Белок р53 - регулятор апоптоза и пролиферации клеток



Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

р53 является одним из наиболее популярным объектом исследований среди ученых. За последние 40 лет с момента его открытия было написано более 100 тысяч научных работ и их число продолжает неуклонно расти. Повышенный интерес к данному белку среди врачей обусловлен участием р53 в развитии злокачественных новообразований – социально значимой группе заболеваний XXI века. р53 является супрессором опухолевого роста. В норме при воздействии повреждающих факторов этот белок способствует репарации ДНК или апоптозу, в зависимости от повреждения, что в свою очередь препятствует накоплению клеток с мутантной ДНК. Когда р53 мутирует, он теряет свою функцию, а это приводит к аномальной пролиферации клеток и прогрессированию опухоли. Однако, только участием в канцерогенезе роль р53 не ограничивается. Другой, не менее важной и интересной функцией является участие данного белка в регуляции деятельности центральной нервной системы, однако его роль неоднозначная. С одной стороны р53 участвует в эмбриогенезе нервной ткани и способствует дифференцировке нейральных стволовых клеток, с другой стороны р53 может оказывать и повреждающее действие на нейроны. В обзоре литературе представлены современные данные о структуре и функции главного регулятора генома человека белке р53 и его гомологах р63 и р73. Рассмотрено участие данных белков в запрограммированной клеточной гибели и в канцерогенезе. Отдельное внимание уделено роли белков семейства р 53 в функционировании клеток центральной нервной системы и нейропротекции.

 

Полный текст

p53 является наиболее важным регулятором клеточного цикла. Впервые данный белок был описан в 1979 году, как компонент комплекса с большим Т-антигеном полиомавируса SV40 (вирус обезьян №40) [1]. В конце 20 века были открыты наиболее значимые функции р53: регуляция клеточного цикла, запуск апоптоза, влияние на метаболизм и фертильность. Установлена значимая роль данного белка в канцерогенезе [2], однако, многое еще до сих пор полностью остается неясным. Например, участие в развитии аутоиммунных, аутовоспалительных и ряде других соматических заболеваний [3]. Нередко p53 называют «стражем генома», и этот синоним абсолютно оправдан, так как данный белок защищает организм от бесконтрольной пролиферации мутантных клеток путем регуляции апоптоза и, как следствие, снижает риск развития онкологических заболеваний [4, 5]. Также р53 принимает участие в нейропротекции, регулируя транскрипцию группы генов, участвующих в синаптической функции нейронов.

С каждым годом продолжительность жизни только растет, следовательно, перед современной медициной стоит вопрос как продлить активное долголетие. Важной составляющей высокого качества жизни является ментальное здоровье, что поддерживается благодаря адекватному функционированию нейронов ЦНС. Поэтому необходимо понимать возможные механизмы старения и гибели нейронов, а также возможные механизмы предотвращения данного процесса [6, 7].

 

СТруктура и функции р53

Белок р53 является продуктом гена ТР53 (от английского tumor protein 53). Данный ген состоит из 393 аминокислотных остатков. У человека TP53 содержит 11 экзонов и локализован на коротком плече 17 хромосомы (17р13.1) [8].

Название белка отражает его примерную молекулярную массу – 53 кДа, определенную методом электрофореза белков в полиакриламидном геле. Экспрессия и структура р53 относительно постоянны и консервативны у млекопитающих и других организмов [1].

Полипептидная цепь р53 состоит из пяти доменов: N-концевого трансактивационного, ДНК-связывающего, олигомеризационного, С-концевого регуляторного и домена, богатого пролином [9].

 

 

 

Рис. 1 Схема строения р 53 (NLS – последовательность ядерной локализации)

Fig. 1 Scheme of p 53 structure (NLS – nuclear localization sequence)

р53 может подвергаться посттрансляционным изменениям, приобретая при этом различные конформационные состояния и, как следствие, проявлять различные свойства [10].

При нормальных условиях белок р53 находится в клетке в латентной форме и обладает слабой транскрипционной активностью. Различные стрессовые воздействия и внутриклеточные повреждения, главным образом, повреждения ДНК способствуют переходу белка в «стрессовую» конформацию [11]. Такая форма р53 более стабильна и в значительно большем количестве содержится в клетке. Классическими результатами активации р53 являются ингибирование клеточного цикла, старение, репарация ДНК и апоптоз [12].

В здоровых клетках уровни р53 поддерживаются на низком уровне, что крайне важно для поддержания жизнедеятельности нормальных клеток организма. Это происходит в основном благодаря первичному отрицательному регулятору-белку mdm2 (mouse double minute 2). mdm2 является основной убиквитинлигазой (E3) для p53, регулируя его стабильность путем непосредственной сборки полиубиквитиновых цепей на p53 и, таким образом, направляя его на протеасомную деградацию [13].

Существуют различные механизмы, с помощью которых mdm2 может блокировать активность p53. С одной стороны, mdm2 стимулирует деградацию p53, способствуя перемещению p53 из ядра в цитоплазму и катализируя его убиквитинирование и, как следствие, протеосомальную деградацию. С другой стороны, mdm2 блокирует активность интактного p53, ингибируя трансактивационный домен p53 [14].

Мыши с нулевым mdm2 демонстрируют раннюю эмбриональную летальность, что указывает на важную роль нормальной активности p53 во время нормального эмбрионального развития [15].

Активность mdm2 регулируется путем активации киназ, таких как atm, atr и их субстратов chk2 и chk1, индуцированных повреждением ДНК, что приводит к фосфорилированию mdm2 и, как следствие, к ингибированию взаимодействия mdm2 c p53 [16].

Гомологи р53

В семейство белков р53, помимо самого р53, так же входят его гомологи: р63 и р73. р63 был впервые описан в 1998 году [17]. Белок кодируется соответствующим геном ТР63, расположенным на 3q27. р73 впервые был клонирован в 1997 году. За синтез данного белка отвечает ген, расположенный в локусе 1р36 [18].

Все три члена семейства p53 очень похожи и имеют высокую гомологию как на геномном, так и на белковом уровнях. Каждый из них содержит N-концевой трансактивационный домен (TAD), центральный ДНК-связывающий домен (DBD), с помощью которого они регулируют как общие, так и различные транскрипционные мишени, и домен олигомеризации (OD) [19, 20].

Несмотря на то, что р63 и р73 имеют многие схожие функции с р53 в плане регуляции онкогенеза, при отсутствии стресса наиболее важной ролью этих членов семейства р53 является регуляция дифференцировки и развития клеток. Действительно, и p63, и p73 проявляют различные и уникальные биологические функции. р63 играет важную роль в развитии и дифференцировке клеток плоского эпителия и его производных, а р73 играет критическую роль в дифференцировке нейронов и развития нервной системы и системы органов чувств [21, 22]. Это подтверждается тем, что у мышей с дефицитом p63 происходят тяжелые патологии развития конечностей, отсутствие кожи, волос, зубов, молочных желез, слезных и слюнных желез, а при дефиците р73 возникают сложные дефекты развития нейронов [23].

Апоптоз

Апоптоз — это форма запрограммированной гибели поврежденных клеток, которая приводит ких упорядоченному и эффективному удалению [24].

Термин «апоптоз» происходит от греческих слов «απο» и «πτωσιζ», означающих «опадение», и относится к опадению листьев с деревьев осенью. В отличие от синонимичного ему некроза, апоптозом обозначается процесс, когда клетка под действием определенных сигналов «выбирает путь» к самоуничтожению [25].

Гипотеза о том, что р53 может индуцировать апоптоз, была подтверждена экспериментами, в которых р53 дикого типа принудительно экспрессировался в клетках эритробластного лейкоза, клеточной линии рака толстой кишки и клеточной линии лимфомы Беркитта [26].

Механизм апоптоза сложен и включает в себя множество сигнальных путей. Данный процесс может быть запущен в клетке через каспазопосредованные внешние или внутренние пути. Оба пути взаимосвязаны и приводят к активации эффекторных апоптотических каспаз, что способствует морфологическим и биохимическим клеточным изменениям, характерным для апоптоза [27].

Внешний апоптотический путь (зависимый от рецептора смерти) инициируется взаимодействием рецепторов смерти (TNF-R) с соответствующими лигандами семейства TNF белка [28]. Далее происходит взаимодействие с соответствующими внутриклеточными адаптерами: FADD (Fas-associated DD-protein) или TRADD (TNFR1-associated DD-protein) и прокаспазой-8/10, что в свою очередь приводит к образованию так называемого сигнального комплекса, индуцирующего смерть (DISC). DISC увеличивают активацию эффекторных каспаз и способствуют разрушению основным клеточных структур [29].

 

 

Рис. 2. Внешний (TNF-зависимый) путь апоптоза.

Fig. 2 Extrinsic (TNF-dependent) apoptotic pathway

Внутренний апоптотический или митохондриальный путь опосредован внутриклеточными сигналами в ответ на различные стрессовые условия, такие как гипоксия, окислительный стресс, серьезные генетические нарушения [30].

Ключевым моментом митохондриального пути апоптоза является повышение проницаемости наружной мембраны митохондриии (MOMP – mitochondrial membrane outer permeability), что приводит к выходу в цитозоль белков, которые обычно находятся в межмембранном пространстве. Эти белки включают так называемые апоптогенные факторы, такие как цитохром С, который играет решающую роль в активации митохондриально-зависимой гибели в цитозоле [31].

Цитохром С связывается с цитозольным фактором активации протеазы апоптоза-1 (Apaf-1) и вызывает образование комплекса, называемого апоптосомой, активируя прокаспазу-9. Далее происходит активация нижестоящих эффекторных каспаз-3, 6 и 7, которые приводят к расщеплению клеточных субстратов, что приводит к апоптотической гибели клеток [32].

 

Рис. 3. Митохондриальный (внутренний) путь апоптоза.

Fig. 3 Mitochondrial (intrinsic) apoptotic pathway..

Помимо внутреннего и внешнего пути активации апоптоза существует дополнительный путь, который включает Т-клеточную опосредованную цитотоксичность и перфорин-гранзим зависимую гибель клетки. Путь перфорин/гранзим индуцирует апоптоз или через гранзим В, или через гранзим А. Внешний, внутренний и гранзимный пути B сходятся на одной и той же точке выполнения. Данный путь инициируется расщеплением каспазы-3 и приводит к фрагментации ДНК, деградации цитоскелетных и ядерных белков, сшиванию белков, образованию апоптотических тел, экспрессии лигандов для рецепторов фагоцитарных клеток и, наконец, к поглощению фагоцитарными клетками. Путь гранзима А активирует параллельный, независимый от каспазы путь гибели клеток через повреждение одноцепочечной ДНК [33].

Контроль и регуляция митохондриального пути апоптоза происходит через членов семейства белков bcl-2 [34].

В 2003 году был открыт ген Puma, продукт данного гена принадлежит к подгруппе BH3-Only семейства белков bcl-2.28 [35]. Он является одним из главных регуляторов активности белка р53, наряду с mdm 2 и важным медиатором p53-зависимого и независимого апоптоза. При нормальных условиях, puma экспрессируется на низком уровне, но как только организм подвергается стрессу, его экспрессия резко возрастает. Свое основное действие puma оказывает в митоходриях, где может образовывать комплексы c членами семейства bcl2, устраняя эффекты, вызванные антиапоптотическими факторами, путем образования комплекса, ингибирующего взаимодействие с проапоптотическим белками [36].

Noxa также участвует в реализации p53-индуцированного апоптоза. Данный белок локализуется в митохондриях и взаимодействует с антиапоптотическими членами семейства bcl-2, что приводит к активации каспазы-9 [37].

Апоптоз крайне важен в нормальной физиологии человека, по значимости он стоит в одном ряду с митозом. Апоптоз играет критическую роль в развитии нервной системы, заживлении ран, функционировании иммунной системы, процессах старения. Одна из теорий заключается в том, что окислительный стресс играет основную роль в патофизиологии возрастного апоптоза посредством накопленного повреждения митохондриальной ДНК свободными радикалами [38].

Все вышеперечисленные механизмы контролируются белком р53 и при нарушении его адекватного функционирования, в ряде случаев можно столкнуться с нарушениями апоптоза. Некоторые состояния характеризуются недостаточным апоптозом, тогда при других нозологиях возникает избыточный апоптоз [39].

Главным примером недостаточного апоптоза являются онкологические заболевания. В данной ситуации, нарушение контроля клеточного цикла приводит к бесконтрольной пролиферации клеток и накоплению мутаций, что в свою очередь приводит к персистированию опухолевого клона. Данный механизм играет ключевую роль в развитии ряда опухолей [40].

Избыточный апоптоз также является патологическим состоянием, который сопровождается усиленной гибелью клеток. Чрезмерная апоптотическая активность может нарушить функционирование многих тканей с ограниченным регенеративным потенциалом [41].

Канцерогенез

С момента открытия р53 в 1979 г. были проведены обширные исследования, которые установили ключевую роль данного белка в подавлении опухолевого роста [42]. Как было сказано выше, основная функция p53 состоит в предотвращении накопления изменений ДНК, которые могут привести к возникновению рака, путем остановки клеточного цикла, репарации ДНК или, если повреждение значительное, путем апоптоза [43].

Помимо влияния на клеточный цикл и апоптоз, р53 способен воздействовать на метаболизм опухолевых клеток, нарушая его [44].

Известно, что в белок р53 регулирует гликолиз, пентозофосфатный путь, митохондриальное окислительное фосфорилирование, метаболизм липидов и нуклеотидов и, что важно, реакцию клеток на окислительный стресс [45]. В отличие от большинства клеток, которые зависят от окислительного фосфорилирования для обеспечения энергии, опухолевые клетки в основном используют гликолиз даже при наличии достаточной оксигенации. Это явление (гликолиз в аэробных условиях) называется эффектом Варбурга [46]. Дикий тип р53 усиливает окислительное фосфорилирование и подавляет гликолиз. Кроме того, р53 блокирует внутриклеточное поглощение глюкозы, ингибируя экспрессию GLUT1 и GLUT4 (переносчик глюкозы), а также снижает активность фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G6PD), который играет важную роль в инициировании PPP, который является альтернативным путем гликолиза и часто используется опухолевыми клетками [47]. Мутантный р53, наоборот, стимулирует гликолиз, действуя различными способами. Прежде всего, он активирует GLUT1 и GLUT 4, способствуя быстрому поглощению глюкозы опухолевыми клетками [48].

Опухолевые клетки нуждаются в синтезе жирных кислот (ЖК) с целью быстрого производства клеточных мембран и внутриклеточной передачи сиг налов. Сообщалось, что дикий тип P53 стимулирует β-окисление ЖК в митохондриях и останавливает биосинтез ЖК, тем самым блокируя образование новой фосфорно-липидной мембраны для поддержки быстрого роста и деления опухолевых клеток [49].

В отличие от других генов, вовлеченных в процесс развития опухолей, большинство изменений в гене TP53, обнаруженных в раковых клетках, являются точечными мутациями в ДНК-связывающем домене [50].

Помимо потери функций онкосупрессора wild-type (дикого типа), некоторые мутантные формы р53(mutр53) могут приобретать новые онкогенные свойства по типу усиления функции (gain-of-function) [51]. Это означает, что mutp53 может способствовать инвазии опухоли, метастазированию, химиорезистентности и воспалению. Например, сообщалось, что mutp53 может изменять секретом раковых клеток и, следовательно, модулировать характеристики микроокружения опухоли.

Активность GOF mutp53 была впервые продемонстрирована в 1993 году, когда Dittmer et al. (1993) сообщили, что эктопическая экспрессия R175H или R273H mutp53 наделяет p53-нулевые клетки повышенным ростом колоний на мягком агаре и способностью образовывать опухоли ксенотрансплантата у мышей [52].

Тонкий баланс между выживанием и гибелью клеток жизненно важен для роста и развития организма.

Роль р53 в функционировании нервной системы

В исследованиях на мышах было показано, что р53 образуется повсеместно в ткани головного мозга на ранних этапах эмбриогенеза [53]. К середине пренатального развития, по мере дифференцировки клеток нервной системы, экспрессия р53 становится менее однородной. В большом количестве экспрессия р53 наблюдается в нейроэпителиальной ткани желудочков головного мозга, мозжечке и среднем мозге и снижается в области корковой пластинки головного мозга. [54]

Первоначально у гомозиготных р53-/- мышей не было обнаружено каких-либо нарушений в эмбриогенезе, однако позже было выяснено, что около 8–23% мышей с нулевым уровнем p53 демонстрировали экзэнцефалию, нарушение закрытия нервной трубки в области среднего мозга с последующим разрастанием нервной ткани наружу за счет выворота нервной пластинки. Эти наблюдения показывают, что р53 и его гомологи: р63 и р73 играют важную роль закрытии нервной трубки, миграции и дифференцировки клеток нервной системы. [55].

Важную роль в развитии и функционировании головного мозга играют нейральные стволовые клетки (NSC). В зубчатой извилине гиппокампа взрослых млекопитающих непрерывно рождаются новые нейроны [56]. В возрасте 2 месяцев зубчатая извилина взрослых мышей производит в среднем примерно один новый нейрон гранулярных клеток на 1700 существующих нейрональных гранулярных клеток в день [57].

Данные 2013 года показали, что p53 играет важную роль в регуляции дифференцировки NSC. В исследовании мозга p53-/- мышей Liu H. et al. показали гораздо более высокие уровни маркеров нейронов Tuj1, MAP2 и NeuN, но более низкие уровни маркеров астроцитов GFAP, чем у мышей дикого типа, это в свою очередь позволяет предположить, что дефицит р53 способствует дифференцировке нейронов, но ингибирует дифференцировку астроцитов на данной стадии развития [58]. Кроме того, в клетках p53-/- усиливалась как ГАМК-ергическая, так и глутамат-ергическая дифференцировка [59].

Таким образом, прямая инактивация р53 большим Т-антигеном SV40 или генетическая абляция р53 в плюрипотентных стволовых клетках обеспечивает нейронную дифференцировку, в то время как активация р53 ингибирует нервную дифференцировку [60].

Другие исследования демонстрируют, что р53 может способствовать дифференцировке нейронов. Гиперэкспрессия p53 дикого типа усиливает опосредованную фактором роста нервной ткани (NGF) дифференцировку нейронов в клетках PC12(клетки нейрональной линии) [61]. Также предполагают, что p53 напрямую взаимодействует с рецептором TrkA (нейротрофной рецепторной тирозинкиназой) и активирует его, стимулируя ERK-зависимую дифференцировку нейронов [62]. Используя нервные стволовые клетки человека, было продемонстрировано, что дефицит р53 приводит к замедлению пролиферации NSC, вследствие увеличения длительности фазы G2 [63].

Хорошо известно, что болезни нервной системы оказывают значимое влияние на качество и продолжительность жизни населения. Ряд исследований показали, что р53 способствует усилению апоптотического повреждения нейронов у пациентов с церебральной ишемией. Р53-опосредованный апоптоз является распространенным механизмом гибели клеток, который может быть вызван окислительным стрессом или повреждением ДНК. Он активируется в области ишемии головного мозга и способствует апоптозу нейронов. Дефицит р53 или применение его ингибиторов может значительно уменьшить повреждение головного мозга [64].

P53-опосредованный апоптоз нервных клеток происходит при участии сигнального пути Notch1. В развивающемся мозге сигналы Notch участвуют в сохранении нервных клеток-предшественников в стабильном состоянии, частично за счет ингибирования нейрогенеза. Также Notch может ингибировать рост В-клеток, прерывать клеточный цикл и индуцировать апоптоз. Активная форма Notch1 может повышать уровень ядерного P53, способствуя транскрипции генов апоптоза [17].

Zhao J et al. в своем исследовании показали, что p53 усугубляет ишемическое повреждение головного мозга, ингибируя путь mTOR (mamallarian target of rapamicin) как in vitro, так и in vivo [65]. При внутримозговом кровоизлиянии повреждение нейронов происходит чаще всвего путем ферроптоза [66].

Ферроптоз, термин, впервые использованный в 2012 году, представляет собой особый тип регулируемой клеточной гибели [61]. Ферроптоз вызывается повышением уровней железозависимых токсичных липидных активных форм кислорода, особенно когда окисление мембранных полиненасыщенных жирных кислот не может осуществляться из-за инактивации липидгидропероксида глутатиона пероксидазы 4 [67].

В 2012 году Jiang L et al. впервые показали связь р53 с регуляцией ферроптоза [68]. Однако, он имеет двоякую роль. p53 может усиливать ферроптоз за счет ингибирования экспрессии SLC7A11 или стимулирования экспрессии SAT1 и GLS2 и подавлять ферроптоз посредством ингибирования активности DPP4 или индукции экспрессии CDKN1A/p21 [69].

Хорошо известно, что р53 вовлечен в нейродегенерацию. Нейродегенеративные заболевания характеризуются прогрессирующей потерей количества, и снижением функции нейронов в головном или спинном мозге. Наиболее распространенными нейродегенеративными расстройствами являются амилоидозы, тауопатии и протеинопатии ДНК-связывающего белка 43 (TDP-43) [71].

Значительное повышение уровня и активности р53 было обнаружено в гистологическом исследовании ткани ЦНС пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз и болезнь Хантингтона [70].

Известно, что гиппокамп отвечает за функции памяти, обучения и пространственной информации [72]. Было проведено большое количество исследований, показавших взаимосвязь гиппокампа с болезнью Альцгеймера. Small et al., показали, что у пациентов с болезнью Альцгеймера наблюдаются нарушения памяти эмоциональных событий, что видно по взаимосвязи миндалевидного тела с гиппокампом, при этом в миндалевидном теле наблюдаются повреждения, характерные для атрофии, бляшек и клубков [73, 74].

В 2019 году Li et al. обнаружили, что у мышей с высоким содержанием железа в рационе наблюдается потеря нейронов в результате апоптоза, аутофагии и ферроптоза, что приводит к развитию болезни Альцгеймера [75]. Железо ускоряет агрегацию и патогенность аберрантных белков, связанных с болезнью Альцгеймера, таких как β-амилоид, тау-белок и α-синуклеин [76]. Как было описано выше, процессы ферроптоза в основном регулируются белком р53.

Однако, повреждающее действие р53 на нейроны в контексте нейродегенеративных заболеваний носит не такое однозначное значение. С одной стороны, р53 может активировать транскрипцию определенных генов, которые стимулируют апоптоз. С другой стороны, р53 может оказывать и нейропротекторное действие.

Merlo P et al. в своей работе показали, что р53 является нейропротектором в модели таупатии in vivo. Они исследовали модель таупатии мухи-дрозофилы, основанную на экспрессии человеческого тау-белка, несущего мутацию R406W, которая обнаруживается у пациентов с семейной формой таупатии – лобно-височной деменции с паркинсонизмом, связанной с хромосомой 17. Удаление р53 у тау-трансгенных мух значительно увеличивало реактивацию клеточного цикла, что измерялось по реэкспрессии пролиферирующего клеточного ядерного антигена (PCNA) в нейронах. Чтобы определить дополнительное влияние дефицита р53 на функционирование центральной нервной системы, была проведена оценка локомоторной функции. Было обнаружено, что дефект опорно-двигательного аппарата, присутствующий у тау-трансгенных мух, по данным измерения скорости ходьбы, значительно ухудшался при удалении р53. Важно отметить, что удаление р53 не повлияло на экспрессию тау-белка. Вместе эти результаты подтверждают нейропротекторную роль р53 в модели таупатии [77].

Необходимо отметить, что морфофункциональные изменения нейронов могут возникать после черепно-мозговой травмой или моделирования хирургических вмешательств в области головы и шеи [78, 79]. Kastyro I.V. et al. в своем исследовании показали, что проведение септопластики у лабораторных крыс приводит к увеличению количества р53- позитивных нейронов в области гиппокампа, и как следствие, запуску процессов апоптоза в нервных клетках [80]. 

Действительное, хорошо известно, что стрессорные воздействия различного генеза, могут приводить к нарушению функционального состояния нейронов, что впоследствии приводит к их морфофункциональным изменениям [7, 81]. Наиболее чувствительной зоной головного мозга к негативному воздействию стресса является гиппокамп [82].

Нейроны, которые подверглись стрессорному воздействию, как было сказано выше, имеют характерные морфологические изменения, к ним относятся базофильная реакция при окрашивании, сморщивание ядра и сегментирование хроматина, усыхание цитоплазмы. Такие нейроны даже получили специальное название – «темные» [83]. Однако, имеются данные, показывающие, что «темные нейроны» могут восстанавливать свое нормальное морфофункциональное состояние при определенных условиях [84]. Высказывается предположение, что в темных нейронах может экспрессироваться и белок p53 [85].

 

Заключение

Белок р53 является уникальной молекулой. За 44 года с момента первого его описания в литературе было выяснено, что р53 участвует в патогенезе большого количества соматических заболеваний. Наиболее весомое значение, несомненно, данному белку отводится в развитии онкологических заболеваний, так как р53 является главным регулятором апоптоза – процесса запрограммированной клеточной гибели. Ген ТР53 является наиболее часто мутирующим геном в онкогенезе. Помимо регуляции запрограммированной клеточной гибели, р53 воздействует на опухолевые клетки и путем регуляции их метаболизма, в частности таких процессов, как гликолиз, обмен липидов и нуклеотидов.  Однако, только участием в развитии онкологических заболеваний функция данного белка не ограничивается.

Другой, не менее значимой функцией р53, является участие в функционировании клеток ЦНС. В экспериментах на мышах было показано, что во внутриутробном периоде белок отвечает за развитие различных структур головного мозга, а в постнатальном периоде р53 регулирует дифференцировку NSC. При участии сигнального пути Notch1 происходит р53-зависимый апоптоз нейронов в зоне ишемии головного мозга. Также известно, что р53 принимает участие в ферроптозе. Таким образом, можно сказать, что р53 является важным регулятором развития и функционирования нервной ткани. 

×

Список литературы

  1. Lane D.P., Crawford L.V. // Nature. 1979. V. 278. № 5701. P. 261-263.
  2. Hassin O, Oren M. Drugging p53 in cancer: one protein, many targets. Nat Rev Drug Discov. 2023 Feb;22(2):127-144. doi: 10.1038/s41573-022-00571
  3. Zierhut C. p53 and Innate Immune Signaling in Development and Cancer: Insights from a Hematologic Model of Genome Instability. Cancer Res. 2023 Sep 1;83(17):2807-2808. doi: 10.1158/0008-5472.
  4. Firestein G.S., Echeverri F., Yeo M. et al. Somatic mutations in the p53 tumor suppressor gene in rheumatoid arthritis synovium. Proc Natl Acad Sci USA 1997; 94:10895-900.
  5. Yamanishi Y., Boyle D.L., Rosengren S. et al. Regional analysis of p53 mutations in rheumatoid arthritis synovium. Proc Natl Acad Sci USA 2002; 99:10025-30.
  6. Костяева М.Г., Попадюк В.И., Кастыро И.В., Дроздова Г.А., Дьяченко Ю.Е., Пинигина И.В., Чжун Х.Д., Андрюшин В.М., Миронов Н.А. Значение моделирования септопластики у крыс как фактора хирургического стресса в экспрессии белка p53 и его функциональной роли в пирамидных нейронах гиппокампа. Folia Otorhinolaryngologiae et Pathologiae Respiratoriae. 2023. Т. 29. № 2. С. 58-68;
  7. Drozdova G., Kastyro I, Khamidulin G., Dyachenko Y., Kostyaeva M., Tsymbal A., Mikhalskaia P. The effect of stress on the formation of p53-positive and dark neurons in the hippocampus in a model of septoplasty in rats. Journal of Clinical Physiology and Pathology. 2022; 1 (1): 35-45
  8. Donehower LA, Soussi T, Korkut A, et al. Integrated Analysis of TP53 Gene and Pathway Alterations in The Cancer Genome Atlas. Cell Rep. 2019 Jul 30;28(5):1370-1384.e5.
  9. Vousden KH, Prives C. Blinded by the Light: The Growing Complexity of p53. Cell 2009; 137:413-31
  10. Levine A.J., Hu W., Feng Z. The P53 pathway: what questions remain to be explored? Cell Death Differ. 2006; (6):1027-36.
  11. Aubrey B, et al. How does p53 induce apoptosis and how does this relate to p53-mediated tumour suppression? Cell Death Differ. 2018;25:104–113.
  12. Williams AB, Schumacher B. p53 in the DNA-damage-repair process. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2016;6:a026070.
  13. Bieging KT, Mello SS, Attardi LD. Unravelling mechanisms of p53-mediated tumour suppression. Nat. Rev. Cancer. 2014;14:359–370.
  14. Sciot R. MDM2 Amplified Sarcomas: A Literature Review. Diagnostics (Basel). 2021 Mar 11;11(3):496.
  15. Montes de Oca Luna R, Wagner DS, Lozano G. Rescue of early embryonic lethality in mdm2-deficient mice by deletion of p53. Nature. 1995 Nov 9;378(6553):203-6. doi: 10.1038/378203a0. PMID: 7477326.
  16. Momand J., Wu H.H., Dasgupta G. MDM2-master regulator of the p53 tumor suppressosofier protein. Gene. 2000;242:15–29.
  17. Yang A., Kaghad M., Wang Y., Gillett E., Fleming M.D., Dötsch V., Andrews N.C., Caput D., McKeon F. p63, a p53 homolog at 3q27-29, encodes multiple products with transactivating, death-inducing, and dominant-negative activities. Mol. Cell. 1998;2:305–316. doi: 10.1016/S1097-2765(00)80275-0.
  18. Kaghad M., Bonnet H., Yang A., Creancier L., Biscan J.C., Valent A., Minty A., Chalon P., Lelias J.M., Dumont X., et al. Monoallelically expressed gene related to p53 at 1p36, a region frequently deleted in neuroblastoma and other human cancers. Cell. 1997;90:809–819. doi: 10.1016/S0092-8674(00)80540-1.
  19. Leong C.O., Vidnovic N., DeYoung M.P., Sgroi D., Ellisen L.W. The p63/p73 network mediates chemosensitivity to cisplatin in a biologically defined subset of primary breast cancers. J. Clin. Investig. 2007;117:1370–1380. doi: 10.1172/JCI30866.
  20. Levrero M., De Laurenzi V., Costanzo A., Gong J., Wang J.Y., Melino G. The p53/p63/p73 family of transcription factors: Overlapping and distinct functions. Pt 10J. Cell Sci. 2000;113:1661–1670. doi: 10.1242/jcs.113.10.1661)
  21. Костяева М.Г., Драгунова С.Г., Шилин С.С., Кузнецов К.В., Кузнецова А.И., Клейман В.К., Косырева Т.Ф., Дьяченко Ю.Е., Шаламов К.П., Амирханян С.С., Калужская М.А., Яманова П.В., Городецкий М.В., Попадюк В.И., Цымбал А.А., Кастыро И.В. Моделирование ринохирургических вмешательств у крыс: экспрессия белка р53 и формирование темных нейронов в гиппокампе. Head and neck. Russian Journal. 2022; 10 (2, Прил. 2): 28-34;
  22. Kostyaeva M.G., Kastyro I.V., Yunusov T.Yu., Kolomin T.A., Torshin V.I., Popadyuk V.I., Dragunova S.G., Shilin S.S., Kleiman V.K., Slominsky P.A., Teplov A.Y. Protein p53 Expression and Dark Neurons in Rat Hippocampus after Experimental Septoplasty Simulation. // Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2022; 37 (1): 19–24;
  23. Mills AA, Zheng B, Wang XJ, Vogel H, Roop DR, Bradley A 1999. p63 is a p53 homologue required for limb and epidermal morphogenesis. Nature 398: 708–713
  24. Pistritto G, Trisciuoglio D, Ceci C, Garufi A, D'Orazi G. Apoptosis as anticancer mechanism: function and dysfunction of its modulators and targeted therapeutic strategies. Aging (Albany NY). 2016 Apr;8(4):603-19.
  25. Kerr JF, Harmon BV. In: Apoptosis: the molecular basis of cell death. Tomei LD, Cope FO, editor. Vol. 3. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press; 1991. Definition and incidence of apoptosis: an historical perspective; pp. 5–29.
  26. Kerr JF, Wyllie AH, Currie AR. Apoptosis: a basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics. Br J Cancer. 1972 Aug;26(4):239-57.
  27. Aubrey BJ, Kelly GL, Janic A, Herold MJ, Strasser A. How does p53 induce apoptosis and how does this relate to p53-mediated tumour suppression? Cell Death Differ. 2018 Jan;25(1):104-113.
  28. Wong RS. Apoptosis in cancer: from pathogenesis to treatment. J Exp Clin Cancer Res. 2011 Sep 26;30(1):87. doi: 10.1186/1756-9966-30-87.)
  29. Guicciardi ME, Gores GJ. Life and death by death receptors. FASEB J. 2009 Jun;23(6):1625-37. doi: 10.1096/fj.08-111005. Epub 2009 Jan 13. PMID: 19141537
  30. Boatright KM, Salvesen GS. Mechanisms of caspase activation. Curr Opin Cell Biol. 2003 Dec;15(6):725-31. doi: 10.1016/j.ceb.2003.10.009.
  31. Kroemer G, Galluzzi L, Brenner C. Mitochondrial membrane permeabilization in cell death. Physiol Rev. 2007 Jan;87(1):99-163. doi: 10.1152/physrev.00013.2006.
  32. Danial NN, Korsmeyer SJ. Cell death: critical control points. Cell. 2004;116:205–219.
  33. Slee EA, Adrain C, Martin SJ. Serial killers: ordering caspase activation events in apoptosis. Cell Death Diff. 1999;6:1067–1074.
  34. Martinvalet D, Zhu P, Lieberman J. Granzyme A induces caspase-independent mitochondrial damage, a required first step for apoptosis. Immunity. 2005 Mar;22(3):355-70. doi: 10.1016/j.immuni.2005.02.004
  35. Cory S, Adams JM. The Bcl2 family: regulators of the cellular life-or-death switch. Nat Rev Cancer. 2002;2:647–56.) В регуляции семейства белков Bcl-2 решающее значение оказывает белок p53.( Schuler M, Green DR. Mechanisms of p53-dependent apoptosis. Biochem Soc Trans. 2001;29:684–8.
  36. Yu J, Zhang L. No PUMA, no death: implications for p53-dependent apoptosis. Cancer Cell. 2003 Oct;4(4):248-9.
  37. Liu FT, Newland AC, Jia L. Bax conformational change is a crucial step for PUMA-mediated apoptosis in human leukemia. Biochem Biophys Res Commun. 2003;310:956–62.
  38. Oda E, Ohki R, Murasawa H, Nemoto J, Shibue T, Yamashita T, Tokino T, Taniguchi T, Tanaka N. Noxa, a BH3-only member of the Bcl-2 family and candidate mediator of p53-induced apoptosis. Science. 2000;288:1053–8.
  39. Harman D. Role of free radicals in aging and disease. Ann N Y Acad Sci. 1992;673:126–41.
  40. Pistritto G, Trisciuoglio D, Ceci C, Garufi A, D'Orazi G. Apoptosis as anticancer mechanism: function and dysfunction of its modulators and targeted therapeutic strategies. Aging (Albany NY). 2016 Apr;8(4):603-19.
  41. D'Arcy MS. Cell death: a review of the major forms of apoptosis, necrosis and autophagy. Cell Biol Int. 2019 Jun;43(6):582-592.
  42. Burns TF, El-Deiry WS. The p53 pathway and apoptosis. J Cell Physiol. 1999 Nov;181(2):231-9.
  43. Carson DA, Lois A. Cancer progression and p53. Lancet. 1995 Oct 14;346(8981):1009-11.
  44. Zhang C, Liu J, Xu D, Zhang T, Hu W, Feng Z. Gain-of-function mutant p53 in cancer progression and therapy. J Mol Cell Biol. 2020 Sep 1;12(9):674-687.)
  45. Chen LL, Wang WJ. p53 regulates lipid metabolism in cancer. Int J Biol Macromol. 2021 Dec 1;192:45-54.
  46. Liu Y, Gu W. The complexity of p53-mediated metabolic regulation in tumor suppression. Semin Cancer Biol. 2022 Oct;85:4-32.
  47. Liberti MV, Locasale JW. The Warburg Effect: How Does it Benefit Cancer Cells? Trends Biochem Sci. 2016 Mar;41(3):211-218.
  48. Schwartzenberg-Bar-Yoseph F, Armoni M, Karnieli E. The tumor suppressor p53 down-regulates glucose transporters GLUT1 and GLUT4 gene expression. Cancer Res. 2004 Apr 1;64(7):2627-33.
  49. Xi Y, Zhang Y, Pan J, Chen S, Lu S, Shen F, Huang Z. Triptolide dysregulates glucose uptake via inhibition of IKKβ-NF-κB pathway by p53 activation in cardiomyocytes. Toxicol Lett. 2020 Jan;318:1-11.
  50. Yu G, Luo H, Zhang N, Wang Y, Li Y, Huang H, Liu Y, Hu Y, Liu H, Zhang J, Tang Y, Huang Y. Loss of p53 Sensitizes Cells to Palmitic Acid-Induced Apoptosis by Reactive Oxygen Species Accumulation. Int J Mol Sci. 2019 Dec 12;20(24):6268.
  51. Sabapathy K, Lane DP. Therapeutic targeting of p53: all mutants are equal, but some mutants are more equal than others. Nat Rev Clin Oncol. 2018 Jan;15(1):13-30.
  52. Armstrong JF, Kaufman MH, Harrison DJ, Clarke AR. High-frequency developmental abnormalities in p53-deficient mice. Curr Biol. 1995 Aug 1;5(8):931-6. doi: 10.1016/s0960-9822(95)00183-7.)
  53. Кастыро И.В., Костяева М.Г., Северин А.Е., Попадюк В.И., Старшинов Ю.П., Торшин В.И., Цымбал А.А., Быкова А.О., Кашкаха С.Г. Критерии стрессорных реакций при моделировании септопластики у крыс: параметры вариабельности сердечного ритма. Head and neck. Russian Journal. 2022; 10 (2, Прил.1): 5-7.
  54. Dittmer D, Pati S, Zambetti G, Chu S, Teresky AK, Moore M, Finlay C, Levine AJ. Gain of function mutations in p53. Nat Genet. 1993 May;4(1):42-6. doi: 10.1038/ng0593-42. PMID: 8099841.
  55. Miller FD, Kaplan DR. To die or not to die: neurons and p63. Cell Cycle. 2007 Feb 1;6(3):312-7.)
  56. Torshin V.I., Kastyro I.V., Reshetov I.V., Kostyaeva M.G., Popadyuk V.I. The Relationship between P53-Positive Neurons and Dark Neurons in the Hippocampus of Rats after Surgical Interventions on the Nasal Septum. // Doklady Biochemistry and Biophysics. 2022; 502: 30–35
  57. Kempermann G, Kuhn HG, Gage FH. Genetic influence on neurogenesis in the dentate gyrus of adult mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 1997 Sep 16;94(19):10409-14.
  58. Liu H, Jia D, Li A, Chau J, He D, Ruan X, Liu F, Li J, He L, Li B. p53 regulates neural stem cell proliferation and differentiation via BMP-Smad1 signaling and Id1. Stem Cells Dev. 2013 Mar 15;22(6):913-27
  59. Forsberg K., Wuttke A., Quadrato G., Chumakov P.M., Wizenmann A., Di Giovanni S. The tumor suppressor p53 fine-tunes reactive oxygen species levels and neurogenesis via PI3 kinase signaling. J. Neurosci. 2013;33:14318–14330
  60. Liu Z., Zhang C., Skamagki M., Khodadadi-Jamayran A., Zhang W., Kong D., Chang C.W., Feng J., Han X., Townes T.M., et al. Elevated p53 Activities Restrict Differentiation Potential of MicroRNA-Deficient Pluripotent Stem Cells. Stem. Cell Reports. 2017;9:1604–1617.
  61. Liu Y., Chen Y., Lu X., Wang Y., Duan Y., Cheng C., Shen A. SCYL1BP1 modulates neurite outgrowth and regeneration by regulating the Mdm2/p53 pathway. Mol. Biol. Cell. 2012;23:4506–4514.
  62. Stavridis MP, Lunn JS, Collins BJ, Storey KG. A discrete period of FGF-induced Erk1/2 signalling is required for vertebrate neural specification. Development. 2007 Aug;134(16):2889-94.)
  63. Marin Navarro A., Pronk R.J., van der Geest A.T., Oliynyk G., Nordgren A., Arsenian-Henriksson M., Falk A., Wilhelm M. p53 controls genomic stability and temporal differentiation of human neural stem cells and affects neural organization in human brain organoids. Cell Death Dis. 2020;11:52.
  64. Culmsee C, Mattson MP. p53 in neuronal apoptosis. Biochem Biophys Res Commun. 2005 Jun 10;331(3):761-77.
  65. Zhao J, Dong Y, Chen X, Xiao X, Tan B, Chen G, Hu J, Qi D, Li X, Xie R. p53 Inhibition Protects against Neuronal Ischemia/Reperfusion Injury by the p53/PRAS40/mTOR Pathway. Oxid Med Cell Longev. 2021 Dec 3;2021:4729465.
  66. Xiao Z, Shen D, Lan T, Wei C, Wu W, Sun Q, Luo Z, Chen W, Zhang Y, Hu L, Zhang C, Wang Y, Lu Y, Wang P, Yang F, Li Q. Reduction of lactoferrin aggravates neuronal ferroptosis after intracerebral hemorrhagic stroke in hyperglycemic mice. Redox Biol. 2022
  67. Dixon SJ, Lemberg KM, Lamprecht MR, Skouta R, Zaitsev EM, Gleason CE, et al. Ferroptosis: an iron-dependent form of nonapoptotic cell death. Cell. 2012;149:1060–72
  68. Granger DN, Kvietys PR. Reperfusion injury and reactive oxygen species: The evolution of a concept. Redox Biol. 2015;6:524–551. doi: 10.1016/j.redox.2015.08.020. )
  69. Jiang L, Kon N, Li TY, Wang SJ, Su T, Hibshoosh H, et al. Ferroptosis as a p53-mediated activity during tumour suppression. Nature. 2015;520:57.
  70. Xu S, Li X, Wang Y. Regulation of the p53‑mediated ferroptosis signaling pathway in cerebral ischemia stroke (Review). Exp Ther Med. 2023 Jan 26;25(3):113.
  71. Maor-Nof M, Shipony Z, Lopez-Gonzalez R, Nakayama L, Zhang YJ, Couthouis J, Blum JA, Castruita PA, Linares GR, Ruan K, Ramaswami G, Simon DJ, Nof A, Santana M, Han K, Sinnott-Armstrong N, Bassik MC, Geschwind DH, Tessier-Lavigne M, Attardi LD, Lloyd TE, Ichida JK, Gao FB, Greenleaf WJ, Yokoyama JS, Petrucelli L, Gitler AD. p53 is a central regulator driving neurodegeneration caused by C9orf72 poly(PR). Cell. 2021 Feb 4;184(3):689-708.e20.
  72. Драгунова С.Г., Косырева Т.Ф., Северин А.Е., Шмаевский П.Е., Хамидулин Г.В., Попадюк В.И., Юдин Д.К., Юнусов Т.Ю., Клейман В.К., Кузнецов Н.Д., Скопич А.А., Кастыро И.В., Костяева М.Г., Востриков А.М., Шевелева В.А., Антонив В.Ф., Торшин В.И., Ермакова Н.В. Эффект моделирования синус-лифтинга и септопластики на изменения симпатической и парасимпатической нервных систем у крыс. Head and neck. Голова и шея. Российский журнал=Head and neck. Russian Journal. 2021;9(3):43–49
  73. Kastyro I.V., Mikhalskaia P.V., Khamidulin G.V., Kostyaeva M.G., Tsymbal A.A., Shilin S.S., Popadyuk V.I., Pavluk-Pavluchenko L.L., Minasyan P.N., Markushin A.A., Ganshin I.B. Expression of the P53 Protein and Morphological Changes in Neurons in the Pyramidal Layer of the Hippocampus After Simulation of Surgical Interventions in the Nasal Cavity in Rats. Cell Physiol Biochem. 2023; 57 (1): 23-33,
  74. Dugger BN, Dickson DW. Pathology of Neurodegenerative Diseases. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2017 Jul 5;9(7):a028035.)
  75. Small S. A., Perera G. M., DeLaPaz R., Mayeux R., Stern Y. (1999). ‘Differential regional dysfunction of the hippocampal formation among elderly with memory decline and Alzheimer’s disease’. Ann. Neurol. 45 466–472
  76. Li L. B., Chai R., Zhang S., Xu S. F., Zhang Y. H., Li H. L., et al. (2019). ‘Iron exposure and the cellular mechanisms linked to neuron degeneration in adult mice’. Cells 8:198. 10.3390/cells8020198)
  77. Ashraf A., So P. W. (2020). ‘Spotlight on ferroptosis: Iron-dependent cell death in Alzheimer’s disease’. Front. Aging Neurosci. 12:196.
  78. Kastyro I.V., Mikhalskaia P.V., Khamidulin G.V., Kostyaeva M.G., Tsymbal A.A., Shilin S.S., Popadyuk V.I., Pavluk-Pavluchenko L.L., Minasyan P.N., Markushin A.A., Ganshin I.B. Expression of the P53 Protein and Morphological Changes in Neurons in the Pyramidal Layer of the Hippocampus After Simulation of Surgical Interventions in the Nasal Cavity in Rats. Cell Physiol Biochem. 2023; 57 (1): 23-33;
  79. Kostyaeva M., Dragunova S, Zindovic N., Emets Y., Dragomirov I., Andryushin V, Amirkhanyan S. Pathological changes in traumatization of upper jaw under the conditions of sinus lifting simulation in rats. Journal of Clinical Physiology and Pathology (JCPP) 2023; 2 (1): 4-10; Chkadua T, Visaitova Z, Ibragimova K Complex rehabilitation of patients with defects and deformities of the maxillofacial region using the method of autografting of adipose tissue. Otorhinolaryngology, Head and Neck Pathology (ORLHNP). 2023; 2 (2): 32-35
  80. Merlo P, Frost B, Peng S, Yang YJ, Park PJ, Feany M. P53 prevents neurodegeneration by regulating synaptic genes. Proc Natl Acad Sci USA. 2014;111(50):18055-18060.
  81. Кастыро И.В., Хамидулин Г.В., Дьяченко Ю.Е., Костяева М.Г., Цымбал А.А., Шилин С.С., Попадюк В.И., Михальская П.В., Ганьшин И.Б. Исследование экспрессии белка p53 и образования темных нейронов в гиппокампе у крыс при моделировании септопластики. Российская ринология. 2023;31(1):27‑36.
  82. Haider S, Naqvi F, Batool Z, Tabassum S, Perveen T, Saleem S, Haleem DJ. Decreased Hippocampal 5-HT and DA Levels Following Sub-Chronic Exposure to Noise Stress: Impairment in both Spatial and Recognition Memory in Male Rats. Sci Pharm. 2012;80(4):1001-1011
  83. Kastyro IV, Reshetov IV, Khamidulin GV, Shilin SS, Torshin VI, Kostyaeva MG, Popadyuk VI, Yunusov TY, Shmaevsky PE, Shalamov KP, Kupryakova AD, Doroginskaya ES, Sedelnikova AD. Influence of Surgical Trauma in the Nasal Cavity on the Expression of p53 Protein in the Hippocampus of Rats. Doklady Biochemistry and Biophysics. 2021;497:99-103
  84. Csordás A, Mázló M, Gallyas F. Recovery versus death of «dark» (compacted) neurons in non-impaired parenchymalenvironment. Light and electron microscopic observations. Acta Neuropathol. 2003;106:37-49
  85. Кастыро И.В., Костяева М.Г., Королев А.Г., Дьяченко Ю.Е., Шарипова Н., Багдасарян В.В., Миронов Н.А., Пинигина И.В., Шилин С.С., Иноземцев А.Н., Попадюк В.И. Влияние моделирования септопластики и хирургического повреждения верхней челюсти на изменения норадренергической системы гиппокампальной формации. Folia Otorhinolaryngologiae et Pathologiae Respiratoriae. 2023. Т. 29. № 2. С. 24-35

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор,


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: № 0110212 от 08.02.1993.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах