《Cell》找回p53缺失的拼图

　　

生物通报道：抑癌基因是一类抑制细胞过度生长、增殖从而遏制肿瘤形成的基因。对于正常细胞，调控生长的基因（如原癌基因等）和调控抑制生长的基因（如抑癌基因等）的协调表达是调节控制细胞生长的重要分子机制之一。目前定论的抑癌基因有10余种，p53基因就是其中较为出名的一个，由于P53蛋白在维持细胞正常生长、抑制恶性增殖中起着重要作用，因而被冠以"基因卫士"称号。

之前的研究表明p53靶向抑制细胞增殖的基因，但是抑制细胞生长需要哪些元素至今仍然不清楚。现在来自加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员发现了p53调控细胞，保护其免受DNA损伤伤害的机制也许会导致癌症。这一研究成果公布在8月8日《Cell》杂志上。

文章由加州大学圣地亚哥分校基因调控与信号传导实验室的Michael Karin教授，以及博士后研究员Andrei V. Budanov共同完成，他们发现两个p53的靶向基因——Sestrin1和Sestrin2在p53和蛋白激酶mTOR之间建立了一个重要的联系，mTOR是一个细胞生长的重要调控因子，近期发现的具有抗肿瘤活性的免疫抑制药物雷帕霉素（Rapamycin）的抑制活性就是靶向mTOR。

Budanov表示，“这两个Sestrin基因就是解释为什么p53能抑制mTOR途径，负调控细胞生长，之前未知的一个方面”，有了这两种基因的加入，p53调控机制就与之前了解的不同了。这项发现也许有利于研究人员发现抑制或者减缓癌症肿瘤生长的新抑制剂。

Budanov的这些研究成果事实上说明这两个Sestrin基因也许是具有自身特点的肿瘤抑制因子，DNA损伤启动了哺乳动物体内两个主要的生物反应：细胞周期捕获（cell cycle arrest）——帮助修复和维持细胞存活；细胞凋亡——降解可能引发癌症的受损细胞的过程。

主要肿瘤抑制因子p53或者抑制细胞增殖和生长，或者诱发细胞死亡，其不同的功能是通过许多靶基因介导，依照不同的细胞受损程度完成的，大多患有癌症的人类要不无法表达p53，要不就是表达出来的p53不正常，因此了解p53如何完成其重要的抑癌功能的机制将有助于发展新型癌症的预防及治疗方法。

加州大学圣地亚哥分校的研究人员对于p53抑制细胞生长的靶基因十分感兴趣，之前他们的研究发现在细胞受到基因毒应激（genotoxic stress）时会产生Sestrin1和Sestrin2蛋白，这两种蛋白的保护功能也许也能抑制细胞生长，而且Sestrin1和Sestrin2与p53一道，调控活性氧ROS的积累，在细胞信号传导中扮演着重要的角色。

“我们发现除了调控ROS积累之外，Sestrin1和Sestrin2也能通过抑制mTOR的活性来抑制细胞生长，这就解释了p53如何作为许多细胞生理现象的总调控因子，保护细胞免受DNA损伤和胁迫的伤害。”Budanov说。

（生物通：张迪）

注：

1.抑癌基因

抑癌基因也称为抗癌基因。早在1960s，有人将癌细胞与同种正常成纤维细胞融合，所获杂种细胞的后代只要保留某些正常亲本染色体时就可表现为正常表型，但是随着染色体的丢失又可重新出现恶变细胞。这一现象表明，正常染色体内可能存在某些抑制肿瘤发生的基因，它们的丢失、突变或失去功能，使激活的癌基因发挥作用而致癌。

抑癌基因的产物是抑制细胞增殖，促进细胞分化，和抑制细胞迁移，因此起负调控作用，通常认为抑癌基因的突变是隐性的。

抑癌基因的产物主要包括（表16-2）：①转录调节因子，如Rb、p53；②负调控转录因子，如WT；③周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CKI），如p15、p16、p21；④信号通路的抑制因子，如ras GTP酶活化蛋白（NF-1），磷脂酶（PTEN）；⑥DNA修复因子，如BRCA1、BRCA2。⑥与发育和干细胞增殖相关的信号途径组分，如：APC、Axin等。

抑癌基因失活的途径：①等位基因隐性作用，失活的抑癌基因之等位基因在细胞中起隐性作用，即一个拷贝失活，另一个拷贝仍以野生型存在，细胞呈正常表型。只有当另一个拷贝失活后才导致肿瘤发生，如Rb基因。②抑癌基因的显性负作用（dominant negative）：抑癌基因突变的拷贝在另一野生型拷贝存在并表达的情况下，仍可使细胞出现恶性表型和癌变，并使野生型拷贝功能失活。这种作用称为显性负作用或反显性作用。如近年来证实突变型p53和APC蛋白分别能与野生型蛋白结合而使其失活，进而转化细胞。③单倍体不足假说（Haplo-insufficiency）：某些抗癌基因的表达水平十分重要，如果一个拷贝失活，另一个拷贝就可能不足以维持正常的细胞功能，从而导致肿瘤发生。如DCC基因一个拷贝缺失就可能使细胞粘膜附功能明显降低，进而丧失细胞接触抑制，使细胞克隆扩展或呈恶性表型。

 

2.p53基因

人类p53基因定位于l7P13，全长 16－ 20kb，含有11个外显子，转录2.8kb的mRNA，编码蛋白质为P53，是一种核内磷酸化蛋白。P53基因是迄今为止发现的与人类肿瘤相关性最高的基因。过去一直把它当成一种癌基因，直至1989年才知道起癌基因作用的是突变p53，后来证实野生型p53是一种抑癌基因。
P53基因表达产物P53蛋白由393个氨基酸残基构成，在体内以四聚体形式存在，半衰期为20－30分钟。按照氨基酸序列将P53蛋白分为三个区：
（1）核心区，位于P53蛋白分子中心，由102－290位氨基酸残基组成，在进化上高度保守，在功能上十分重要，包含有结合DNA的特异性氨基酸序列。
（2）酸性区，由N端1－80位氨基酸残基组成，易被蛋白酶水解，半寿期短与此有关。含有一些特殊的磷酸化位点。
（3）碱性区，位于 C端，由 319－ 393位氨基酸残基组成。 p53蛋白通过这一片段可形成四聚体。C端可以单独具备转化活性，起癌基因作用，且有多个磷酸化位点，为多种蛋白激酶识别。 正常情况下，细胞中P53蛋白含量很低，因其半寿期短，所以很难检测出来，但在生长增殖的细胞中，可升高5－100倍以上。

野生到P53蛋白在维持细胞正常生长、抑制恶性增殖中起着重要作用，因而被冠以"基因卫士"称号。P53基因时刻监控着基因的完整性，一旦细胞DNA遭到损害，P53蛋白与基因的 DNA相应部位结合，起特殊转录因子作用，活化 P21基因转录，使细胞停滞于G1期；抑制解链酶活性；并与复制因子A（replication factor A）相互作用参与DNA的复制与修复；如果修复失败，p53蛋白即启动程序性死亡过程诱导细胞自杀，阻止有癌变倾向突变细胞的生成，从而防止细胞恶变。

当P53发生突变后，由于空间构象改变影响到转录活化功能及P53蛋白的磷酸化过程，这不单失去野生型P53抑制肿瘤增殖的作用，而且突变本身又使该基因具备癌基因功能。突变的P53蛋白与野生型P53蛋白相结合，形成的这种寡聚蛋白不能结合DNA，使得一些癌变基因转录失控导致肿瘤发生。

原文摘要：

Cell, Vol 134, 451-460, 08 August 2008
p53 Target Genes Sestrin1 and Sestrin2 Connect Genotoxic Stress and mTOR Signaling
[Abstract]