Rezumat

TP53, care codifică p53, este una dintre cele mai faimoase gene supresoare tumorale. Majoritatea cancerelor umane demonstrează inactivarea căii p53. Mutantul p53 nu numai că nu mai funcționează ca un supresor al tumorii, dar poate exercita și efecte de promovare a tumorii. Funcția de bază a p53 este de a răspunde la stresul celular. Revizuim aici progresele recente în cercetarea p53 și ne concentrăm pe apoptoză, stoparea ciclului celular și senescență ca răspuns la stres. De asemenea, examinăm aplicațiile clinice ale terapiei bazate pe p53 pentru cancerul uman.

1. Introducere

Gena TP53, care codifică p53, este una dintre cele mai frecvent modificate gene din cancerele umane. Se raportează că aproximativ jumătate din toate cazurile de cancer au inactivat p53. Proteina p53 are o gamă largă de funcții biologice, inclusiv reglarea ciclului celular, apoptoza, senescența, metabolismul ADN, angiogeneza, diferențierea celulară și răspunsul imun. Numeroase publicații au raportat diverse funcții ale p53, inclusiv roluri transcripționale, posttranscripționale și posttranslaționale.

În această lucrare, ne vom concentra asupra problemelor privind p53 și aplicarea terapiilor împotriva cancerului bazate pe p53. După cum au fost revizuite de Vousden și Prives, funcțiile majore ale p53 sunt reglarea stopării creșterii și a apoptozei.

2. Funcții normale ale p53

Numeroase studii au arătat că p53 este un factor de transcripție care vizează multe gene și microARN-uri ca răspuns la stresul din pivniță. Rolul cheie al p53 ca supresor tumoral este de a bloca progresia ciclului celular și / sau de a induce apoptoza, ca răspuns la stresurile celulare, cum ar fi deteriorarea ADN-ului. Activitatea p53 afectată promovează acumularea de leziuni ADN în celule, ceea ce duce la un fenotip al cancerului. Ca factor de transcripție, p53 formează o rețea de reglare a genei diversă și complexă. Au existat investigații ample pentru a clarifica secvențele țintă pe care p53 le recunoaște, elementul de răspuns p53 (RE), după cum a fost recent analizat de Riley și colab. p53 are o gamă foarte largă de activități biologice, astfel încât această revizuire se va concentra pe rolul p53 ca supresor tumoral și implicațiile sale pentru terapia cancerului.

2.1. Cancere umane și mutații p53

Frecvența mutației TP53 variază de la ~ 10% (tumori maligne hematopoietice) până la 50-70% (tumori ovariene, colorectale și cap și gât). Mutația germinativă a TP53 cauzează sindromul Li-Fraumeni, care este un sindrom de cancer familial, inclusiv cancer de sân, sarcom de țesut moale și diferite alte tipuri de cancer. Majoritatea mutațiilor TP53 din cancerele umane duc la mutații în domeniul legării ADN-ului, împiedicând astfel p53 să transcrie genele sale țintă. Cu toate acestea, p53 mutant nu a condus doar la pierderea funcției normale a proteinei de tip sălbatic, ci a dus și la noi abilități de a promova cancerul. Primul raport al acestui câștig de funcție de către mutantul p53 a fost observația că transfecția mutantului p53 în celule p53-nule îmbunătățește formarea tumorii la șoareci. Numeroase studii ulterioare au confirmat această constatare.

2.2. p53 ca supresor al tumorii

2.2.1. p53 ca senzor de deteriorare a ADN

Instabilitatea genetică este una dintre cele mai proeminente caracteristici ale tumorilor maligne. Există sisteme foarte sofisticate pentru detectarea deteriorării ADN-ului și repararea genomului. p53 joacă un rol important în astfel de sisteme „îngrijitoare”. Când p53 răspunde la deteriorarea ADN-ului, provoacă fie stoparea ciclului celular, fie apoptoză.

S-a arătat în 1991 că inducerea p53 de tip sălbatic poate induce apoptoza Șoarecii care au un mutant specific p53 nu au capacitatea de a induce oprirea ciclului celular, dar păstrează capacitatea de a induce apoptoza, permițându-le să suprime eficient tumorile induse de oncogen, sugerând astfel că funcția proapoptotică a p53 poate juca mai mult rol important în efectele sale antitumorale decât în inducerea opririi ciclului celular.

2.2.2. p53 și Apoptoză

Numeroase rapoarte au descris mecanismul prin care p53 induce apoptoza. Ca p53 funcționează în principal ca factor de transcripție, este important să se exploreze genele reglementate de p53 care contribuie la reglarea apoptozei. Studiile timpurii au arătat că p53 de tip sălbatic poate lega regiunea promotorului genei bax și poate regla transcripția genei bax. bax este un membru al Bc Familia l-2, care formează heterodimeri cu Bcl-2, inhibându-i activitatea. Familia de proteine Bcl-2 joacă un rol important în apoptoză și cancer. De exemplu, Bcl-2 controlează eliberarea citocromului c din mitocondrii, care activează calea apoptotică activând caspaza 9. Caspaza 9 activează apoi călăul caspaza 3. Ambele caspase joacă roluri cheie în calea apoptotică.

Mai multe tipuri de cancer la om, inclusiv cancerul de colon și de stomac, au modificat expresia Bcl-2. Cu toate acestea, importanța nivelului de expresie a Bcl-2 asupra prognosticului pacienților cu cancer este încă investigată.Contribuția expresiei bax la prognosticul pacienților cu cancer și răspunsul la terapie este, de asemenea, neclară. În cancerul de sân, un studiu a arătat că un nivel scăzut de expresie a baxului este asociat cu un prognostic slab, în timp ce alte rapoarte nu au arătat nicio corelație între nivelul de expresie al baxului și prognosticul. Prin urmare, vor fi necesare cercetări suplimentare.

CD95 (numit și Fas și Apo-1) este un „receptor al morții” care indică rolul său major în apoptoză. Primul raport al CD95 a arătat că un anticorp anti-CD95 a redus creșterea tumorilor cu xenogrefă umană cu celule B. De atunci, au fost publicate numeroase rapoarte despre calea de semnalizare indusă de CD95 în apoptoză. Agenții citotoxici, cum ar fi medicamentele chimioterapeutice, pot induce apoptoza în celulele sensibile la medicamente. clarificați căile de căi de semnalizare care contribuie cel mai mult la apoptoză. Elucidarea acestor informații ar fi utilă pentru descoperirea medicamentelor.

Mai multe rapoarte au indicat calea CD95 pentru a juca un rol important în apoptoza indusă de agenții citotoxici și că acest sistem implică activarea p53 de tip sălbatic. Prin urmare, starea p53 poate influența chemosensibilitatea prin semnalizarea CD95. Cu toate acestea, un raport recent a indicat că CD95 ar putea favoriza creșterea tumorii. Moartea celulară programată este foarte complicată d și depinde de o varietate de factori.

Există o subfamilie Bcl-2 care conține doar domeniul BH3. Au fost identificate mai multe proteine numai BH3, iar p53 acționează ca un factor de transcripție pentru PUMA și NOXA, care ambele aparțin acestei clase. PUMA este, de asemenea, un mediator cheie al căii apoptotice induse de p53.

Când PUMA este întreruptă în celulele canceroase ale colonului, se previne apoptoza indusă de p53. PUMA poate juca un rol esențial în determinarea soartei celulare (moartea celulară programată versus oprirea ciclului celular) ca răspuns la activarea p53. Un raport despre șoarecii knockout PUMA a arătat că knockout-ul PUMA recapitulează deficiența apoptotică observată la șoarecii knockout p53. PUMA este un mediator esențial pentru apoptoza dependentă și independentă de p53 in vivo. Deoarece evitarea apoptozei este una dintre semnele distinctive ale cancerului, PUMA poate juca, de asemenea, un rol important în timpul carcinogenezei.

Rapoartele recente au arătat, totuși, că, în anumite situații, apoptoza poate promova carcinogeneza. Michalak și colab. și Labi și colab. a arătat că pierderea PUMA ablat limfomageneza timică indusă de radiațiile gamma. Celulele stem hematopoietice cu deficit de PUMA sunt protejate de moartea celulară indusă de iradiere gamma, ceea ce reduce proliferarea și replicarea compensatorie. Pe de altă parte, șoarecii de tip sălbatic experimentează moartea masivă a celulelor atunci când au primit iradiere gamma, ceea ce a dus ulterior la repopularea regiunii de către celulele stem / progenitoare. Aceste rapoarte indică faptul că structura stem / progenitor a homeostaziei țesutului poate suprima formarea tumorii. Acest fenomen va trebui confirmat, dar trebuie ținut cont atunci când se tratează pacienții cu strategii precum chimioterapie și / sau radiații.

2.2.3. p53 și celularul de oprire a ciclului

Proteina p53 suprimă formarea tumorii nu numai prin inducerea apoptozei, ci și prin provocarea opririi ciclului celular. În funcție de tipul de stres celular, p53 poate induce oprirea G1 prin activarea transcrierii inhibitorului de kinază p21 dependentă de ciclină. Acest proces este bine cunoscut și a fost studiat pe larg. p53 reglează, de asemenea, tranziția G2 / M. De exemplu, p53 poate bloca intrarea celulelor în mitoză prin inhibarea Cdc2. Cdc2 trebuie să se lege de ciclina B1 pentru a funcționa. Reprimarea ciclinei B1 de către p53 arestează și celulele din G2. Cu toate acestea, ciclul celular tranzitor poate să nu conducă la eradicarea tumorii, deoarece o celulă cu potențial oncogen care nu poate fi reparat poate relua proliferarea.

Prin urmare, celălalt mecanism, senescența celulară, poate juca un rol important în p53- suprimarea tumorii mediată. Senescența celulară este oprirea permanentă a ciclului celular. Există multe rapoarte privind corelația dintre dezvoltarea tumorii, p53 și senescență. Vom discuta câțiva dintre acești factori din punctul de vedere al terapiei împotriva cancerului. Rasul oncogen exprimat în celulele primare umane și rozătoare are ca rezultat senescența celulară. Acest proces se datorează acumulării de p53 și p16. Inactivarea p53 sau p16 previne senescența indusă de ras. Acest raport implică faptul că senescența în pivniță are un rol important în suprimarea dezvoltării tumorii. Inactivarea p53, așa cum este prezentă în majoritatea cancerelor umane, permite celulelor să se sustragă de senescența pivniței, rezultând astfel dezvoltarea tumorii macrolivel. . Senescența celulară indusă de p53 este importantă nu numai pentru prevenirea cancerului, ci și pentru efectul anticancer indus de orice p53 de tip sălbatic introdus în tumorile stabilite.

Xue și colab. a construit un model de șoarece de cancer hepatic cu p53 endogen reglat condiționat.Reactivarea p53 endogen în tumorile cu deficit de p53 are ca rezultat regresii tumorale complete. Interesant este că răspunsul primar la p53 nu a fost apoptoza, ci inducerea unui program de senescență în pivniță. Acest program a declanșat un răspuns imun înnăscut care a eliminat tumora de la gazdă.

Am analizat două roluri importante ale p53 ca supresor al tumorii. Printre diferitele funcții ale p53, apoptoza și senescența sunt principalele mecanisme responsabile de suprimarea tumorii sale. Totuși, exact modul în care p53 determină dacă activarea programului de senescență sau a programului de apoptoză are loc sau nu rămâne încă de elucidat. Această întrebare este deosebit de importantă pentru dezvoltarea terapiei împotriva cancerului bazată pe p53, inclusiv abordări în combinație cu chimioterapia convențională. Majoritatea agenților chimioterapeutici convenționali realizează eliminarea celulelor canceroase prin uciderea lor. Prin urmare, dacă p53 induce mai degrabă senescență decât apoptoză, va apărea un conflict. Într-adevăr, s-a raportat că unele tipuri de cancer de sân sunt protejate de agenții chimioterapeutici citotoxici prin p53 endogen.

Prin urmare, mai mulți factori, cum ar fi calitatea și cantitatea stresului celular, tipul de țesut și micromediul pivniței, determina soarta celulei. Vousden și Prives au propus un model în care decizia dintre viață și moarte poate fi determinată de gradul de daune sau durata stresului. În modelul lor, un nivel scăzut de stres care poate fi reparat determină un răspuns de reparație / supraviețuire a ADN-ului, în timp ce un nivel ridicat de stres care nu poate fi reparat induce un răspuns apoptotic sau de senescență. Această natură dublă a p53, ucigaș și protector, indică posibilitatea ca p53 să acționeze și ca promotor al tumorii. Funcția antiapoptotică a p53 poate duce la supraviețuirea celulelor deteriorate, ceea ce poate crește posibilitatea transformării maligne (Figura 1).

Figura 1

Vousden și Prives au propus un model al mecanismului dual al funcției p53 în tumori. Rezultatul activării p53 depinde de mai multe variabile. În acest model, răspunsul p53 la stres scăzut are ca rezultat oprirea ciclului celular, inhibarea creșterii, repararea ADN-ului și așa mai departe. Acest răspuns permite celulelor să restabilească daunele induse de stresul celular. Dar când celulele primesc un stres ridicat care nu poate fi restabilit, p53 acționează ca un ucigaș care poate induce apoptoza sau senescența, prevenind proliferarea celulelor defecte. Dacă p53 răspunde greșit ca un protector atunci când celulele primesc un stres ridicat care nu poate fi reparat, celulele păstrează daunele genetice, ceea ce poate duce sau poate contribui la progresia cancerului (linia punctată).

2.3. Aplicații ale terapiei împotriva cancerului bazate pe p53

Deoarece majoritatea, dacă nu toate, cancerele umane prezintă p53 modificat, conceptul de restaurare a p53 pentru terapia cancerului este foarte atractiv. Un model animal a arătat reactivarea p53 de tip sălbatic pentru a duce la o regresie eficientă a tumorii, incluzând regresia limfomului și a carcinomului hepatic.

2.3.1. Reactivarea p53 mutant

Există o clasă de molecule mici care reactivează funcțiile de tip sălbatic ale p53 mutant. PhiKan083 este un derivat de carbazol găsit din screeningul in silico al structurii cristaline a p53. Prin legarea p53 mutat, PhiKan083 crește temperatura de topire a p53 mutat, ceea ce duce la reactivarea funcției sale. PRIMA-1 este o altă moleculă mică identificată prin screening bazat pe celule care a restabilit legarea ADN-ului specific secvenței și conformația activă a p53. CP-31398 este, de asemenea, o moleculă mică care poate restabili plierea proteinelor de p53 mutant la o conformație mai naturală care permite o funcție de tip sălbatic.

2.3.2. Stabilizarea p53

MDM2 este o ubiquitin ligază E3 care controlează degradarea p53. Multe tumori supraexprimă MDM2, chiar și tumori fără mutații p53. Țintirea MDM2 pentru stabilizarea p53 pare a fi promițătoare, așa că au fost publicate numeroase rapoarte privind țintirea MDM2 sau MDM2-p53.

De exemplu, nutlinele sunt compuși cis-imidazoline care acționează ca antagoniști ai MDM2- interacțiunea p53. Analiza structurii cristaline a arătat că nutlinul se leagă în buzunarul MDM2 pentru a preveni interacțiunea p53-MDM2. Nutlin poate activa calea p53, inducând astfel celulele canceroase și tumorile xenogrefe la șoareci să sufere oprirea ciclului celular, apoptoza și inhibarea creșterii.

MI-219 este o altă moleculă mică care inhibă interacțiunea MDM2-p53. MI-219 activează, de asemenea, calea p53 în celulele cu p53 de tip sălbatic. Apoptoza și oprirea ciclului celular au fost observate în tumorile xenogrefe care au dus la regresia tumorii.

Cu toate acestea, inhibarea MDM2 și activarea p53 în țesuturile normale pot fi dăunătoare. Ringshausen și colab. a arătat că p53 este activat spontan în multe țesuturi la șoareci cu deficit de MDM2.Mai mult, p53 a declanșat patologii fatale care au inclus ablația țesuturilor clasic radiosensibile.

2.3.3. Alte clase de medicamente pentru stabilizarea p53

Tenovin a fost găsit de un ecran de medicamente pe bază de celule pentru a activa p53. Tenovin acționează ca un inhibitor al activităților de dezacetilare a proteinelor din SirT1 și SirT2. S-a demonstrat că administrarea intraperitoneală de tenovin-6 induce o regresie a tumorilor cu xenogrefă în modul mouse.

Issaeva și colab. a examinat o bibliotecă chimică și a găsit molecula mică RITA (reactivarea p53 și inducerea apoptozei celulelor tumorale), care se leagă de p53 și inhibă interacțiunea p53-MDM2 atât in vitro, cât și in vivo. RITA a indus apoptoza în diferite celule canceroase care au păstrat tipul sălbatic p53. De asemenea, au descoperit că p53 eliberat din MDM2 de RITA promovează p21 și hnRNP K (un cofactor p53), implicând astfel că p21 joacă un rol major în reglarea destinului celulelor canceroase după reactivarea p53 (Figura 2).

Figura 2

Strategii pentru P53 mutant de stabilizare și reactivare p53.

2.4. Inhibarea p53 pentru tratamentul cancerului

Inhibarea p53 poate proteja celulele normale în timpul chimioterapiei genotoxice sau radioterapiei. Efectele secundare ale terapiei genotoxice pentru cancer sunt cauzate în mare măsură de apoptoza mediată de p53. Molecula mică pifithrin-alfa poate bloca activitatea transcripțională dependentă de p53 și proteja șoarecii de efectele secundare letale asociate tratamentului anticancer. Dacă putem evita stresul genotoxic care limitează doza la celulele normale în timpul chimioterapiei sau radioterapiei pentru cancer, va permite astfel utilizarea unei doze mai mari pentru pacienții care nu sunt suficient de receptivi la chimioterapia convențională. Terapia genică p53

Prima terapie genetică bazată pe p53 a fost raportată în 1996. Un vector retroviral care conține gena p53 de tip sălbatic sub controlul unui promotor de actină a fost injectat direct în tumorile pacienților cu cancer pulmonar cu celule mici. . După dezvoltarea unui virus p53 recombinant cu deficiență de replicare (Ad5CMV-p53), au fost efectuate multe studii clinice, inclusiv unul la pacienții cu cancer esofagian. Câteva studii au atins faza III, dar aprobarea finală de la FDA nu a fost încă acordată. Recent, terapia genică bazată pe p53 s-a dezvoltat în China.

2.6. Imunoterapia pe bază de p53

Limfocitul T citotoxic specific antigenului asociat tumorii poate media răspunsul imun al gazdei împotriva cancerului in vivo. Proteina P53, care vizează în special mutația fără sens a p53, poate fi candidată la antigenul tumorii. Unii pacienți cu cancer au anticorpi împotriva p53, frecvența și semnificația clinică sunt încă în dezbatere.

Speetjens și colab. au raportat studii clinice ale unui vaccin peptidic lung sintetic specific p53 (p53-SLP) pentru pacienții cu cancer colorectal metastatic. Zece pacienți au fost vaccinați cu p53-SLP într-un studiu de fază I și fază II. Toxicitatea a fost tolerabilă, iar răspunsul imun specific p53 a fost detectat la 9 din 10 pacienți. Reactivitatea celulelor T specifice P53 a persistat mai mult de 6 luni la 6 din 9 pacienți. Deși studiul a fost faza I / II, beneficiul clinic poate fi greu de obținut, deoarece majoritatea pacienților aveau celule T-helper care nu aveau citokine cheie. A fost raportat un studiu preclinic de fază I / II al INGN-225 (Introgen), un vaccin cu celule dendritice indus de adenovirus modificat p53 pentru pacienții cu cancer pulmonar cu celule mici (SCLC). INGN-225 a fost bine tolerat și a indus un răspuns imun specific p53 la 18/43 (41,8%) pacienți și a sensibilizat SCLC la chimioterapia ulterioară.

3. Concluzie

În această lucrare, ne-am concentrat pe funcțiile p53 și aplicațiile clinice care vizează p53 pentru terapia cancerului. Cu toate acestea, în ciuda progreselor recente în cercetarea privind funcția citoplasmatică a lui p53, se pare că rămân de elucidat diferite roluri în afară de funcția sa de factor nuclear. Sa raportat că p53 induce apoptoza independentă de transcrierea genelor încă din 1994. În mod surprinzător, p53 activat poate induce apoptoza în citoplasmă printr-un mecanism dependent de bax.

Aceste rapoarte indică faptul că p53 citoplasmatic poate activa un program apoptotic independent de transcripție. Următoarea generație de abordări terapeutice pentru cancer bazate pe p53 ar trebui deci dezvoltată pentru a profita de această funcție citosolică. Acest lucru poate fi mai sigur decât reglarea modulației de transcripție a p53 de tip sălbatic, care poate induce atât efecte prosurvival cât și proapoptotice în celulele tumorale, așa cum s-a discutat mai sus.

Rapoarte recente au arătat că p53 reglează procesul de auto- reînnoirea celulelor stem neuronale și a celulelor stem hematopoietice. Modelul tulpinii de cancer insistă asupra faptului că tumorile sunt menținute de o populație mică de celule stem canceroase care se pot împărți atât simetric, cât și asimetric. Pierderea p53 favorizează leucemia mieloidă acută prin autoînnoire aberantă.

Celulele stem mamare cu mutația țintită a p53 s-au raportat că prezintă aceleași proprietăți ca celulele stem canceroase. Reactivarea p53 a restabilit diviziunea celulară asimetrică a celulelor stem canceroase și a indus inhibarea creșterii tumorii. Ca urmare, o investigație suplimentară a legăturii dintre funcția p53 și celulele stem canceroase poate fi, prin urmare, unul dintre cele mai importante domenii de cercetare pentru descoperirea de noi paradigme în terapia cancerului.