p53 연구 및 암 치료의 최근 발전
Abstract
p53을 인코딩하는 TP53은 가장 유명한 종양 억제 유전자 중 하나입니다. 대부분의 인간 암은 p53 경로의 비활성화를 보여줍니다. 돌연변이 p53은 더 이상 종양 억제 자 역할을 할뿐만 아니라 종양 촉진 효과도 발휘할 수 있습니다. p53의 기본 기능은 세포 스트레스에 반응하는 것입니다. 우리는 여기에서 p53 연구의 최근 발전을 검토하고 스트레스에 대한 반응으로 세포 사멸, 세포주기 정지 및 노화에 중점을 둡니다. 또한 인간 암에 대한 p53 기반 치료법의 임상 적용을 검토합니다.
1. 소개
p53을 암호화하는 TP53 유전자는 인간 암에서 가장 빈번하게 변이되는 유전자 중 하나입니다. 모든 암의 약 절반이 p53을 비활성화 한 것으로보고되었습니다. p53 단백질은 세포주기 조절, 세포 자멸사, 노화, DNA 대사, 혈관 신생, 세포 분화 및 면역 반응을 포함한 광범위한 생물학적 기능을 가지고 있습니다. 많은 출판물에서 전사, 전사 후, 번역 후 역할을 포함한 p53의 다양한 기능을보고했습니다.
이 논문에서는 p53과 p53 기반 암 치료의 적용에 관한 문제에 초점을 맞출 것입니다. Vousden과 Prives가 검토 한 바와 같이 p53의 주요 기능은 성장 정지 및 세포 자멸사 조절입니다.
2. p53의 정상적인 기능
수많은 연구에서 p53이 세포 스트레스에 반응하여 많은 유전자와 microRNA를 표적으로하는 전사 인자 인 것으로 나타났습니다. 종양 억제 자로서 p53의 핵심 역할은 DNA 손상과 같은 세포 스트레스에 대한 반응으로 세포주기 진행을 차단하고 /하거나 세포 사멸을 유도하는 것입니다. 손상된 p53 활성은 세포에서 DNA 손상의 축적을 촉진하여 암 표현형으로 이어집니다. 전사 인자로서 p53은 다양하고 복잡한 유전자 조절 네트워크를 형성합니다. 최근 Riley et al. p53은 매우 광범위한 생물학적 활동을 가지고 있으므로이 리뷰에서는 종양 억제 자로서의 p53의 역할과 암 치료에 미치는 영향에 초점을 맞출 것입니다.
2.1. 인간 암 및 p53 돌연변이
TP53 돌연변이의 빈도는 ~ 10 % (조혈 악성 종양)에서 50 ~ 70 % (난소, 결장 직장 및 두경부 악성 종양)까지 다양합니다. TP53의 생식선 돌연변이는 유방암, 연조직 육종 및 기타 다양한 유형의 암을 포함한 가족 성 암 증후군 인 Li-Fraumeni 증후군을 유발합니다. 인간 암에서 대부분의 TP53 돌연변이는 DNA 결합 도메인 내에서 돌연변이를 일으켜 p53이 표적 유전자를 전사하는 것을 방지합니다. 그러나 돌연변이 p53은 야생형 단백질의 정상적인 기능을 상실했을뿐만 아니라 암을 촉진하는 새로운 능력을 가져 왔습니다. 돌연변이 p53에 의한 이러한 기능 향상에 대한 첫 번째 보고서는 돌연변이 p53을 p53-null 세포로 형질 감염 시키면 마우스에서 종양 형성을 향상 시킨다는 관찰이었습니다. 수많은 후속 연구에서이 발견이 확인되었습니다.
2.2. 종양 억제제로서의 p53
2.2.1. DNA 손상 센서로서의 p53
유전 적 불안정성은 악성 종양의 가장 두드러진 특징 중 하나입니다. DNA 손상을 감지하고 게놈을 복구하기위한 매우 정교한 시스템이 있습니다. p53은 이러한 “관리자”시스템에서 중요한 역할을합니다. p53이 DNA 손상에 반응하면 세포주기 정지 또는 아폽토시스를 유발합니다.
야생형 p53의 유도가 아폽토시스를 유도 할 수 있음이 1991 년에 나타났습니다. 특정 p53 돌연변이가있는 마우스는 세포주기 정지를 유도하는 능력이 부족하지만 세포 사멸을 유도하는 능력을 유지하여 종양 유전자 유발 종양을 효율적으로 억제 할 수 있으므로 p53의 proapoptotic 기능이 더 많이 작용할 수 있음을 시사합니다. 세포주기 정지를 유도하는 것보다 항 종양 효과에서 중요한 역할을합니다.
2.2.2. p53 및 Apoptosis
p53이 세포 사멸을 유도하는 메커니즘을 설명하는 수많은 보고서가 있습니다. 주로 전사 인자로 작용하므로 세포 사멸 조절에 기여하는 p53에 의해 조절되는 유전자를 탐색하는 것이 중요합니다. 초기 연구에 따르면 야생형 p53이 bax 유전자 프로모터 영역에 결합하여 bax 유전자 전사를 조절할 수 있음이 밝혀졌습니다 .bax는 구성원입니다. 기원전 l-2 계열은 Bcl-2와 이종이 량체를 형성하여 활성을 억제합니다. Bcl-2 단백질 계열은 세포 사멸과 암에서 중요한 역할을합니다. 예를 들어, Bcl-2는 미토콘드리아에서 사이토 크롬 c의 방출을 제어하여 카스파 제 9를 활성화하여 아폽토시스 경로를 활성화합니다. 그런 다음 카스파 아제 9는 집행자 카스파 아제 3을 활성화합니다. 두 카스파 제는 아폽토시스 경로에서 핵심 역할을합니다.
결장암과 위암을 포함한 여러 인간 암이 Bcl-2의 발현을 변경했습니다. 그러나 암 환자의 예후에 대한 Bcl-2 발현 수준의 중요성은 여전히 조사되고있다.암 환자의 예후와 치료에 대한 반응에 대한 bax 발현의 기여도 또한 불분명합니다. 유방암에서 bax의 낮은 수준의 발현은 불량한 예후와 관련이있는 반면 다른 보고서에서는 bax의 발현 수준과 예후 사이에 상관 관계가 없음을 보여주었습니다. 따라서 더 많은 연구가 필요할 것입니다.
CD95 (Fas 및 Apo-1이라고도 함)는 아폽토시스에서 주요 역할을 나타내는 “죽음 수용체”입니다. CD95의 첫 번째 보고서에서는 항 CD95 항체가 인간 B 세포 이종 이식 종양의 성장. 그 이후로 CD95에 의해 유도 된 세포 사멸의 신호 전달 경로에 대한 수많은 보고서가 발표되었습니다. 화학 요법 약물과 같은 세포 독성 물질은 약물에 민감한 세포에서 세포 사멸을 유도 할 수 있습니다. 어떤 신호 경로가 세포 자멸사에 가장 큰 영향을 미치는지 명확히합니다.이 정보를 밝히면 신약 발견에 도움이 될 것입니다.
여러 보고서에서 CD95 경로가 세포 독성 제에 의해 유도 된 세포 사멸에서 중요한 역할을한다고 지적했습니다. 이 시스템은 야생형 p53의 활성화를 수반하므로 p53 상태는 CD95 신호를 통해 화학 감수성에 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 최근보고에 따르면 CD95가 종양 성장을 촉진 할 수 있습니다. 프로그램 된 세포 사멸은 매우 복잡합니다. d이며 다양한 요인에 따라 달라집니다.
BH3 도메인 만 포함하는 Bcl-2 서브 패밀리가 존재합니다. 여러 BH3 전용 단백질이 확인되었으며, p53은이 부류에 속하는 PUMA 및 NOXA에 대한 전사 인자로 작용합니다. PUMA는 또한 p53에 의해 유도되는 세포 사멸 경로의 핵심 매개체입니다.
PUMA가 결장암 세포에서 파괴되면 p53에 의해 유도 된 세포 사멸이 예방됩니다. PUMA는 p53 활성화에 대한 반응으로 세포 운명 (프로그래밍 된 세포 사멸 대 세포주기 정지)을 결정하는 데 중추적 인 역할을 할 수 있습니다. PUMA 녹아웃 마우스에 대한 보고서는 PUMA 녹아웃이 p53 녹아웃 마우스에서 관찰 된 아폽토시스 결핍을 재현한다는 것을 보여주었습니다. PUMA는 생체 내에서 p53 의존성 및 독립성 세포 사멸을위한 필수 매개체입니다. 세포 사멸을 피하는 것이 암의 특징 중 하나이기 때문에 PUMA는 발암 과정에서도 중요한 역할을 할 수 있습니다.
최근보고에 따르면 특정 상황에서 세포 사멸이 발암을 촉진 할 수 있습니다. Michalak et al. 및 Labi et al. PUMA의 소실이 감마 방사선 유발 흉선 림프종을 제거함을 보여 주었다. PUMA가 부족한 조혈 줄기 세포는 감마선 조사로 인한 세포 사멸로부터 보호되어 보상 적 증식 및 복제를 감소시킵니다. 반면에 야생형 마우스는 감마선 조사를 받았을 때 대량의 세포 사멸을 경험하며, 그 결과 줄기 / 전구 세포에 의해 해당 지역이 다시 채워집니다. 이러한 보고서는 조직의 항상성 줄기 / 전구 구조가 종양 형성을 억제 할 수 있음을 나타냅니다. 이 현상은 확인이 필요하지만 화학 요법 및 / 또는 방사선과 같은 전략으로 환자를 치료할 때 염두에 두어야합니다.
2.2.3. p53 및 세포주기 정지
p53 단백질은 세포 사멸을 유도 할뿐만 아니라 세포주기 정지를 유발하여 종양 형성을 억제합니다. 세포 스트레스의 유형에 따라 p53은 사이클린 의존성 키나제 억제제 p21의 전사 활성화를 통해 G1 정지를 유도 할 수 있습니다. 이 프로세스는 잘 알려져 있으며 광범위하게 연구되었습니다. p53은 또한 G2 / M 전환을 조절합니다. 예를 들어, p53은 Cdc2를 억제하여 유사 분열로의 세포 진입을 차단할 수 있습니다. Cdc2가 작동하려면 cyclin B1에 바인딩해야합니다. p53에 의한 cyclin B1의 억제는 또한 G2의 세포를 저지합니다. 그러나 일시적인 세포주기는 종양 박멸로 이어지지 않을 수 있습니다. 왜냐하면 복구 할 수없는 발암 가능성을 가진 세포는 증식을 재개 할 수 있기 때문입니다.
따라서 다른 메커니즘 인 세포 노화는 p53-에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 매개 종양 억제. 세포 노화는 영구적 인 세포주기 정지입니다. 종양 발달, p53 및 노화 사이의 상관 관계에 관한 많은보고가 있습니다. 암 치료의 관점에서 이러한 요인 중 몇 가지를 논의 할 것입니다. 인간 및 설치류 1 차 세포에서 발현되는 발암 성 ras는 세포 노화를 초래합니다. 이 과정은 p53과 p16의 축적 때문입니다. p53 또는 p16의 비활성화는 ras에 의한 노화를 방지합니다. 이 보고서는 세포 노화가 종양 발달을 억제하는 데 중요한 역할을한다는 것을 암시합니다. 대부분의 인간 암에 존재하는 p53의 비활성화는 세포가 세포 노화를 피할 수있게하여 거시적 종양 발생을 초래합니다.
p53은 또한 노화 프로그램을 활성화하여 전 암성 병변이 악성 종양으로 발전하는 것을 방지하는 것으로 보입니다. . p53에 의해 유도 된 세포 노화는 암 예방뿐만 아니라 확립 된 종양에 도입 된 모든 야생형 p53에 의해 유도되는 항암 효과에도 중요합니다.
Xue et al. 조건부로 조절 된 내생 p53을 가진 간암 마우스 모델을 구축했습니다.p53- 결핍 종양에서 내인성 p53의 재 활성화는 완전한 종양 퇴행을 초래합니다. 흥미롭게도 p53에 대한 1 차 반응은 세포 사멸이 아니라 지하실 노화 프로그램의 유도였습니다. 이 프로그램은 숙주에서 종양을 제거하는 타고난 면역 반응을 촉발 시켰습니다.
우리는 종양 억제 자로서 p53의 두 가지 중요한 역할을 검토했습니다. p53의 다양한 기능 중 세포 사멸과 노화는 종양 억제를 담당하는 주요 메커니즘입니다. 그러나 p53이 노화 프로그램의 활성화 또는 세포 사멸 프로그램의 발생 여부를 정확히 결정하는 방법은 아직 밝혀지지 않았습니다. 이 질문은 기존의 화학 요법과 결합 된 접근법을 포함하여 p53 기반 암 요법의 개발에 특히 중요합니다. 대부분의 기존 화학 요법 제는 암세포를 죽임으로써 암세포를 제거합니다. 따라서 p53이 세포 사멸보다는 노화를 유도한다면 갈등이 발생할 것이다. 실제로 일부 유형의 유방암은 내인성 p53에 의해 세포 독성 화학 요법 제로부터 보호되는 것으로보고되었습니다.
따라서 세포 스트레스의 질과 양, 조직 유형, 지하실 미세 환경, 세포의 운명을 결정하십시오. Vousden과 Prives는 삶과 죽음 사이의 결정이 손상 정도 나 스트레스의 기간에 의해 결정될 수있는 모델을 제안했습니다. 그들의 모델에서, 복구 될 수있는 낮은 수준의 스트레스는 DNA 복구 / 생존 반응을 유도하는 반면, 복구 될 수없는 높은 수준의 스트레스는 세포 사멸 또는 노화 반응을 유도한다. p53, 킬러와 프로텍터의 이중 특성은 p53이 종양 프로모터로도 작용할 가능성을 나타냅니다. p53의 antiapoptotic 기능은 손상된 세포의 생존으로 이어질 수 있으며, 이는 악성 전환 가능성을 증가시킬 수 있습니다 (그림 1).
2.3. p53 기반 암 치료의 응용
전부는 아니지만 대부분의 인간 암은 변경된 p53을 가지고 있기 때문에 암 치료를위한 p53 복원 개념은 매우 매력적입니다. 동물 모델은 야생형 p53의 재 활성화를 보여줌으로써 림프종 및 간암의 퇴행을 포함하여 효율적인 종양 퇴행을 초래했습니다.
2.3.1. 돌연변이 p53 활성화
돌연변이 p53의 야생형 기능을 재 활성화하는 소분자의 부류가 있습니다. PhiKan083은 p53 결정 구조의 in silico 스크리닝에서 발견 된 carbazole 유도체입니다. 돌연변이 된 p53을 결합함으로써 PhiKan083은 돌연변이 된 p53의 녹는 점을 상승시켜 그 기능을 재 활성화합니다. PRIMA-1은 세포 기반 스크리닝에 의해 확인 된 또 다른 소분자로서 서열 특이 적 DNA 결합과 p53의 활성 형태를 복원했습니다. CP-31398은 돌연변이 된 p53의 단백질 접힘을 야생형 기능을 허용하는보다 자연스러운 형태로 복원 할 수있는 작은 분자이기도합니다.
2.3.2. p53 안정화
MDM2는 p53 분해를 제어하는 E3 유비퀴틴 리가 아제입니다. 많은 종양이 MDM2를 과발현하며 심지어 p53 돌연변이가없는 종양도 있습니다. p53 안정화를위한 MDM2 표적화는 유망한 것처럼 보이므로 MDM2 또는 MDM2-p53 표적화에 대한 많은 보고서가 발표되었습니다.
예를 들어, 뉴 틀린은 MDM2-의 길항제 역할을하는 시스-이미 다 졸린 화합물입니다. p53 상호 작용. 결정 구조의 분석은 nutlin이 p53-MDM2 상호 작용을 방지하기 위해 MDM2의 주머니에 결합한다는 것을 보여주었습니다. Nutlin은 p53 경로를 활성화하여 쥐의 암세포와 이종 이식 종양을 유도하여 세포주기 정지, 세포 사멸 및 성장 억제를 수행 할 수 있습니다.
MI-219는 MDM2-p53 상호 작용을 억제하는 또 다른 작은 분자입니다. MI-219는 또한 야생형 p53을 가진 세포에서 p53 경로를 활성화합니다. 이종 이식 종양에서 세포 자멸사와 세포주기 정지가 관찰되어 종양 퇴행을 일으켰습니다.
그러나 정상 조직에서 MDM2 억제와 p53 활성화는 해로울 수 있습니다. Ringshausen et al. p53이 MDM2 결핍 마우스의 많은 조직에서 자발적으로 활성화된다는 것을 보여주었습니다.더욱이, p53은 고전적으로 방사선에 민감한 조직의 절제를 포함하는 치명적인 병리를 유발했습니다.
2.3.3. p53 안정화를위한 다른 종류의 약물
Tenovin은 p53을 활성화하는 세포 기반 약물 검사에서 발견되었습니다. Tenovin은 SirT1 및 SirT2의 단백질 탈 아세틸 화 활성을 저해하는 역할을합니다. 테 노빈 -6의 복강 내 투여는 마우스 모드에서 이종 이식 종양의 퇴행을 유도하는 것으로 입증되었습니다.
Issaeva et al. 화학 라이브러리를 스크리닝하여 p53에 결합하고 시험관 내 및 생체 내 모두에서 p53-MDM2 상호 작용을 억제하는 소분자 RITA (p53의 재 활성화 및 종양 세포 아폽토시스 유도)를 발견했습니다. RITA는 야생형 p53을 유지하는 다양한 암세포에서 세포 사멸을 유도했습니다. 그들은 또한 RITA에 의해 MDM2에서 방출 된 p53이 p21과 hnRNP K (p53 보조 인자)를 촉진하여 p21이 p53 재 활성화 후 암세포 운명을 조절하는 데 중요한 역할을한다는 것을 암시합니다 (그림 2).
2.4. 암 치료를위한 p53 억제
p53의 억제는 유전 독성 화학 요법이나 방사선 요법 동안 정상 세포를 보호 할 수 있습니다. 암에 대한 유전 독성 치료의 부작용은 주로 p53 매개 세포 자멸사에 의해 발생합니다. 소분자 pifithrin-alpha는 p53 의존적 전사 활동을 차단하고 항암 치료와 관련된 치명적인 부작용으로부터 쥐를 보호 할 수 있습니다. 화학 요법 또는 암에 대한 방사선 요법 중에 정상 세포에 대한 용량 제한 유전 독성 스트레스를 피할 수 있다면 기존 화학 요법에 충분히 반응하지 않는 환자에게 더 높은 용량을 사용할 수 있습니다.
2.5. p53 유전자 요법
최초의 p53 기반 유전자 요법은 1996 년에보고되었습니다. 액틴 프로모터의 제어하에 야생형 p53 유전자를 포함하는 레트로 바이러스 벡터를 비소 세포 폐암 환자의 종양에 직접 주입했습니다. . 복제 결함 재조합 p53 바이러스 (Ad5CMV-p53)의 개발 이후 식도암 환자를 포함한 많은 임상 시험이 수행되었습니다. 몇 가지 시험이 3 상에 도달했지만 FDA의 최종 승인은 아직 승인되지 않았습니다. 최근 중국에서는 p53 기반 유전자 요법이 개발되고 있습니다.
2.6. p53 기반 면역 요법
종양 관련 항원 특이적인 세포 독성 T 림프구는 생체 내에서 암에 대한 숙주의 면역 반응을 매개 할 수 있습니다. 특히 p53의 미스 센스 돌연변이를 표적으로하는 P53 단백질은 종양 항원의 후보가 될 수 있습니다. 일부 암 환자는 p53에 대한 항체를 가지고 있으며, 빈도와 임상 적 중요성은 여전히 논쟁 중입니다.
Speetjens et al. 전이성 대장 암 환자를위한 p53- 특이 적 합성 긴 펩티드 (p53-SLP) 백신의 임상 시험을보고했습니다. 10 명의 환자가 1 상 및 2 상 시험에서 p53-SLP로 예방 접종을 받았습니다. 독성은 견딜 수 있었고 p53 특이 면역 반응은 10 명 중 9 명에서 발견되었습니다. P53 특이적인 T 세포 반응성은 9 명 중 6 명에서 6 개월 이상 지속되었습니다. 임상 시험은 I / II 상 이었지만 대부분의 환자는 핵심 사이토 카인이 부족한 T- 도우미 세포를 가지고 있었기 때문에 임상 적 이점을 얻기 어려울 수 있습니다. 소세포 폐암 (SCLC) 환자를위한 p53 변형 아데노 바이러스 유도 수지상 세포 백신 인 INGN-225 (Introgen)의 전임상 I / II 상 시험이보고되었습니다. INGN-225는 18/43 명 (41.8 %)의 환자에서 내약성이 우수하고 p53 특이 면역 반응을 유도했으며 후속 화학 요법에 대해 SCLC에 민감했습니다.
3. 결론
이 논문에서 우리는 p53의 기능과 암 치료를위한 p53을 표적으로하는 임상 적 응용에 초점을 맞추 었습니다. 그러나 최근 p53의 세포질 기능에 대한 연구가 진행되고 있음에도 불구하고 핵 인자로서의 기능 외에 다양한 역할이 밝혀 져야 할 것으로 보인다. p53은 1994 년에 유전자 전사와 무관하게 세포 사멸을 유도하는 것으로보고되었습니다. 놀랍게도 활성화 된 p53은 bax 의존성 메커니즘에 의해 세포질에서 세포 사멸을 유도 할 수 있습니다.
이 보고서는 세포질 p53이 전사에 독립적 인 세포 사멸 프로그램을 활성화 할 수 있음을 나타냅니다. 따라서 이러한 세포질 기능을 활용하기 위해 차세대 p53 기반 암 치료 접근법을 개발해야합니다. 이것은 야생형 p53의 전사 조절을 조절하는 것보다 더 안전 할 수 있으며, 이는 위에서 논의한 바와 같이 종양 세포에서 생존 및 proapoptotic 효과를 모두 유도 할 수 있습니다. 신경 줄기 세포 및 조혈 줄기 세포의 재생. 암 줄기 모델은 종양이 대칭 및 비대칭으로 분열 할 수있는 소수의 암 줄기 세포 집단에 의해 유지된다고 주장합니다. p53의 손실은 비정상적인자가 재생을 통해 급성 골수성 백혈병을 촉진합니다.
p53의 표적 돌연변이를 가진 유방 줄기 세포는 암 줄기 세포와 동일한 특성을 보이는 것으로보고되었습니다. p53의 재 활성화는 암 줄기 세포의 비대칭 세포 분열을 회복시키고 종양 성장 억제를 유도했습니다. 결과적으로 p53 기능과 암 줄기 세포 사이의 연관성에 대한 추가 조사는 암 치료의 새로운 패러다임을 밝히는 가장 중요한 연구 분야 중 하나가 될 수 있습니다.