המבנה השברירי של הגן p53 מגלה מדוע ההגנה הקריטית הזו מסרטן נפגעת בקלות רבה כל כך, ושופך אור על עקב אכילס הגנטי של גידולים רבים.
פרספקטיבה: TP53: הגנים חסרי המזל? קרדיט תמונה: חואן גארטנר / Shutterstock
בפרספקטיבה שפורסמה לאחרונה בכתב העת מוות תאים ובידולחוקרים בצרפת, גרמניה ושוודיה דנו בספקטרום המוטציוני הייחודי של הגן חלבון 53 (TP53) הקשור לטרנספורמציה, שמוביל להשבתת p53 בסוגי סרטן רבים.
רֶקַע
ההשקפה המסורתית של התפתחות סרטן, המונעת על ידי הפעלת אונקוגנים ואובדן מדכא גידולים, התרחבה וכוללת גנים המעורבים בתיקון חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) ובריחה חיסונית.
מוטציות אונקוגניות כוללות לעתים קרובות החלפות נוקלאוטידים בודדות בנקודות חמות ספציפיות, מה שמוביל לגרסאות היפראקטיביות או רווחים בתפקוד. מוטציות מדכאות גידול כוללות בדרך כלל מוטציות אינדלס, שחבור או שטויות המופצות ברחבי הגן.
הגן TP53 הוא ייחודי, כאשר רוב המוטציות הן חסרות ומרוכזות בתחום ה-DNA מחייב (DBD), אולי בשל לחצים אבולוציוניים המעדיפים חלבון שמאזן גמישות ותגובתיות תפקודית על פני יציבות. שבריריות זו מאפשרת ל-p53 להסתגל להפרעות סלולריות, אך גם גורמת לו להיות מועד למוטציות.
בעוד שלביטוי הגבוה של גרסאות ה-missense p53 בגידולים אנושיים עשוי להיות משמעות קלינית, החוקרים במחקר הנוכחי דנים כיצד הגורם השולט שמעצב את הנוף המוטציוני הזה הוא השבריריות המבנית הקיצונית של חלבון p53, המושפע מהתפתחותו האבולוציונית המהירה בהשוואה לפרלוגים שלו. .
השבריריות המבנית של p53 והשלכותיה
מוטנטים של p53 עוברים שינויים קונפורמטיביים שנצפו בתחילה באמצעות קישור צ'פרון ותגובות נוגדנים חד שבטיים.
מחקרים מבניים סיווגו מוטציות TP53 נפוצות לשני סוגים: מוטציות מגע, המשפיעות על חומצות אמינו קושרות DNA, ומוטציות מבניות, המערערות את ה-DBD של החלבון.
בנוסף, מוטציות מסוימות, כמו R175H, פוגעות בקשירת אבץ, שהיא חיונית ליציבות DBD. ה-p53 DBD הוא לא רק לא יציב במהותו אלא גם רגיש מבחינה תרמודינמית, מה שהופך אותו לרגיש מאוד למוטציות ושינויי טמפרטורה, מה שעלול להוביל להתפתחות חלבון ולאובדן תפקוד. ההשערה היא שבריריות זו היא תוצאה של הצורך האבולוציוני של p53 לשמור על מבנה גמיש להסתגלות תאית מהירה.
ניתוחים פונקציונליים של גרסאות TP53
מחקרים על מוטגנזה של רווית TP53, במיוחד מחקר מפורסם משנת 2003 על ידי הקבוצה של C. Ishioka, הראו שרוב מוטציות ה-missense ב-DBD של TP53 גורמות לאובדן פעילות הטרנסאקטיבציה של החלבון, המתאם למוטציות שנמצאו בגידולים אנושיים.
מוטגנזה של רוויה גילתה שלמעלה ממחצית מגרסאות ה-missense של TP53 מובילות לאובדן תפקוד, בדומה לגרסאות אינדל. וריאנטים של Missense שלא נמצאו בסרטן שומרים לעתים קרובות על פעילות שיורית מסוימת, ומוטציות חריגות הקשורות לסרטן כרוכות לעיתים בשינויים בחבור.
המתאם החזק בין אובדן תפקוד למוטציות סרטניות מדגיש את תפקידה של פגיעה תפקודית בהתפתחות הסרטן, ומדגיש שברוב המקרים, מוטציות אלו מובילות להפחתה בדיכוי הגידול ולא לרכישת פונקציות אונקוגניות חדשות.
מנגנוני אפקט דומיננטי-שלילי מחמירים את ההשפעות של מוטציות אובדן תפקוד
מספר גורמים הופכים את p53 לפגיע יותר לאי-אקטיבציה בהשוואה למדכאי גידולים אחרים.
ראשית, p53 יוצר טטרמרים, ולמוטציות Missense ב-DBD שלה יש השפעה דומיננטית-שלילית. הם יוצרים טטרמרים מעורבים שמחלישים את הקישור ל-DNA, מפחיתים את ה-P53 הפראי הפונקציונלי ופוגעים בדיכוי הגידול.
בנוסף, מוטנטים לא יציבים של p53 חושפים מוטיבים המועדים לצבירה, מה שמוביל לצבירה עם p53 מסוג פרא וחלבונים אחרים כמו p63 ו-p73, מה שמפריע עוד יותר לדיכוי הגידול. כמה פנוטיפים של רווח בתפקוד של p53 מוטנטי עשויים לנבוע מאובדן של פונקציות מרובות ולא פונקציות חדשות.
אפקט צבירה זה, לצד פגיעה ביצירת טטרמרים, מדגיש את התפקיד המורכב של המוטנט p53 בהתפתחות סרטן. במקום להציג פונקציות חדשות המניעות סרטן, מוטנטים אלה משבשים לעתים קרובות מספר מסלולים, ומפחיתים עוד יותר את היעילות של p53 כמדכא גידול.
מוטנט p53 לעיתים קרובות נמצא בשפע רב בתאי גידול עקב שיבושים בנתיבי הפירוק. עודף חלבון מוטנטי זה יכול לתרום באופן פעיל להתקדמות הגידול באמצעות צבירה ואינטראקציות מופקרות, במיוחד בסוגי סרטן מתקדמים עם שינויים גנטיים כמו אנופלואידיה.
עם זאת, אובדן תפקוד p53, במקום מצב המוטציה שלו בלבד, נותר מנבא חזק יותר לפרוגנוזה של סרטן.
מבחר מוטציות TP53 בסרטן
נקודות חמות מוטציות ספציפיות עבור גרסאות TP53 missense ב-DBD נצפות בסרטן. זה נובע בחלקו מהרגישות הגבוהה של רצפי DNA מסוימים לתהליכים מוטגנים ולגורמים סביבתיים. נקודות חמות אלו אינן מעידות בהכרח על רווח בתפקוד האונקוגני אלא משקפות את השבריריות והפגיעות הפנימית של החלבון לסביבה המוטגנית.
רוב מוטציות החמצה של TP53 בסרטן מובילות לאובדן תפקוד, והשכיחות של גרסאות בודדות עולה בקנה אחד עם הסבירות המוטציונית וזיהוי מערכת החיסון.
מחקרים פונקציונליים מראים שהסרת TP53 מוטנטית אינה משפיעה על צמיחת הסרטן, מה שתומכים בדעה שמוטציות TP53 פוגעות בעיקר בדיכוי הגידול ולא מניעה תפקודים אונקוגניים חדשים.
בנוסף, חלק מהמוטציות של נקודות חמות הן פחות אימונוגניות, מה שמצביע על כך שההתחמקות החיסונית משחקת תפקיד בבחירתן, ומסבכת עוד יותר את הקשר בין שכיחות המוטציות להשפעות המניעות סרטן.
התדירות של מוטציות TP53 משתנה לפי סוג הגידול ויכולה להיות מושפעת על ידי גורמים ספציפיים לתא ואונקוגנים משותפים, המקיימים אינטראקציה עם p53 מוטנטי כדי לשפר את התקדמות הסרטן.
TP53 והעבר האבולוציוני שלו
המגוון של וריאנטים אונקוגניים של TP53 נובע בעיקר מהתחום התפקודי השברירי והמורחב של החלבון, מה שהופך אותו לרגיש להחלפות נוקלאוטידים בודדות (SNS) תכופות בתאים נורמליים ובתאים סרטניים כאחד. בעוד שמחקרים במבחנה ומודלים של עכברים מצביעים על כך שחלק מהווריאציות עשויות להפגין פעילויות אנטי-מורפיות או ניאומורפיות מגוונות, הרלוונטיות הקלינית שלהן עדיין לא ברורה.
ההתפתחות המהירה של p53 בהשוואה לפרלוגים היציבים יותר שלו, כמו p63 ו-p73, תרמה לאי היציבות הייחודית שלו. חוסר יציבות זו, על אף שהוא יתרון עבור יכולת ההסתגלות התפקודית שלו, הופך את p53 לרגיש במיוחד למוטציות.
בדרך כלל, מבני חלבון עמידים בפני שינויים ברצף, לאחר שהתפתחו לתפקוד מיטבי ולא ליציבות. השבריריות הקיצונית של p53 עשויה לאפשר לו להתאים את המבנה שלו להפרעות סלולריות ולאפשר תחלופה מהירה. בניגוד לפרלוגים היציבים יותר שלו, p53 התפתח מהר יותר, והשפיע על היציבות שלו. בבעלי חוליות, יש מתאם בין היציבות התרמודינמית של תחום קושר ה-DNA של p53 לבין טמפרטורת הגוף של האורגניזם, מה שמעיד על כך ש-p53 האנושי התפתח להיות יציב רק בשוליים, מה שתורם לפגיעותו למוטציות.
מַסְקָנָה
לסיכום, המחקר מדגיש כיצד המבנה האבולוציוני של p53 הופך אותו לפגיע במיוחד למוטציות הפוגעות בתפקוד מדכא הגידול שלו. פגיעות זו אינה רק תוצאה של חוסר יציבות גנטית אלא משקפת איזון מורכב בין הסתגלות, שבריריות מבנית ולחצים אבולוציוניים.