcl-2とヘテロダイマーを形成し、その活性を阻害するl-2ファミリー。 Bcl-2タンパク質ファミリーはアポトーシスと癌において重要な役割を果たしています。たとえば、Bcl-2はミトコンドリアからのシトクロムcの放出を制御し、カスパーゼ9を活性化することでアポトーシス経路を活性化します。次にカスパーゼ9は死刑執行カスパーゼ3を活性化します。両方のカスパーゼがアポトーシス経路で重要な役割を果たします。
結腸癌や胃癌を含むいくつかのヒト癌は、Bcl-2の発現を変化させました。ただし、癌患者の予後におけるBcl-2の発現レベルの重要性はまだ調査されています。癌患者の予後および治療への反応に対するbax発現の寄与も不明である。乳がんでは、低レベルのbaxの発現が予後不良と関連していることが研究で示されましたが、他の報告では、baxの発現レベルと予後の間に相関関係がないことが示されています。したがって、さらなる研究が必要です。
CD95（FasおよびApo-1とも呼ばれます）は、アポトーシスにおけるその主要な役割を示す「死受容体」です。CD95の最初の報告では、抗CD95抗体が減少したことが示されました。ヒトB細胞異種移植腫瘍の増殖。それ以来、アポトーシスにおけるCD95誘導性シグナル伝達経路について多くの報告が発表されています。化学療法薬などの細胞毒性物質は、薬物感受性細胞にアポトーシスを誘導する可能性があります。どのシグナル伝達経路がアポトーシスに最も寄与するかを明らかにします。この情報を解明することは、薬物の発見に役立ちます。
いくつかの報告では、CD95経路が細胞毒性物質によって誘導されるアポトーシスに重要な役割を果たすことが示されています。このシステムは野生型p53の活性化を伴います。したがって、p53の状態はCD95シグナル伝達を介して化学感受性に影響を与える可能性があります。しかし、最近の報告では、CD95が腫瘍増殖を促進する可能性があることが示されています。プログラムされた細胞死は非常に複雑です。 dそしてさまざまな要因に依存します。
BH3ドメインのみを含むBcl-2サブファミリーが存在します。いくつかのBH3のみのタンパク質が同定されており、p53はPUMAとNOXAの転写因子として機能します。これらは両方ともこのクラスに属します。 PUMAは、p53によって誘導されるアポトーシス経路の重要なメディエーターでもあります。
PUMAが結腸癌細胞で破壊されると、p53によって誘導されるアポトーシスが防止されます。 PUMAは、p53の活性化に応答して、細胞の運命（プログラム細胞死と細胞周期停止）を決定する上で極めて重要な役割を果たす可能性があります。 PUMAノックアウトマウスに関する報告は、PUMAのノックアウトがp53ノックアウトマウスで観察されたアポトーシス欠損を再現することを示しました。 PUMAは、invivoでのp53依存性および非依存性アポトーシスの必須メディエーターです。アポトーシスの回避は癌の特徴の1つであるため、PUMAは発癌時にも重要な役割を果たす可能性があります。
ただし、最近の報告によると、特定の状況では、アポトーシスが発癌を促進する可能性があります。 Michalak etal。およびLabietal。 PUMAの喪失がガンマ線誘発性の胸腺リンパ腫形成を除去したことを示した。 PUMA欠損造血幹細胞は、ガンマ線照射によって誘発される細胞死から保護されており、代償性の増殖と複製が減少します。一方、野生型マウスは、ガンマ線照射を受けると大量の細胞死を経験し、その後、幹細胞/前駆細胞による領域の再増殖を引き起こしました。これらの報告は、組織の恒常性ステム/前駆体構造が腫瘍形成を抑制する可能性があることを示しています。この現象は確認する必要がありますが、化学療法や放射線療法などの戦略で患者を治療する際には留意する必要があります。
2.2.3。 p53と細胞周期停止
p53タンパク質は、アポトーシスを誘導するだけでなく、細胞周期停止を引き起こすことによって腫瘍形成を抑制します。細胞ストレスの種類に応じて、p53はサイクリン依存性キナーゼ阻害剤p21の転写の活性化を通じてG1停止を誘発する可能性があります。このプロセスはよく知られており、広く研究されています。 p53はG2 / M移行も調節します。たとえば、p53は、Cdc2を阻害することにより、細胞の有糸分裂への侵入を阻止することができます。 Cdc2が機能するには、サイクリンB1に結合する必要があります。 p53によるサイクリンB1の抑制は、G2の細胞の停止にもなります。ただし、修復できない発癌性の可能性がある細胞は増殖を再開する可能性があるため、一過性の細胞周期は腫瘍の根絶につながらない可能性があります。
したがって、他のメカニズムである細胞老化がp53-で重要な役割を果たす可能性があります。媒介腫瘍抑制。細胞老化は永続的な細胞周期停止です。腫瘍の発生、p53、老化の相関関係については多くの報告があります。がん治療の観点から、これらの要因のいくつかについて説明します。ヒトおよびげっ歯類の一次細胞で発現する発癌性rasは、細胞老化を引き起こします。このプロセスは、p53とp16の蓄積によるものです。 p53またはp16の不活性化は、rasによる老化を防ぎます。この報告は、細胞の老化が腫瘍の発生を抑制する上で重要な役割を果たしていることを示唆しています。ほとんどのヒトの癌に見られるように、p53の不活性化により、細胞は細胞の老化を回避できるため、マクロレベルの腫瘍が発生します。
p53はまた、老化プログラムを活性化することにより、前癌病変が悪性腫瘍に発展するのを防ぐようです。 。 p53によって誘発される細胞老化は、癌の予防だけでなく、確立された腫瘍に導入された野生型p53によって誘発される抗癌効果にとっても重要です。
Xue etal。条件付きで調節された内因性p53を用いて肝臓癌のマウスモデルを構築した。p53欠損腫瘍における内因性p53の再活性化は、完全な腫瘍退縮をもたらします。興味深いことに、p53に対する主要な応答はアポトーシスではなく、細胞の老化プログラムの誘導でした。このプログラムは、宿主から腫瘍を排除する自然免疫反応を引き起こしました。
腫瘍抑制因子としてのp53の2つの重要な役割をレビューしました。 p53のさまざまな機能の中で、アポトーシスと老化がその腫瘍抑制の主なメカニズムです。しかし、p53が老化プログラムまたはアポトーシスプログラムの活性化が起こるかどうかを正確にどのように決定するかはまだ解明されていません。この質問は、従来の化学療法と組み合わせたアプローチを含む、p53ベースの癌治療の開発にとって特に重要です。ほとんどの従来の化学療法剤は、それらを殺すことによって癌細胞の排除を達成します。したがって、p53がアポトーシスではなく老化を誘発する場合、対立が生じます。実際、一部のタイプの乳がんは、内因性p53によって細胞毒性化学療法剤から保護されていることが報告されています。
したがって、細胞ストレスの質と量、組織タイプ、セラーの微小環境、細胞の運命を決定します。 VousdenとPrivesは、生死の決定が損傷の程度またはストレスの持続時間によって決定されるモデルを提案しました。彼らのモデルでは、修復できる低レベルのストレスはDNA修復/生存反応を誘発し、修復できない高レベルのストレスはアポトーシスまたは老化反応を誘発します。キラーとプロテクターであるp53のこの二重の性質は、p53が腫瘍プロモーターとしても機能する可能性を示しています。 p53の抗アポトーシス機能は、損傷した細胞の生存につながる可能性があり、悪性形質転換の可能性を高める可能性があります（図1）。
2.3。 p53ベースの癌治療の応用
すべてではないにしても、ほとんどのヒトの癌は変化したp53を持っているため、癌治療のためのp53の回復の概念は非常に魅力的です。動物モデルは、野生型p53の再活性化が、リンパ腫や肝癌の退縮を含む効率的な腫瘍退縮をもたらすことを示しました。
2.3.1。変異型p53の再活性化
変異型p53の野生型機能を再活性化する小分子のクラスがあります。 PhiKan083は、p53の結晶構造のinsilicoスクリーニングから見つかったカルバゾール誘導体です。変異したp53を結合することにより、PhiKan083は変異したp53の融解温度を上昇させ、その結果、その機能が再活性化されます。 PRIMA-1は、細胞ベースのスクリーニングによって同定された別の小分子であり、配列特異的なDNA結合とp53のアクティブなコンフォメーションを回復させました。 CP-31398は、変異したp53のタンパク質フォールディングを、野生型の機能を可能にするより自然なコンフォメーションに復元できる小分子でもあります。
2.3.2。 p53の安定化
MDM2は、p53の分解を制御するE3ユビキチンリガーゼです。多くの腫瘍はMDM2を過剰発現し、p53変異のない腫瘍も同様です。 p53の安定化のためにMDM2を標的にすることは有望であるように思われるため、MDM2またはMDM2-p53を標的とすることに関する多くの報告が発表されています。
たとえば、ヌトリンはMDM2-のアンタゴニストとして作用するcis-イミダゾリン化合物です。 p53の相互作用。結晶構造の分析は、ヌトリンがMDM2のポケットに結合して、p53-MDM2の相互作用を防ぐことを示しました。ヌトリンはp53経路を活性化することができ、それによってマウスの癌細胞と異種移植腫瘍が細胞周期の停止、アポトーシス、および成長阻害を受けるように誘導します。
MI-219は、MDM2-p53の相互作用を阻害するもう1つの小分子です。 MI-219は、野生型p53を持つ細胞のp53経路も活性化します。アポトーシスと細胞周期停止が異種移植腫瘍で観察され、腫瘍の退縮をもたらしました。
ただし、正常組織でのMDM2阻害とp53活性化は有害である可能性があります。 Ringshausen etal。 p53がMDM2欠損マウスの多くの組織で自発的に活性化されることを示した。さらに、p53は、古典的な放射線感受性組織の切除を含む致命的な病状を引き起こしました。
2.3.3。 p53安定化のための他のクラスの薬物
テノビンは、p53を活性化する細胞ベースの薬物スクリーニングによって発見されました。テノビンは、SirT1およびSirT2のタンパク質脱アセチル化活性の阻害剤として作用します。テノビン-6の腹腔内投与は、マウスモードで異種移植腫瘍の退縮を誘発することが実証されています。
Issaeva etal。化学ライブラリーをスクリーニングし、p53に結合してinvitroおよびinvivoの両方でp53-MDM2相互作用を阻害する小分子RITA（p53の再活性化および腫瘍細胞アポトーシスの誘導）を発見しました。 RITAは、野生型p53を保持するさまざまな癌細胞でアポトーシスを誘導しました。彼らはまた、RITAによってMDM2から放出されたp53がp21とhnRNP K（p53補因子）を促進することを発見しました。したがって、p21がp53再活性化後の癌細胞の運命を調節する上で主要な役割を果たすことを意味します（図2）。
2.4。癌治療のためのp53阻害
p53の阻害は、遺伝毒性化学療法または放射線療法中に正常細胞を保護することができます。癌に対する遺伝毒性療法の副作用は、主にp53を介したアポトーシスによって引き起こされます。小分子ピフィスリン-アルファは、p53依存性の転写活性をブロックし、抗癌治療に関連する致命的な副作用からマウスを保護することができます。癌の化学療法または放射線療法中に正常細胞への線量制限遺伝毒性ストレスを回避できれば、従来の化学療法に十分に反応しない患者に、より高い線量を使用できるようになります。
2.5。 p53遺伝子治療
最初のp53ベースの遺伝子治療は1996年に報告されました。アクチンプロモーターの制御下にある野生型p53遺伝子を含むレトロウイルスベクターが非小細胞肺癌患者の腫瘍に直接注射されました。複製欠損組換えp53ウイルス（Ad5CMV-p53）の開発後、食道癌患者を含む多くの臨床試験が実施されました。いくつかの試験はフェーズIIIに達しましたが、FDAからの最終承認はまだ与えられていません。最近、p53ベースの遺伝子治療が中国で開発されています。
2.6。 p53ベースの免疫療法
腫瘍関連抗原特異的細胞傷害性Tリンパ球は、invivoでの癌に対する宿主の免疫応答を仲介することができます。特にp53のミスセンス変異を標的とするP53タンパク質は、腫瘍抗原の候補となる可能性があります。一部の癌患者はp53に対する抗体を持っており、頻度と臨床的重要性についてはまだ議論が続いています。
Speetjens etal。転移性結腸直腸癌患者のためのp53特異的合成長ペプチド（p53-SLP）ワクチンの臨床試験が報告されました。 10人の患者が第I相および第II相試験でp53-SLPのワクチン接種を受けました。毒性は許容範囲内であり、p53特異的免疫応答は10人中9人の患者で検出されました。 P53特異的T細胞反応性は9人中6人の患者で6ヶ月以上持続した。試験はフェーズI / IIでしたが、ほとんどの患者が重要なサイトカインを欠くTヘルパー細胞を持っていたため、臨床的利益を得るのは難しいかもしれません。小細胞肺癌（SCLC）患者向けのp53修飾アデノウイルス誘導樹状細胞ワクチンであるINGN-225（イントロゲン）の前臨床第I / II相試験が報告されています。 INGN-225は忍容性が高く、18/43（41.8％）の患者でp53特異的免疫応答を誘発し、その後の化学療法に対してSCLCを感作しました。
3。結論
この論文では、p53の機能と、癌治療のためにp53を標的とする臨床応用に焦点を当てました。しかし、p53の細胞質機能に関する研究は最近進歩しているにもかかわらず、核因子としての機能以外にもさまざまな役割が解明されていないようです。 p53は、1994年には、遺伝子の転写とは無関係にアポトーシスを誘導することが報告されています。驚くべきことに、活性化されたp53は、bax依存性メカニズムによって細胞質にアポトーシスを誘導する可能性があります。
これらの報告は、細胞質p53が転写非依存性アポトーシスプログラムを活性化できることを示しています。したがって、この細胞質ゾル機能を利用するために、次世代のp53ベースの癌治療アプローチを開発する必要があります。これは、前述のように、腫瘍細胞で生存促進効果とアポトーシス促進効果の両方を誘発する可能性がある野生型p53の転写調節を調節するよりも安全かもしれません。
最近の報告では、p53が自己神経幹細胞と造血幹細胞の再生。癌幹モデルは、腫瘍が対称的および非対称的に分裂できる癌幹細胞の小さな集団によって維持されると主張しています。 p53の喪失は、異常な自己複製によって急性骨髄性白血病を促進します。
p53の標的変異を持つ乳腺幹細胞は、がん幹細胞と同じ特性を示すことが報告されています。 p53の再活性化により、癌幹細胞の非対称細胞分裂が回復し、腫瘍増殖阻害が誘導されました。 その結果、p53機能と癌幹細胞との関連をさらに調査することは、癌治療の新しいパラダイムを明らかにするための最も重要な研究分野の1つとなる可能性があります。