P53

right|pienoiskuva|Ihmisen p53-proteiini kiinnittyneenä DNA:han p53 on proteiini, joka säätelee solusykliä, DNA:n korjausta ja apoptoosia (ohjelmoitua solukuolemaa). Sillä on keskeinen rooli syöpäkasvainten synnyn ehkäisyssä. Ihmisellä p53-proteiinia koodaa kromosomissa 17 sijaitseva TP53-geeni. Kyseisen geenin toiminnan menetys -mutaatioita (jotka johtavat toimimattoman p53-proteiinin muodostumiseen) esiintyy jopa yli puolessa kaikista syövistä, ja se onkin kaikista yleisimmin mutatoitunut geeni ihmisen syövissä. TP53 on ihmisellä keskeinen kasvunrajoitegeeni.

Historia ja nimeäminen p53 löydettiin vuonna 1979. Sitä pidettiin alun perin syöpää edistävänä proteiinina, kunnes vuonna 1989 todettiin sen villityypin (mutatoitumaton, normaalisti toimiva muoto) estävän syövän kehittymistä. p53 nimettiin sen molekyylimassan (53 kDa) mukaan. Myöhemmin kuitenkin selvisi, että p53:n runsaat proliinitähteet aiheuttivat virhettä käytetyssä mittausmenetelmässä (SDS-PAGE). p53:n todellinen molekyylimassa on 43,7 kDa.

Science-lehti valitsi p53:n vuoden molekyyliksi vuonna 1993.

Muilla eliöillä p53-perheeseen kuuluva geeni on todettu eräillä yksisoluisilla aitotumallisilla eliöillä (esimerkiksi Monosiga brevicollis). Näillä eliöillä syövän riski on hyvin pieni, joten geenin rooli on luultavasti alun perin ollut genomin vakauttaminen eikä syövän ehkäisy. Varsinainen p53 ilmeni jo varhaisilla selkärankaisilla ja on siitä lähtien säilynyt evoluutiossa.

Rakenne p53 koostuu 393 aminohaposta, ja siinä on viisi toiminnallista domeenia: Transkriptiota aktivoiva domeeni N-päässä (engl. transactivation domain, TAD) Proliinia runsaasti sisältävä domeeni (engl. proline-rich domain, PRD) Keskeinen DNA:ta sitova domeeni (engl. central DNA-binding domain, DBD) Proteiinin tetramerisaatiosta vastaava domeeni (engl. tetramerization domain, TD) C-pään säätelevä domeeni (engl. C-terminal regulatory domain, CRD) Mikäli soluun ei kohdistu erityistä stressiä, p53 esiintyy monomeerina (yksittäin), dimeerina (kaksi molekyyliä toisiinsa liittyneenä) tai tetrameerina (neljä molekyyliä toisiinsa liittyneenä). Kun soluun kohdistuu stressiä, p53 aktivoituu ja muodostaa tetrameereja.

Mutaatiot Suurin osa TP53:n mutaatiosta on missense-mutaatioita (aminohappo vaihtuu toiseksi). Tällöin p53:n sitoutuminen DNA:han voi heikentyä tai koko proteiinin rakenne muuttua siten, että transkriptiotekijänä toimiminen estyy. Myös nonsense-mutaatioita (aminohappoa koodaava kodoni muuttuu lopetuskodoniksi, ja proteiinisynteesi päättyy ennenaikaisesti) esiintyy.

Toiminnallisesti mutaatioiden vaikutukset p53:n toimintaan voidaan jakaa kolmeen kategoriaan. Käytännössä näitä on kuitenkin vaikea täysin erottaa toisistaan, vaan kaikkia vaikutuksia voi esiintyä samanaikaisesti.

Toiminnan menetys -mutaatiot: p53 menettää villityypin toimintoja. Vallitseva negatiivinen vaikutus (engl. dominant negative effect, DNE): mutatoitunut p53 häiritsee jäljellä olevan villityypin toimintaa. Toiminnan saaminen -mutaatiot (engl. gain of function mutation, GOF): p53 saa syövän kasvua edistäviä toimintoja.

Sairaudet ja hoidot Li-Fraumenin oireyhtymässä toinen TP53-alleeli on mutatoitunut itusolulinjassa. Oireyhtymä lisää useiden syöpien riskiä merkittävästi: 50 % sairastuu syöpään alle 30–40-vuotiaana ja elinikäinen syöpäriski on 70–90 %. Suurin osa tapauksista on perinnöllisiä, mutta uusien (de novo) mutaatioiden osuus on 7–20 %.

Koska p53:lla on keskeinen rooli syövän synnyn ehkäisyssä, siitä on yritetty kehittää myös vastausta syöpään. In vitro on onnistuttu saamaan syöpäsolut käynnistämään apoptoosi tai lakkaamaan lisääntymästä, kun niihin lisätty p53:a. On myös löydetty molekyylejä, jotka in vitro voivat palauttaa p53-proteiinin aktiiviseen muotoon. Vastaavaa vaikutusta ei ole vielä havaittu in vivo.

TP53:lla on polymorfismia kodonissa 72 (koodaa joko proliinia tai arginiinia). Näistä Arg72-polymorfismi on alttiimpi korkean riskin papilloomavirusten muodostaman E6-proteiinin p53:a hajottavalle vaikutukselle. Arg72-polymorfismiin liittyy korkeampi kohdunkaulan syövän riski kuin Pro72-polymorfismiin.

Toiminta Normaalisti (mikäli soluun ei kohdistu erityistä stressiä) p53:n pitoisuus soluissa on hyvin matala. Tämä johtuu entsyymistä nimeltä MDM2, joka liittää p53:een ubikitiinia. Tämä johtaa p53:n hajotukseen proteasomeissa. Monissa solun stressitiloissa MDM2:n toiminta estyy ja p53 pääsee aktivoitumaan. Laukaisevia tekijöitä voivat olla:

DNA-vaurio Syöpägeenin aktivaatio Ribosomien stressi Telomeerien kuluminen Ravinteiden puute Hapen puute

p53:n toiminta perustuu sen kykyyn tunnistaa vaurioitunutta DNA:ta, ja se voi vastata tilanteeseen useilla tavoilla: Se aktivoi DNA:ta korjaavan GADD45-proteiinin Se aktivoi p21-proteiinin, joka estää solua siirtymästä solusyklin G1-vaiheesta S-vaiheeseen ja estää siten solun lisääntymisen. Jos solu on jo siirtynyt S-vaiheeseen, p53 käynnistää apoptoosin eli solun itsetuhon.

Transkription aktivointi p53 toimii transkriptiotekijänä, joka säätelee suoraan yli 300:n ja epäsuorasti jopa tuhansien geenin luentaa. Se tunnistaa kaksi 10 emäsparin palindromista DNA-sekvenssiä ja N-pään domeeni vuorovaikuttaa transkriptioihin yleisesti osallistuvan TBP-proteiinin kanssa. Toimiakseen transkriptiofaktorina p53 tarvitsee koaktivaattori p300/CBP:n, joka kiinnittyy proteiinin N-päähän.

Säätely Tärkeä p53:n aktiivisuuden säätelijä on Mdm2-proteiini, joka inhiboi p53:a ja altistaa sen hajottamiselle. p53 taas aktivoi Mdm2:n transkriptiota, mikä muodostaa takaisinkytkentäsilmukan, joka pitää p53:n konsentraation vakaana. Normaalisti p53:n puoliintumisaika onkin vain 20 minuuttia, mutta kiinnittyminen vaurioituneeseen DNA:han stabiloi sen. Mdm2:n säätelyn edellytyksenä on p300/CBP:n kiinnittyminen p53:een.

Karsinogeeniset ympäristötekijät aktivoivat p53:a eri reaktioteiden kautta joko fosforyloimalla proteiinin seriini-tähteitä tai asetyloimalla lysiini-tähteitä. Fosforylointi on asetylointia tyypillisempää.

Vaurioituneen DNA:n tunnistaminen Proteiinin C-pää tunnistaa lyhyitä, alle 40 emäksen yksijuosteisia DNA-jaksoja ja virheellisiä emäspareja. Vaurioituneen DNA:n tunnistaminen aiheuttaa p53:ssa konformationaalisen muutoksen, jonka jälkeen se irtoaa vaurioituneesta DNA:sta ja kiinnittyy kohde-DNA:han, jonka se aktivoi (ks. transkription aktivointi).

Geenin sijainti Ihmisen TP53-geeni sijaitsee kromosomissa 17 (tarkemmin 17p13.1).

Sen sijainti on paikallistettu myös muissa eläimissä: Hiiri: kromosomi 11 Rotta: kromosomi 10 Koira: kromosomi 5 Sika: kromosomi 12

Lähteet

Luokka:Proteiinit Luokka:Geenit