Sammendrag

TP53, som koder for p53, er et av de mest berømte tumorundertrykkelsesgenene. De fleste menneskelige kreftformer viser inaktivering av p53-banen. Mutant p53 fungerer ikke bare, ikke lenger, som en tumorundertrykker, men kan også utøve tumorfremmende effekter. Den grunnleggende funksjonen til p53 er å svare på cellulært stress. Vi gjennomgår her de nylige fremskritt innen p53-forskning og fokuserer på apoptose, cellesyklusstans og aldring som respons på stress. Vi gjennomgår også de kliniske anvendelsene av p53-basert behandling for kreft hos mennesker.

1. Innledning

TP53-genet, som koder for p53, er et av de hyppigst muterte genene i kreft hos mennesker. Det er rapportert at omtrent halvparten av alle kreftformer har inaktivert p53. P53-proteinet har et bredt spekter av biologiske funksjoner, inkludert regulering av cellesyklusen, apoptose, senescens, DNA-metabolisme, angiogenese, celledifferensiering og immunrespons. Mange publikasjoner har rapportert om forskjellige funksjoner av p53, inkludert transkripsjons-, posttransskripsjons- og posttranslasjonelle roller.

I denne artikkelen vil vi fokusere på spørsmål som gjelder p53 og anvendelse av p53-baserte kreftterapier. Som gjennomgått av Vousden og Prives, er de viktigste funksjonene til p53 regulering av vekststans og apoptose.

2. Normale funksjoner av p53

Tallrike studier har vist at p53 er en transkripsjonsfaktor som retter seg mot mange gener og mikroRNA som respons på kjellerstress. Nøkkelrollen til p53 som en tumorundertrykker er å blokkere cellesyklusprogresjon og / eller å indusere apoptose, som respons på cellulære påkjenninger som DNA-skade. Nedsatt p53-aktivitet fremmer akkumulering av DNA-skade i celler, noe som fører til en kreftfenotype. Som en transkripsjonsfaktor danner p53 et mangfoldig og komplekst genregulerende nettverk. Det har vært omfattende undersøkelser for å avklare målsekvensene som p53 gjenkjenner, p53-responselementet (RE), som nylig ble gjennomgått av Riley et al. p53 har et veldig bredt spekter av biologiske aktiviteter, så denne gjennomgangen vil fokusere på rollen til p53 som en tumorundertrykker og dens implikasjoner for kreftterapi.

2.1. Menneskelige kreftformer og p53-mutasjoner

Hyppigheten av TP53-mutasjon varierer fra ~ 10% (hematopoietiske maligniteter) til 50-70% (maligniteter i eggstokkene, tykktarmene og hodene og nakkene). Germline mutasjon av TP53 forårsaker Li-Fraumeni syndrom, som er et familiært kreftsyndrom inkludert brystkreft, bløtvevsarkom og forskjellige andre typer kreft. De fleste TP53-mutasjoner i humant kreft resulterer i mutasjoner innenfor det DNA-bindende domenet, og forhindrer dermed at p53 transkriberer målgenene. Imidlertid har mutant p53 ikke bare ført til tap av normal funksjon av villtypeproteinet, men også ført til nye evner til å fremme kreft. Den første rapporten om denne funksjonsgevinsten av mutant p53 var observasjonen at transfeksjon av mutant p53 inn i p53-null-celler forbedrer tumordannelse hos mus. Tallrike påfølgende studier har bekreftet dette funnet.

2.2. p53 som en tumordemper

2.2.1. p53 som en sensor for DNA-skade

Genetisk ustabilitet er en av de mest fremtredende egenskapene til ondartede svulster. Det er veldig sofistikerte systemer for å oppdage DNA-skade og reparere genomet. p53 spiller en viktig rolle i slike «vaktmester» -systemer. Når p53 reagerer på DNA-skade, fremkaller den enten cellesyklusstans eller apoptose.

Det ble vist i 1991 at induksjon av villtype p53 kan indusere apoptose Mus som har en spesifikk p53-mutant mangler evnen til å indusere cellesyklusstans, men beholder evnen til å indusere apoptose, slik at de effektivt kan undertrykke onkogeninduserte svulster, og antyder dermed at den proapoptotiske funksjonen til p53 kan spille en mer viktig rolle i antitumoreffekten enn i induksjonen av cellesyklusstans.

2.2.2. p53 og apoptose

Tallrike rapporter har beskrevet mekanismen som p53 induserer apoptose. Som p53 fungerer hovedsakelig som en transkripsjonsfaktor, er det viktig å utforske genene regulert av p53 som bidrar til regulering av apoptose Tidlige studier viste at villtype p53 kan binde bax-genpromotorregionen og regulere bax-gentranskripsjon. bax er medlem av Bc l-2-familien, som danner heterodimerer med Bcl-2, og hemmer dens aktivitet. Bcl-2-proteinfamilien spiller en viktig rolle i apoptose og kreft. For eksempel kontrollerer Bcl-2 frigjøringen av cytokrom c fra mitokondriene, som aktiverer den apoptotiske veien ved å aktivere caspase 9. Caspase 9 aktiverer deretter bøter caspase 3. Begge caspases spiller nøkkelroller i den apoptotic pathway.

Flere kreftformer hos mennesker, inkludert tykktarms- og magekreft, har endret uttrykk for Bcl-2. Imidlertid blir betydningen av uttrykkingsnivået til Bcl-2 på prognosen for kreftpasienter fortsatt undersøkt.Bidraget fra bax-uttrykk til kreftpasienters prognose og responsen på behandlingen er også uklart. I brystkreft viste en studie at et lavt nivå av uttrykk for bax er assosiert med en dårlig prognose, mens andre rapporter ikke har vist noen sammenheng mellom bax-ekspressjonsnivået og prognosen. Ytterligere forskning vil derfor være nødvendig.

CD95 (også kalt Fas og Apo-1) er en «dødsreseptor» som indikerer dens viktigste rolle i apoptose. Den første rapporten fra CD95 viste at et anti-CD95-antistoff reduserte veksten av humane B-celle-xenograft-svulster. Siden den gang har det blitt publisert en rekke rapporter om den CD95-induserte signalveien i apoptose. Cytotoksiske midler, som kjemoterapeutiske medikamenter, kan indusere apoptose i legemiddelfølsomme celler. Det er derfor viktig å klargjøre hvilken signalvei (r) som bidrar mest til apoptose. Å belyse denne informasjonen vil være nyttig for legemiddeloppdagelse.

Flere rapporter har indikert at CD95-banen vil spille en viktig rolle i apoptose indusert av cellegift, og at dette systemet involverer aktivering av villtype p53. Derfor kan p53-status påvirke kjemosensitivitet via CD95-signalering. Imidlertid indikerte en fersk rapport at CD95 kunne fremme tumorvekst. Programmert celledød er veldig komplisert d og avhenger av en rekke faktorer.

Det eksisterer en Bcl-2-underfamilie som bare inneholder BH3-domenet. Flere BH3-bare proteiner er identifisert, og p53 fungerer som en transkripsjonsfaktor for PUMA og NOXA, som begge tilhører denne klassen. PUMA er også en nøkkelformidler for den apoptotiske banen indusert av p53.

Når PUMA forstyrres i tykktarmskreftceller, forhindres p53-indusert apoptose. PUMA kan spille en sentral rolle for å bestemme celleskjebnen (programmert celledød versus cellesyklusstans) som svar på p53-aktivering. En rapport om PUMA knockout-mus viste at knockout av PUMA rekapitulerer apoptotisk mangel observert i p53 knockout-mus. PUMA er en viktig mediator for p53-avhengig og uavhengig apoptose in vivo. Fordi unndragelse av apoptose er et av kjennetegnene ved kreft, kan PUMA også spille en viktig rolle under karsinogenese.

Nylige rapporter har imidlertid vist at apoptose i visse situasjoner kan fremme karsinogenese. Michalak et al. og Labi et al. viste at tap av PUMA ablated gamma-stråling-indusert thymisk lymfomagenese. PUMA-mangelfulle hematopoietiske stamceller er beskyttet mot gammastråling-indusert celledød, noe som reduserer kompenserende spredning og replikasjon. På den annen side opplever villtype mus massiv celledød da de fikk gammastråling, noe som senere førte til en nybefolkning av regionen av stamceller / stamceller. Disse rapportene indikerer at homeostasestammen / stamfaderstrukturen i vev kan undertrykke tumordannelse. Dette fenomenet må bekreftes, men bør huskes når pasienter behandles med strategier som cellegift og / eller stråling.

2.2.3. p53 og cellesyklusstans

p53-proteinet undertrykker svulstdannelse ikke bare ved å indusere apoptose, men også ved å forårsake cellesyklusstans. Avhengig av typen cellulær stress, kan p53 indusere G1-arrestering gjennom aktivering av transkripsjon av den cyklinavhengige kinaseinhibitoren p21. Denne prosessen er velkjent og har blitt grundig studert. p53 regulerer også G2 / M-overgangen. For eksempel kan p53 blokkere celleinngang i mitose ved inhibering av Cdc2. Cdc2 må binde seg til syklin B1 for å fungere. Undertrykkelse av cyklin B1 av p53 arresterer også celler i G2. Imidlertid kan forbigående cellesyklus ikke føre til tumorutryddelse, fordi en celle med onkogent potensial som ikke kan repareres, kan gjenoppta spredning.

Derfor kan den andre mekanismen, cellulær senescens, spille en viktig rolle i p53- formidlet svulstundertrykkelse. Cellular senescence er permanent cellesyklusstans. Det er mange rapporter angående sammenhengen mellom svulstutvikling, p53 og aldring. Vi vil diskutere noen få av disse faktorene ut fra kreftterapi. Onkogen ras uttrykt i humane og gnagere primære celler resulterer i cellulær aldring. Denne prosessen skyldes akkumulering av p53 og p16. Inaktivering av p53 eller p16 forhindrer ras-indusert aldring. Denne rapporten antyder at kjellerens aldring har en viktig rolle i å undertrykke utvikling av svulst. Inaktivering av p53, slik det er tilstede i de fleste menneskelige kreftformer, gjør at celler kan unngå kjellerens aldring, noe som resulterer i utvikling av makroutviklet tumor. . Cellulær senescens indusert av p53 er viktig ikke bare for kreftforebygging, men også for krefteffekten indusert av en hvilken som helst villtype p53 introdusert i etablerte svulster.

Xue et al. konstruerte en musemodell av leverkreft med betinget regulert endogen p53.Reaktivering av endogen p53 i p53-mangelfulle svulster resulterer i fullstendige svulstregresjoner. Interessant var at den primære responsen på p53 ikke var apoptose, men induksjon av et kjellerens senesensprogram. Dette programmet utløste en medfødt immunrespons som eliminerte svulsten fra verten.

Vi har gjennomgått to viktige roller til p53 som en tumorundertrykker. Blant de forskjellige funksjonene til p53, er apoptose og aldring de viktigste mekanismene som er ansvarlige for tumorundertrykkelse. Nøyaktig hvordan p53 bestemmer om aktiveringen av senesensprogrammet eller apoptoseprogrammet skjer, gjenstår imidlertid å bli belyst. Dette spørsmålet er spesielt viktig for utviklingen av p53-basert kreftterapi, inkludert tilnærminger i kombinasjon med konvensjonell cellegift. De fleste konvensjonelle kjemoterapeutiske midler oppnår eliminering av kreftceller ved å drepe dem. Derfor, hvis p53 induserer aldring i stedet for apoptose, vil det oppstå en konflikt. Det er faktisk rapportert at noen typer brystkreft er beskyttet mot cytotoksiske kjemoterapeutiske midler av endogen p53.

Derfor er det flere faktorer, som kvaliteten og mengden av cellulært stress, vevstypen og kjellermiljø, bestemme skjebnen til cellen. Vousden og Prives foreslo en modell der avgjørelsen mellom liv og død kan bestemmes av omfanget av skade eller varigheten av stress. I sin modell fremkaller et lavt nivå av stress som kan repareres en DNA-reparasjon / overlevelsesrespons, mens et høyt nivå av stress som ikke kan repareres, induserer en apoptotisk eller senescensrespons. Denne doble karakteren til p53, morder og beskytter, indikerer muligheten for at p53 også kan fungere som tumorpromotor. Den antiapoptotiske funksjonen til p53 kan føre til overlevelse av skadede celler, noe som kan øke muligheten for ondartet transformasjon (figur 1).

Figur 1

Vousden og Prives foreslo en modell av den doble mekanismen for p53-funksjon i svulster. Resultatet av aktivering av p53 avhenger av flere variabler. I denne modellen resulterer p53-responsen på lavt stress i cellesyklusstans, veksthemming, DNA-reparasjon og så videre. Denne responsen gjør det mulig for celler å gjenopprette skaden forårsaket av cellulær stress. Men når cellene får høyt stress som ikke kan gjenopprettes, fungerer p53 som en morder som kan indusere apoptose eller aldring, og forhindrer spredning av defekte celler. Hvis p53 feilaktig reagerer som en beskytter når celler får høyt stress som ikke kan repareres, beholder cellene den genetiske skaden, noe som kan føre til eller bidra til kreftprogresjon (stiplet linje).

2.3. Anvendelser av p53-basert kreftterapi

Fordi de fleste, om ikke alle, menneskelige kreftformer har endret p53, er konseptet med restaurering av p53 for kreftbehandling veldig attraktivt. En dyremodell viste reaktivering av villtype p53 for å resultere i effektiv tumorregresjon, inkludert regresjon av lymfom og leverkarsinom.

2.3.1. Reaktiverende mutant p53

Det er klasse av små molekyler som reaktiverer villtypefunksjonene til mutant p53. PhiKan083 er et karbazolderivat funnet fra silikoscreening av krystallstrukturen til p53. Ved å binde mutert p53, øker PhiKan083 smeltetemperaturen til mutert p53, noe som resulterer i reaktivering av funksjonen. PRIMA-1 er et annet lite molekyl identifisert ved cellebasert screening som gjenopprettet sekvensspesifikk DNA-binding og den aktive konformasjonen av p53. CP-31398 er også et lite molekyl som kan gjenopprette proteinfoldingen av muterte p53 til en mer naturlig konformasjon som tillater en villtypefunksjon.

2.3.2. p53 Stabilisering

MDM2 er en E3 ubiquitin ligase som styrer p53 nedbrytning. Mange svulster overuttrykker MDM2, til og med svulster uten p53-mutasjoner. Målretting mot MDM2 for p53-stabilisering ser ut til å være lovende, så mange rapporter om målretting mot MDM2 eller MDM2-p53 er publisert.

For eksempel er muttrene cis-imidazolinforbindelser som fungerer som antagonister for MDM2- p53 interaksjon. Analyse av krystallstrukturen viste at nutlin binder seg i lommen på MDM2 for å forhindre p53-MDM2-interaksjonen. Nutlin kan aktivere p53-banen, og derved indusere kreftceller og xenograft-svulster hos mus til å gjennomgå cellesyklusstans, apoptose og veksthemming.

MI-219 er et annet lite molekyl som hemmer MDM2-p53-interaksjonen. MI-219 aktiverer også p53-banen i celler med vill-type p53. Apoptose og cellesyklusstans ble observert i xenograft-svulster som resulterte i svulstregresjon.

Imidlertid kan MDM2-hemming og p53-aktivering i normalt vev være skadelig. Ringshausen et al. viste at p53 aktiveres spontant i mange vev hos MDM2-mangelfulle mus.Videre utløste p53 dødelige patologier som inkluderte ablasjon av klassisk radiosensitivt vev.

2.3.3. Andre klasser av legemidler for p53-stabilisering

Tenovin ble funnet av en cellebasert medikamentskjerm for å aktivere p53. Tenovin virker som en hemmer av protein-deacetyleringsaktivitetene til SirT1 og SirT2. Intraperitoneal administrering av tenovin-6 har vist seg å indusere en regresjon av xenograft-svulster i musemodus.

Issaeva et al. screenet et kjemisk bibliotek og fant det lille molekylet RITA (reaktivering av p53 og induksjon av tumorcelle-apoptose), som binder seg til p53 og hemmer p53-MDM2-interaksjonen både in vitro og in vivo. RITA induserte apoptose i forskjellige kreftceller som beholdt vill type p53. De fant også at p53 frigitt fra MDM2 av RITA fremmer p21 og hnRNP K (en p53-kofaktor), og antyder dermed at p21 spiller en viktig rolle i å regulere kreftcellens skjebne etter p53-reaktivering (figur 2).

Figur 2

Strategier for p53 stabilisering og reaktivering av mutant p53.

2.4. p53 Inhibering for kreftterapi

Inhiberingen av p53 kan beskytte normale celler under genotoksisk cellegift eller strålebehandling. Bivirkningene av genotoksisk behandling for kreft er i stor grad forårsaket av p53-mediert apoptose. Det lille molekylet pifithrin-alfa kan blokkere p53-avhengig transkripsjonsaktivitet og beskytte mus mot de dødelige bivirkningene forbundet med kreftbehandling. Hvis vi kan unngå dosebegrensende genotoksisk stress til normale celler under cellegift eller strålebehandling for kreft, vil det dermed tillate at en høyere dose brukes til pasienter som ikke er tilstrekkelig lydhøre overfor konvensjonell cellegift.

2.5. p53 Genterapi

Den første p53-baserte genterapi ble rapportert i 1996. En retroviral vektor som inneholder villtypen p53-genet under kontroll av en aktinpromotor ble injisert direkte i svulster hos ikke-småcellet lungekreftpasienter . Etter utvikling av et replikasjonsdefekt rekombinant p53-virus (Ad5CMV-p53), har mange kliniske studier blitt utført, inkludert en hos pasienter med kreft i spiserøret. Noen få studier nådde fase III, men endelig godkjenning fra FDA er ennå ikke gitt. Nylig har p53-basert genterapi utviklet seg i Kina.

2.6. p53-basert immunterapi

Tumorassosiert antigenspesifikk cytotoksisk T-lymfocytt kan formidle immunresponsen fra verten mot kreft in vivo. P53-protein, spesielt målrettet mot missense-mutasjon av p53, kan være kandidat for tumorantigen. Noen kreftpasienter har antistoffer mot p53, frekvensen og klinisk betydning er fortsatt under debatt.

Speetjens et al. rapporterte kliniske studier av en p53-spesifikk syntetisk lang peptid (p53-SLP) vaksine for metastaserende kolorektal kreftpasienter. Ti pasienter ble vaksinert med p53-SLP i en fase I- og fase II-studie. Toksisitet var tålelig, og p53-spesifikk immunrespons ble påvist hos 9 av 10 pasienter. P53-spesifikk T-cellereaktivitet vedvarte mer enn 6 måneder hos 6 av 9 pasienter. Selv om studien var fase I / II, kan den kliniske fordelen være vanskelig å oppnå fordi de fleste pasienter hadde T-hjelperceller som manglet viktige cytokiner. Preklinisk fase I / II-studie av INGN-225 (Introgen), en p53-modifisert adenovirus-indusert dendritisk cellevaksine for pasienter med småcellet lungekreft (SCLC), er rapportert. INGN-225 ble godt tolerert og indusert p53-spesifikk immunrespons hos 18/43 (41,8%) pasienter og sensibiliserte SCLC for påfølgende cellegift.

3. Konklusjon

I denne artikkelen fokuserte vi på funksjonene til p53 og kliniske applikasjoner rettet mot p53 for kreftterapi. Til tross for nylige fremskritt i forskningen på p53s cytoplasmatiske funksjon, ser det ut til at det fortsatt er forskjellige roller å belyse, bortsett fra dens funksjon som en kjernefaktor. p53 har blitt rapportert å indusere apoptose uavhengig av transkripsjon av gener allerede i 1994. Overraskende nok kan aktivert p53 indusere apoptose i cytoplasmaet ved en baksavhengig mekanisme.

Disse rapportene indikerer at cytoplasmatisk p53 kan aktivere et transkripsjonsuavhengig apoptotisk program. Neste generasjon av p53-baserte kreftterapeutiske tilnærminger bør derfor utvikles for å dra nytte av denne cytosoliske funksjonen. Dette kan være tryggere enn å regulere transkripsjonsmodulering av villtype p53, noe som kan indusere både prosurvival og proapoptotiske effekter i tumorceller, som diskutert ovenfor.

Nylige rapporter har vist at p53 regulerer prosessen med selv- fornyelse av nevrale stamceller og hematopoietiske stamceller. Kreftstammemodellen insisterer på at svulster opprettholdes av en liten populasjon av kreftstamceller som kan dele seg både symmetrisk og asymmetrisk. Tap av p53 fremmer akutt myeloid leukemi ved avvikende selvfornyelse.

Mammastamceller med målrettet mutasjon av p53 er rapportert å vise de samme egenskapene som kreftstamceller. Reaktiveringen av p53 gjenopprettet den asymmetriske celledeling av kreftstamceller og induserte tumorvekstinhibering. Som et resultat kan ytterligere undersøkelse av sammenhengen mellom p53-funksjonen og kreftstamceller derfor være et av de viktigste forskningsfeltene for å avdekke nye paradigmer innen kreftterapi.