Tema 19 p53 (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Ciencias Biomédicas - 3º curso
Asignatura Cáncer
Año del apunte 2016
Páginas 12
Fecha de subida 03/05/2016
Descargas 5
Subido por

Vista previa del texto

3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV CÁNCER TEMA 19 Principales vías de señalización en cáncer: p53 El descubrimiento de p53 p53, también conocido como Guardián del genoma, es una de las proteínas implicadas en el mantenimiento de la estabilidad del genoma. Básicamente, evita que se produzcan mutaciones o bien, si se producen alteraciones, evita que trasciendan.
Fue descubierta como una proteína que co-inmunoprecipitaba con el antígeno viral T de unas células que habían sido transformadas con el virus SV40. Se cogían lisados de las células (infectadas por el virus) y se hacía precipitar al antígeno T con anticuerpos específicos. Junto al antígeno siempre co-inmunoprecipitaba una proteína con peso molecular de 53 Daltons, por lo que se le dio el nombre de p53.
Al inyectar estas células transformadas en ratones, los ratones desarrollaban desarrolla tumores y también produce anticuerpos contra el antígeno T. Al hacer la inmunoprecipitación del suero del ratón, obtenemos la banda correspondiente al anticuerpo y una banda de 53 Daltons. Así es como se descubrió que la proteína de 53 Daltons estaba unida a los antígenos virales.
Más tarde, se descubrió que p53 era un factor de transcripción. Analizando la estructura de este factor de transcripción, podemos ver que tiene varios dominios entre los que podemos encontrar: dominio de transactivación de la transcripción, señal de localización nuclear, dominio de unión al DNA, domino de regulación negativa (en la región C-terminal) y un dominio de tetramerización.
Para que adquiera conformación de factor de transcripción activo, se necesitan cuatro proteínas de p53. Es decir, p53 funciona como un homotetrámero que se une al DNA.
Podemos encontrar muchas isoformas de p53 diferentes que son variantes de diferenciales.
splicing. Las isoformas pueden tener funciones Se ha observado que los patrones de expresión de las isofomas en cada tipo celular son diferentes aunque para la mayoría de tipos celulares no está caracterizado.
1 CÁNCER Curso 2015/2016 Funcionamiento de p53 Se trata de un factor de transcripción tetramérico que, en estado basal, se localiza en el citoplasma, donde es constitutivamente ubiquitinizado por la ubiquitin ligasa MDM2. Por tanto, en estado basal, p53 es degradado continuamente por el proteasoma y sus niveles se mantienen en el citosol y bajos.
En el momento en que p53 se activa, transloca al núcleo, donde se estabiliza. Como factor de transcripción que es, promueve la transcripción de determinados genes, entre ellos el de su propio inhibidor, la ubiquitin ligasa MDM2. De esta manera, p53 activo favorece la transcripción de MDM2, que va al núcleo y secuestra p53 para ubiquitinizarlo de nuevo.
Además de MDM2, se han descrito otras proteínas que regulan la estabilidad de p53. Son proteínas que interaccionan con p53 para regular su ubiquitinización y su degradación mediante el proteasoma. Se establecen feedbacks de regulación negativa similares al que se da entre p53 y MDM2 con estas otras proteínas.
Para poder activarse, p53 debe dejar de ubiquitinizarse y acumularse. Esto puede ocurrir ante una gran cantidad de estímulos relacionados con el estrés celular. Por ejemplo, p53 se estabiliza en situación de privación de nutrientes, hipoxia, estrés oxidativo, ante otras mutaciones en oncogenes, frente al daño en el DNA, ante la inestabilidad genómica, … 2 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Es decir, p53 actúa como supresor tumoral ante situaciones de estrés o lesión que podrían llegar a provocar el inicio del desarrollo tumoral.
La señal de estrés que activa p53 es captada por una serie de mediadores que se encuentran upstream a p53 (por encima de p53 en la vía). Estos mediadores son una gran cantidad de enzimas modificadoras como acetilasas, kinasas, metilasas,… que regulan el núcleo de la vía de p53: provocan modificaciones covalentes que regulan la relación de p53 con MDM2. Estos mediadores inhiben MDM2 para que p53 pueda estabilizarse y modifican post-traduccionalmente a p53 en sus múltiples residuos modificables.
p53 modificado se une a los promotores de los efectores de su función y activa la transcripción de todo un conjunto de genes que participan en la producción de la respuesta.
Entre las dianas de p53 encontramos genes implicados en la parada del ciclo celular, en la inducción de senescencia, en la diferenciación celular y en la apoptosis (son las respuestas más relevantes).
p53 tiene, en su región N-terminal, una serie de residuos fosforilables, que pueden se fosforilados por muchas kinasas. Es la parte N-terminal en la que se encuentra el dominio de transactivación de la transcripción.
En la región C-terminal de p53 se encuentra un dominio de regulación negativa en el que también hay gran cantidad de residuos modificables (se produce la ubiquitinización de lisinas, acetilación en lisinas, …) Hoy en día, aún se está estudiando el papel de cada modificación en la respuesta.
Sí se sabe que las modificaciones en la región C-terminal (en el dominio de regulación negativa) regulan la capacidad de p53 de activar la transcripción.
3 CÁNCER Curso 2015/2016 Esta región puede sufrir modificaciones activadoras o inhibidoras y pueden darse una gran cantidad de combinaciones entre las modificaciones que determinan la respuesta.
p53 también puede sufrir modificaciones en su dominio de unión al DNA.
Como ya hemos dicho, para que p53 se active, es necesario que se estabilice para lo que deja de ubiquitinizarse por MDM2. En la siguiente imagen vemos un Western Blot que se ha hecho en un estudio en el que se degrada MDM2 con luz UV. Podemos vemos ver que, a medida que disminuye la concentración de MDM2, aumenta la concentración de p53 (se estabiliza).
Aparte de actuar como factor de transcripción de diversos genes, se ha visto que p53 puede regular la función de otras proteínas interaccionando con ellas (función alternativa a su función como factor de transcripción).
Funciones de p53 y cáncer p53 puede activar diversas respuestas relacionadas cuya desregulación se relaciona con el fenotipo tumoral.
- Induce la parada del ciclo celular.
- Facilita la reparación celular y del DNA - Induce la entrada de la célula en senescencia - Activa la muerte celular programada por apoptosis.
Vemos que todo son funciones relacionadas con la supresión tumoral.
4 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV A medida que se ha ido investigando se ha comprobado que, aparte de regular los procesos clásicos implicados en el desarrollo tumoral, p53 regula otros procesos implicados en el fenotipo del tumor. Estos procesos son, por ejemplo, la regulación de la autofagia, el mantenimiento de la homeostasis de las células madre, la reprogramación metabólica (conocida como efecto Warburg) y la relación del tumor con las células inflamatorias y del estroma.
Además, p53 también está implicado en la regulación de los procesos de invasión y metástasis.
Como factor de transcripción que es, p53 regula la transcripción de gran cantidad de genes encargados de elaborar una respuesta relacionada con todos estos procesos.
 No en todos los tejidos ni ante todos los tipos de estímulo p53 tiene las mismas dianas.
Modelos animales Ya que p53 es un factor de transcripción con una amplia función y una gran cantidad de dianas, se han elaborado muchos modelos animales para estudiarlo.
Los modelos animales han permitido comprobar que p53 tiene muchos residuos modificables y puede dar lugar a muchas respuestas diferentes. Para determinar qué modificación tiene que ver con cada respuesta, se hacen modelos animales y líneas celulares en las que se mutan los residuos modificables para analizar qué propiedades se encuentran afectadas.
Procesos clásicos activados por p53 Reparación del DNA Cuando se produce un daño en el DNA, consecuencia por ejemplo de la radiación, hay proteínas, como la 53PB1 (53 protein-binding 1) que reconocen los cortes en la doble cadena.
Estas proteínas, reclutan y activan a las kinasas ATM y CHK2.
ATM fosforila directamente a p53 en su dominio de transactivación y fosforila a MDM2 inhibir su actividad. Por otro lado, ATM también fosforila y activa a CHK2, que fosforila la serina en posición 15 de p53, importante para su activación. De esta manera, gracias a la acción de estas kinasas, p53 se libera de MDM2, se acumula y se activa, promoviendo la transcripción de genes.
5 CÁNCER Curso 2015/2016 p53 y apoptosis En caso de que el estrés al que está sometido la célula sea demasiado grande y no sea posible reparar los daños que se derivan de él, p53 debe activar los genes encargados de llevar a cabo el proceso de apoptosis. En este caso, lo que ocurre en primer lugar es que p53 incrementa la transcripción de las proteínas BH3 only, que se dirigen a la mitocondria donde promueven la salida de citocromo C, activando la vía intrínseca.
También se ha visto que p53 puede interaccionar (sin pasar por el proceso de transcripción) con miembros de la familia de Bcl2, como Bcl XL. Bcl XL es una proteína antiapoptótica que, en estado basal secuestra al gen Bax inhibiendo la apoptosis. Cuando p53 es estimulado, puede unirse a Bcl XL liberando a Bax, que oligomeriza desencadenando en el proceso de apoptosis.
p53 también puede reprimir la expresión de miembros antiapoptóticos de la familia de Bcl2, como el propio Bcl2, y regular la expresión de proteínas implicadas en la apoptosis por la vía extrínseca, como los receptores de muerte.
p53 y ciclo celular Otra de las funciones clásicas de p53 es que puede parar el ciclo celular en caso de que sea necesario.
p53 incrementa la expresión de p21, un inhibidor de la CDK que impide que los complejos formados por la ciclina D1 y CDK se activen. El incremento de p21 implica la parada del ciclo celular.
Respuesta protectiva Se ha observado que p53 es muy importante para la protección contra las alteraciones de otros oncogenes. Además de ser un supresor tumoral (por sí mismo), se activa muy frecuentemente por mutaciones en otros oncogenes y en supresores tumorales.
Los oncogenes mutados promueven la proliferación, por lo que las células que tengan algún oncogen mutado proliferarán más rápido. La proliferación descontrolada hace que las células se encuentren sometidas a un gran estrés, que es captado por p53 (por alguna de las proteínas mediadoras que activan p53) que intentará que la mutación oncogénica no vaya a más 6 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV E2F activa la expresión de uno de los mediadores upstream a p53 que activan su expresión, en este caso ARF (p14ARF en humanos). ARF secuestra a MDM2 y a MULE, otra de las proteínas que regulan la estabilidad de p53, y las inhibe. De esta manera, p53 no puede ser degradado.
p53 es activado y lleva a cabo una respuesta protectiva. Con el fin de la que mutación oncogénica no vaya a más (no se replique), parará el ciclo celular, activará los mecanismos de reparación, inducirá senescencia, … y, en caso de que fuera necesario, induciría la apoptosis.
p53 resulta muy importante a la hora de proteger a las células frente a estímulos oncogénicos. Por ejemplo, tenemos un cultivo de fibroblastos con p53 Wild type y Ras mutado. La mutación de Ras implica que las células tienen una mayor probabilidad de transformarse y dar lugar a tumores. Si transfectamos las células con p53 mutado, se producen muchos más tumores (p53 suprime la tumorogénesis inducida por oncogenes).
Otro de los experimentos clásicos que más transcendieron de los que se llevaron a cabo con p53 fue uno en el que se microinyectó un anticuerpo contra p53 en el núcleo. En teoría, el anticuerpo debería haber bloqueado a p53 pero lo que ocurrió es que las células experimentaron una parada del ciclo celular. Se pensó que p53 podía llegar a ser un oncogén en determinadas circunstancias.
Hay diversos anticuerpos contra p53 y, en el caso de este experimento el que se utilizó fue PAb421, diseñado contra la región C-terminal en la que se encuentra el dominio de regulación negativa. El bloqueo de esa región concreta del anticuerpo es lo que provocaba que p53 se encontrara más activo y parase el ciclo celular.
Alteraciones de p53 Podemos encontrar p53 alterado de muchas maneras diferentes, por ejemplo puede sufrir mutaciones puntuales (1), puede inactivarse virus oncogénicos (2), puede presentar alteraciones en la localización (3), alteraciones del inhibidor MDM2 (4), puede estar afectado por alteraciones en otras vías de señalización (como PI3K/AKT) que intervengan en el control de la estabilidad de p53 (5, 6), puede haber alteraciones en las proteínas modificadoras upstream (7), … 7 CÁNCER Curso 2015/2016 El gen que codifica para p53 se encuentra en el cromosoma 17. El cromosoma 17 puede sufrir deleciones en el brazo corto, que es donde se encuentra el gen de p53. Tras esta deleción queda una sola copia del gen (LOH), que normalmente se suele inactivar con mutaciones puntuales. Que se produzca esto es muy frecuente.
p53 se encuentra mutado en muchos cánceres de prácticamente todos los tipos. Como podemos comprobar en la siguiente gráfica, las frecuencias de mutación de p53 son muy elevadas - en muchos tumores, las mutaciones de p53 superan el 20% de frecuencia.
Mutaciones de p53 en la línea germinal dan lugar al síndrome de Li-Fraumeni. Los afectados heredan mutaciones en una de las copias de p53, lo que implica que tienen una gran predisposición al desarrollo de tumores de muchos tipos.
8 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Si hablamos de mutaciones puntuales en las células somáticas, se conocen algunas sustancias que pueden causar las alteraciones en p53: radiaciones UV, afltatoxinas, el humo del tabaco o la aristolaquina.
Modelos animales Como se trata de un gen que se ha visto muy implicado en la carcinogénesis, se han desarrollado diferentes modelos animales para su estudio. El ratón knock out de p53 es un muy modelo para estudiar el papal de p53 en la oncogénesis. Se ha comprobado que, estos ratones sin p53 desarrollan muchos tumores diferentes.
El gen p53 no es muy importante en el desarrollo ya que los full KO de p53 no son letales embrionarios. A pesar de que pueden llegar a nacer, tienen una tasa de supervivencia muy baja debido al desarrollo de tumores muy agresivos a edad temprana.
Los ratones KO heterocigotos constituyen un buen modelo para el síndrome de Li-Fraumeni. Estos ratones también tienen una gran predisposición al desarrollo de muchos tipos tumorales.
En la siguiente tabla vemos un listado de animales modificados genéticamente. Se han ido modificando todos los residuos para conocer cuál es el papel de cada modificación sobre la función de p53.
Se ha visto que algunos residuos resultan importantes para el desarrollo de tumores en unos tejidos y que otros residuos resultan importantes en el desarrollo tumoral en otros tejidos.
9 CÁNCER Curso 2015/2016 Dominancia negativa Como ya hemos dicho, p53 actúa como supresor tumoral pero hay ciertas mutaciones que pueden hacer que funcione como oncogen. Para que p53 sea funcional, debe encontrarse formando un tetrámero. Puede ocurrir que tengamos unas células con el alelo Wild type y otras células con el alelo mutante, que actuará como dominante negativo. El fenómeno de dominancia negativa consiste en que, a pesar de que una de las copias de p53 esté normal, el alelo mutante hace que el tetrámero no pueda formarse o no sea funcional. Por probabilidad, la mayoría de los tetrámeros incluirán al menos un monómero del p53 mutado, que inhibe la función de todo el tetrámero.
En este caso, p53 actúa como oncogen. La dominancia negativa es más grave que la deleción del gen, ya que, en el caso de la deleción, aún quedan copias correctas de p53 (a no ser que el otro alelo también se encuentre mutado).
p53 también puede sufrir alteraciones que modifiquen la localización de la proteína, ya sean mutaciones en el propio gen o en elementos que controlan la translocación al núcleo. En las imágenes vemos histologías que muestran el fenómeno de exclusión nuclear.
Inactivación de p53 por virus oncogénicos El genoma del papilomavirus tiene la proteína oncogénica E6, que induce la degradación de p53, impidiendo su estabilización. Aunque se detecte que la célula infectada está sometida a un estrés, la propia proteína vírica impide que se activen los mecanismos de seguridad de la célula mediante la degradación de p53.
Acumulación de MDM2 Si el gen de MDM2 está amplificado, la proteína se expresará más (ganancia de función) y ubiquitinizará más p53 que, por tanto, se degradará más.
10 3º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Se han encontrado polimorfismos tanto en MDM2 como en p53 que pueden tener un papel importante en la susceptibilidad al desarrollo del cáncer.
El polimorfismo que modifica los niveles internos de MDM2 consiste en que, en una determinada posición, puede haber una T o una G: los individuos T/T tienen niveles más bajos de MDM2 mientras que los individuos G/G tienen niveles más altos.
En caso de producirse daño en el DNA o un estrés celular, en los individuos T/T los niveles de p53 aumentarán más que en los individuos G/G, que tendrán una respuesta protectiva menor.
En las gráficas vemos que, tras exponer a las células a un daño celular (concretamente tras la exposición a un etopósido), los individuos G/G no han sido capaces de detener la progresión del ciclo celular.
Alteraciones en la vía PI3K/AKT Se produce un bucle de regulación entre p53 y la vía PI3K/AKT por lo que, cuando la vía PI3K/AKT se encuentra alterada, puede repercutir en la vía de p53.
Cuando se activa AKT, se produce un incremento del crecimiento celular. Según uno de los modelos que se han descrito, parece que AKT fosforila a MDM2, activándola y haciendo que incremente su actividad. MDM2 sobreactivado, hace que disminuyan los niveles de p53.
También podemos encontrar estudios en los que se ha observado que los niveles de p53 incrementan cuando PTEN, que induce la sobreactivación de AKT, se encuentra mutado.
11 CÁNCER Curso 2015/2016 La mutación de oncogenes y de supresores tumorales puede activar a p53 ya que, el incremento de ATK y por tanto, de la proliferación puede hacer aumentar los niveles de p53 a través de ARF. El exceso de proliferación genera un estrés que hace que p53 se active.
Se ha comprobado que si se genera un ratón con PTEN y p53 mutados, se generan unos tumores mucho más agresivos.
Mutaciones en elementos upstream a p53 Podemos encontrar mutaciones en la kinasa ATM o en CHK2 que provocarán que, aunque haya un daño en el genoma o una situación de estrés, p53 no se active ("no se entera" de que se ha producido un daño).
X Podemos encontrar mutaciones en CHK2 en familias afectadas por el Síndrome de Li-Fraumeni.
Alteraciones en miRNAs que regulan p53 Existen enormes redes de regulación sobre p53 por parte de miRNAs. Los miRNAs reconocen la región 5'UTR de p53 y lo degradan.
También podemos encontrar muchos miRNAs que regulan elementos reguladores del propio p53.
Los miRNAs que reconocen a p53 son oncogénicos, ya que inducen la degradación de p53. En caso de encontrarse sobreexpreados, disminuye la respuesta protectiva llevada a cabo por p53.
También podemos encontrar miRNA que ejercen de supresores tumorales, que serán aquellos que actúen sobre los represores de p53.
12 ...