Sammanfattning

TP53, som kodar för p53, är en av de mest kända tumörsuppressorgenerna. Majoriteten av humana cancerformer visar inaktivering av p53-vägen. Mutant p53 fungerar inte bara, inte längre, som en tumörundertryckare utan kan också utöva tumörfrämjande effekter. Den grundläggande funktionen för p53 är att svara på cellulär stress. Vi granskar här de senaste framstegen inom p53-forskning och fokuserar på apoptos, cellcykelstopp och åldrande som svar på stress. Vi granskar också de kliniska tillämpningarna av p53-baserad terapi för mänsklig cancer.

1. Inledning

TP53-genen, som kodar för p53, är en av de mest muterade generna i humana cancerformer. Det rapporteras att ungefär hälften av alla cancerformer har inaktiverat p53. P53-proteinet har ett brett spektrum av biologiska funktioner, inklusive reglering av cellcykeln, apoptos, åldrande, DNA-metabolism, angiogenes, celldifferentiering och immunsvar. Många publikationer har rapporterat om olika funktioner hos p53 inklusive transkriptions-, posttranskriptions- och posttranslationsroller.

I denna uppsats kommer vi att fokusera på frågor som rör p53 och tillämpning av p53-baserade cancerterapier. Som granskats av Vousden och Prives är de viktigaste funktionerna för p53 reglering av tillväxtstopp och apoptos.

2. Normala funktioner för p53

Många studier har visat att p53 är en transkriptionsfaktor som riktar sig mot många gener och mikroRNA som svar på källarstress. Nyckelrollen för p53 som tumörundertryckare är att blockera cellcykelprogression och / eller att inducera apoptos, som svar på cellulära påfrestningar såsom DNA-skada. Nedsatt p53-aktivitet främjar ackumulering av DNA-skador i celler, vilket leder till en cancerfenotyp. Som en transkriptionsfaktor bildar p53 ett mångsidigt och komplext genreglerande nätverk. Det har utförts omfattande undersökningar för att klargöra målsekvenserna som p53 känner igen, p53-svarselementet (RE), som nyligen granskats av Riley et al. p53 har ett mycket brett spektrum av biologiska aktiviteter, så denna översyn kommer att fokusera på rollen som p53 som tumörhämmare och dess konsekvenser för cancerterapi.

2.1. Mänskliga cancerformer och p53-mutationer

Frekvensen för TP53-mutation varierar från ~ 10% (hematopoietiska maligniteter) till 50-70% (äggstocks-, kolorektal- och huvud- och halsmaligniteter). Germline-mutation av TP53 orsakar Li-Fraumeni syndrom, vilket är ett familjärt cancersyndrom inklusive bröstcancer, mjukdelssarkom och olika andra typer av cancer. De flesta TP53-mutationer i humant cancer resulterar i mutationer inom den DNA-bindande domänen, vilket hindrar p53 från att transkribera sina målgener. Emellertid har mutant p53 inte bara lett till en förlust av normal funktion av vildtypsproteinet utan också lett till nya förmågor att främja cancer. Den första rapporten om denna funktionsförstärkning av mutant p53 var observationen att transfektion av mutant p53 in i p53-nollceller förbättrar tumörbildning hos möss. Många efterföljande studier har bekräftat denna upptäckt.

2.2. p53 som en tumörundertryckare

2.2.1. p53 som en sensor för DNA-skada

Genetisk instabilitet är en av de mest framträdande egenskaperna hos maligna tumörer. Det finns mycket sofistikerade system för att upptäcka DNA-skador och reparera genomet. p53 spelar en viktig roll i sådana ”vaktmästarsystem”. När p53 svarar på DNA-skador framkallar det antingen cellcykelstopp eller apoptos.

Det visades 1991 att induktion av vildtyp p53 kan inducera apoptos Möss som har en specifik p53-mutant saknar förmågan att inducera cellcykelstopp, men bibehåller förmågan att inducera apoptos, så att de effektivt kan undertrycka onkogeninducerade tumörer, vilket tyder på att den proapoptotiska funktionen hos p53 kan spela en mer viktig roll i dess antitumöreffekter än vid dess induktion av cellcykelstopp.

2.2.2. p53 och apoptos

Många rapporter har beskrivit den mekanism genom vilken p53 inducerar apoptos. Som p53 fungerar främst som en transkriptionsfaktor är det viktigt att utforska de gener som regleras av p53 som bidrar till reglering av apoptos. Tidiga studier visade att vildtyp p53 kan binda bax-genpromotorregionen och reglera bax-gentranskription. bax är medlem av Bc l-2-familj, som bildar heterodimerer med Bcl-2, hämmar dess aktivitet. Proteinfamiljen Bcl-2 spelar en viktig roll i apoptos och cancer. Till exempel kontrollerar Bcl-2 frisättningen av cytokrom c från mitokondrierna, vilket aktiverar den apoptotiska vägen genom att aktivera caspase 9. Caspase 9 aktiverar sedan böter caspase 3. Båda caspaserna spelar nyckelroller i den apoptotic pathway.

Flera humana cancerformer, inklusive koloncancer och magcancer, har förändrat uttrycket av Bcl-2. Emellertid undersöks fortfarande betydelsen av uttrycksnivån av Bcl-2 på prognosen för cancerpatienter.Bax-uttryckets bidrag till prognosen för cancerpatienter och svaret på terapin är också oklart. I bröstcancer visade en studie att en låg nivå av uttryck av bax är förknippad med en dålig prognos, medan andra rapporter inte har visat någon korrelation mellan baxuttrycksnivån och prognosen. Ytterligare forskning kommer därför att vara nödvändig.

CD95 (även kallad Fas och Apo-1) är en ”dödsreceptor” som indikerar dess huvudsakliga roll i apoptos. Den första rapporten från CD95 visade att en anti-CD95-antikropp minskade tillväxten av humana B-cell xenograft-tumörer. Sedan dess har många rapporter publicerats om den CD95-inducerade signalvägen i apoptos. Cytotoxiska medel, såsom kemoterapeutiska läkemedel, kan inducera apoptos i läkemedelskänsliga celler. Det är därför viktigt att klargöra vilken signalväg som bidrar mest till apoptos. Att belysa denna information skulle vara till hjälp för läkemedelsupptäckt.

Flera rapporter har visat att CD95-vägen spelar en viktig roll i apoptos inducerad av cytotoxiska medel, och att detta system involverar aktivering av vildtyp p53. Därför kan p53-status påverka kemosensitivitet via CD95-signalering. En ny rapport visade dock att CD95 skulle kunna främja tumörtillväxt. Programmerad celldöd är mycket komplicerad d och beror på en mängd olika faktorer.

Det finns en Bcl-2-underfamilj som endast innehåller BH3-domänen. Flera BH3-bara proteiner har identifierats och p53 fungerar som en transkriptionsfaktor för PUMA och NOXA, som båda tillhör denna klass. PUMA är också en nyckelförmedlare av den apoptotiska vägen som induceras av p53.

När PUMA störs i koloncancerceller förhindras p53-inducerad apoptos. PUMA kan spela en avgörande roll för att bestämma cellöden (programmerad celldöd kontra cellcykelstopp) som svar på p53-aktivering. En rapport om PUMA knockout-möss visade att knockout av PUMA sammanfattar den apoptotiska bristen som observerats hos p53 knockout-möss. PUMA är en viktig medlare för p53-beroende och oberoende apoptos in vivo. Eftersom undvikande av apoptos är ett av kännetecknen för cancer, kan PUMA också spela en viktig roll under cancerframkallande.

Nya rapporter har dock visat att apoptos i vissa situationer kan främja cancerframkallande. Michalak et al. och Labi et al. visade att förlust av PUMA-ablaterad gammastrålningsinducerad tymisk lymfomagenes. PUMA-bristande hematopoetiska stamceller skyddas från gammastrålningsinducerad celldöd, vilket minskar kompenserande proliferation och replikering. Å andra sidan upplever vildtypsmus massiv celldöd när de fick gammastrålning, vilket därefter ledde till en återbefolkning av regionen av stamceller / stamceller. Dessa rapporter tyder på att homeostasstammen / stamfaderns struktur i vävnad kan undertrycka tumörbildning. Detta fenomen måste bekräftas, men man bör komma ihåg det vid behandling av patienter med strategier som kemoterapi och / eller strålning.

2.2.3. p53 och cellcykelstopp

p53-proteinet undertrycker tumörbildning inte bara genom att inducera apoptos utan också genom att orsaka cellcykelstopp. Beroende på typen av cellulär stress kan p53 inducera G1-stopp genom aktivering av transkription av den cyklinberoende kinasinhibitorn p21. Denna process är välkänd och har studerats ingående. p53 reglerar också G2 / M-övergången. Till exempel kan p53 blockera cellinträde i mitos genom inhibering av Cdc2. Cdc2 måste bindas till cyklin B1 för att fungera. Repression av cyklin B1 med p53 arresterar också celler i G2. Övergående cellcykel kanske inte leder till tumörutrotning, eftersom en cell med onkogen potential som inte kan repareras kan återuppta proliferation.

Därför kan den andra mekanismen, cellulär åldrande, spela en viktig roll i p53- medierad tumörundertryckning. Cellulär åldrande är permanent cellcykelstopp. Det finns många rapporter om sambandet mellan tumörutveckling, p53 och åldrande. Vi kommer att diskutera några av dessa faktorer utifrån cancerterapi. Onkogen ras uttryckt i humana och gnagare primära celler resulterar i cellulär åldrande. Denna process beror på ackumuleringen av p53 och p16. Inaktivering av p53 eller p16 förhindrar ras-inducerad åldrande. Denna rapport antyder att källaråldrande har en viktig roll för att undertrycka tumörutveckling. Inaktivering av p53, som är närvarande i de flesta humana cancerformer, gör det möjligt för celler att undvika källaresensens, vilket resulterar i makrolevelutveckling av tumörer. . Cellulär åldrande inducerad av p53 är viktig inte bara för cancerförebyggande utan också för cancercancereffekten inducerad av vilken vildtyp-p53 som introduceras i etablerade tumörer.

Xue et al. konstruerade en musmodell av levercancer med villkorligt reglerad endogen p53.Reaktivering av endogen p53 i p53-bristande tumörer resulterar i fullständiga tumörregressioner. Intressant var att det primära svaret på p53 inte var apoptos utan induktion av ett källaråldringsprogram. Detta program utlöste ett medfödd immunsvar som eliminerade tumören från värden.

Vi har granskat två viktiga roller för p53 som tumörundertryckare. Bland de olika funktionerna hos p53 är apoptos och åldrande de viktigaste mekanismerna som är ansvariga för dess tumörundertryckande. Exakt hur p53 avgör huruvida aktiveringen av åldringsprogrammet eller apoptosprogrammet inträffar återstår dock att klargöra. Denna fråga är särskilt viktig för utvecklingen av p53-baserad cancerterapi, inklusive metoder i kombination med konventionell kemoterapi. De flesta konventionella kemoterapeutiska medel uppnår eliminering av cancerceller genom att döda dem. Därför, om p53 inducerar åldrande snarare än apoptos, kommer en konflikt att uppstå. Det har faktiskt rapporterats att vissa typer av bröstcancer skyddas från cytotoxiska kemoterapeutiska medel av endogent p53.

Därför är flera faktorer, såsom kvalitet och kvantitet av cellulär stress, vävnadstyp och källarens mikromiljö, bestämma cellens öde. Vousden och Prives föreslog en modell där beslutet mellan liv och död kan bestämmas av omfattningen av skadan eller varaktigheten av stress. I sin modell framkallar en låg nivå av stress som kan repareras ett DNA-reparations- / överlevnadsrespons, medan en hög nivå av stress som inte kan repareras inducerar ett apoptotiskt eller åldrande svar. Denna dubbla natur av p53, mördare och skydd, indikerar möjligheten att p53 också kan fungera som tumörpromotor. Den antiapoptotiska funktionen hos p53 kan leda till överlevnad av skadade celler, vilket kan öka risken för malign transformation (Figur 1).

Figur 1

Vousden och Prives föreslog en modell av den dubbla mekanismen för p53-funktion i tumörer. Resultatet av p53-aktivering beror på flera variabler. I denna modell resulterar p53-svaret vid låg stress i cellcykelstopp, tillväxthämning, DNA-reparation och så vidare. Detta svar gör det möjligt för celler att återställa skador som orsakas av cellulär stress. Men när cellerna får hög stress som inte kan återställas, fungerar p53 som en mördare som kan inducera apoptos eller åldrande, vilket förhindrar spridning av defekta celler. Om p53 felaktigt svarar som ett skydd när celler får en hög stress som inte kan repareras, behåller cellerna den genetiska skadan, vilket kan leda till eller bidra till cancerprogression (prickad linje).

2.3. Tillämpningar av p53-baserad cancerterapi

Eftersom de flesta, om inte alla, mänskliga cancerformer har förändrat p53, är begreppet restaurering av p53 för cancerterapi mycket attraktivt. En djurmodell visade reaktivering av vildtyp p53 för att resultera i effektiv tumörregression, inklusive regression av lymfom och leverkarcinom.

2.3.1. Reaktiverande mutant p53

Det finns klass av små molekyler som återaktiverar vildtypsfunktionerna hos mutant p53. PhiKan083 är ett karbazolderivat som finns från silikoscreening av kristallstrukturen hos p53. Genom att binda muterad p53, höjer PhiKan083 smälttemperaturen för muterad p53, vilket resulterar i reaktivering av dess funktion. PRIMA-1 är en annan liten molekyl identifierad genom cellbaserad screening som återställde sekvensspecifik DNA-bindning och den aktiva konformationen av p53. CP-31398 är också en liten molekyl som kan återställa proteinvikningen av muterad p53 till en mer naturlig konformation som tillåter en vildtypsfunktion.

2.3.2. p53-stabilisering

MDM2 är ett E3-ubikitinligas som styr p53-nedbrytning. Många tumörer överuttrycker MDM2, även tumörer utan p53-mutationer. Inriktning på MDM2 för p53-stabilisering verkar vara lovande, så många rapporter om inriktning på MDM2 eller MDM2-p53 har publicerats.

Till exempel är nötterna cis-imidazolinföreningar som fungerar som antagonister för MDM2- p53-interaktion. Analys av kristallstrukturen visade att nutlin binder i fickan på MDM2 för att förhindra p53-MDM2-interaktion. Nutlin kan aktivera p53-vägen och därigenom inducera cancerceller och xenografttumörer hos möss att genomgå cellcykelstopp, apoptos och tillväxthämning.

MI-219 är en annan liten molekyl som hämmar MDM2-p53-interaktionen. MI-219 aktiverar också p53-vägen i celler med vildtyp p53. Apoptos och cellcykelstopp observerades i xenotransplantattumörer vilket resulterade i tumörregression.

MDM2-hämning och p53-aktivering i normal vävnad kan dock vara skadligt. Ringshausen et al. visade att p53 aktiverades spontant i många vävnader i MDM2-bristande möss.Dessutom utlöste p53 dödliga patologier som inkluderade ablation av klassiskt radiokänsliga vävnader.

2.3.3. Andra klasser av läkemedel för p53-stabilisering

Tenovin hittades av en cellbaserad läkemedelsskärm för att aktivera p53. Tenovin fungerar som en hämmare av protein-deacetyleringsaktiviteterna i SirT1 och SirT2. Den intraperitoneala administreringen av tenovin-6 har visats inducera en regression av xenograft-tumörer i musläge.

Issaeva et al. screenade ett kemiskt bibliotek och hittade den lilla molekylen RITA (reaktivering av p53 och induktion av tumörcellapoptos), som binder till p53 och hämmar p53-MDM2-interaktionen både in vitro och in vivo. RITA-inducerad apoptos i olika cancerceller som behöll vildtyp p53. De fann också att p53 som släpptes från MDM2 av RITA främjar p21 och hnRNP K (en p53-kofaktor), vilket innebär att p21 spelar en viktig roll för att reglera cancercellens öde efter p53-reaktivering (Figur 2).

Figur 2

Strategier för p53-stabilisering och reaktivering av mutant p53.

2.4. p53 Hämning för cancerterapi

Hämningen av p53 kan skydda normala celler under genotoxisk kemoterapi eller strålbehandling. Biverkningarna av genotoxisk behandling för cancer orsakas till stor del av p53-medierad apoptos. Den lilla molekylen pifitrin-alfa kan blockera p53-beroende transkriptionsaktivitet och skydda möss från de dödliga biverkningarna associerade med cancerbehandling. Om vi kan undvika dosbegränsande genotoxisk stress till normala celler under kemoterapi eller strålbehandling mot cancer, kommer det således att möjliggöra en högre dos för patienter som inte är tillräckligt lyhörda för konventionell kemoterapi.

2.5. p53 Genterapi

Den första p53-baserade genterapin rapporterades 1996. En retroviral vektor innehållande vildtyp-p53-genen under kontroll av en aktinpromotor injicerades direkt i tumörer hos icke-småcellspatienter . Efter utveckling av ett replikationsdefekt rekombinant p53-virus (Ad5CMV-p53) har många kliniska prövningar utförts, inklusive en hos patienter med matstrupscancer. Några försök nådde fas III, men slutgiltigt godkännande från FDA har ännu inte beviljats. Nyligen har p53-baserad genterapi utvecklats i Kina.

2.6. p53-baserad immunterapi

Tumörassocierade antigenspecifika cytotoxiska T-lymfocyter kan förmedla immunsvar hos värden mot cancer in vivo. P53-protein, särskilt riktat mot missense-mutation av p53, kan vara kandidat för tumörantigen. Vissa cancerpatienter har antikroppar mot p53, frekvensen och den kliniska betydelsen är fortfarande under debatt.

Speetjens et al. rapporterade kliniska prövningar av ett p53-specifikt syntetiskt långt peptid (p53-SLP) vaccin för metastaserande kolorektal cancerpatienter. Tio patienter vaccinerades med p53-SLP i en fas I- och fas II-studie. Toxicitet var acceptabel och p53-specifikt immunsvar detekterades hos 9 av 10 patienter. P53-specifik T-cellreaktivitet kvarstod mer än 6 månader hos 6 av 9 patienter. Även om studien var fas I / II kan den kliniska nyttan vara svår att uppnå eftersom de flesta patienter hade T-hjälpceller som saknade nyckelcytokiner. Preklinisk fas I / II-studie av INGN-225 (Introgen), ett p53-modifierat adenovirusinducerat dendritcellvaccin för patienter med småcellig lungcancer (SCLC), har rapporterats. INGN-225 tolererades väl och inducerade p53-specifikt immunsvar hos 18/43 (41,8%) patienter och sensibiliserade SCLC för efterföljande kemoterapi.

3. Slutsats

I denna uppsats fokuserade vi på funktionerna hos p53 och kliniska tillämpningar riktade mot p53 för cancerterapi. Trots de senaste framstegen inom forskningen om p53s cytoplasmatiska funktion verkar det dock som om olika roller återstår att klargöra förutom dess funktion som en kärnfaktor. p53 har rapporterats inducera apoptos oberoende av dess transkription av gener redan 1994. Överraskande kan aktiverad p53 inducera apoptos i cytoplasman genom en baxberoende mekanism.

Dessa rapporter indikerar att cytoplasmatisk p53 kan aktivera ett transkriptionsoberoende apoptotiskt program. Nästa generation av p53-baserade cancerterapeutiska metoder bör därför utvecklas för att dra nytta av denna cytosoliska funktion. Detta kan vara säkrare än att reglera transkriptionsmoduleringen av vildtyp p53, vilket kan inducera både prosurvival- och proapoptotiska effekter i tumörceller, såsom diskuterats ovan.

Nya rapporter har visat att p53 reglerar processen för själv- förnyelse av neurala stamceller och hematopoetiska stamceller. Cancerstammodellen insisterar på att tumörer upprätthålls av en liten population av cancerstamceller som kan dela sig både symmetriskt och asymmetriskt. Förlust av p53 främjar akut myeloid leukemi genom avvikande självförnyelse.

Mammastamceller med den riktade mutationen av p53 har rapporterats visa samma egenskaper som cancerstamceller. Reaktiveringen av p53 återställde den asymmetriska celldelningen av cancerstamceller och inducerade tumörtillväxthämning. Som ett resultat kan därför ytterligare undersökning av sambandet mellan p53-funktionen och cancerstamceller vara ett av de viktigaste forskningsområdena för att avslöja nya paradigmer inom cancerterapi.