腫瘤抑制基因p53的生物學(xué)功能研究進(jìn)展和意義

1、腫瘤抑制基因p53的生物學(xué)功能研究進(jìn)展和意義中華病理學(xué)雜志000122 腫瘤抑制基因p53為細(xì)胞癌基因中研究最為廣泛和深入的基因之一，有關(guān)的研究論文平均每年超過1 000篇，并為Science雜志評為1993年度的明星分子1。經(jīng)過多年的研究，對p53基因的結(jié)構(gòu)已有了明確的認(rèn)識，對p53基因的功能研究也取得重要進(jìn)展。p53與多種基因之間均存在相互調(diào)節(jié)的作用，但對其中大部分的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不明確。目前細(xì)胞癌基因的研究已由單一基因發(fā)展到對多基因協(xié)同作用和相互調(diào)節(jié)機(jī)制的研究階段。p53基因的異常幾乎存在于人類的所有腫瘤，故對其作用機(jī)制的研究顯得尤為重要。但對于p53基因及其表達(dá)產(chǎn)物在正常細(xì)胞周期中的作用機(jī)

2、制、基因間的調(diào)節(jié)及在腫瘤發(fā)生中的具體作用，諸如是通過何種確切途徑去啟動生長停滯和細(xì)胞凋亡？細(xì)胞DNA損傷時調(diào)動p53積聚的信號有那些等方面還存在許多有待解決的問題。一、p53與p21WAF1/CIP1p21WAF1/CIP1基因編碼產(chǎn)物是一種細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白(cyclin-dependent kinase inhibitor,CDKI)。它通過調(diào)控細(xì)胞周期的進(jìn)程，參與細(xì)胞的生長、分化、衰老及死亡。在p21編碼區(qū)上游2.4 kb和大于8 kb處有2個p53結(jié)合區(qū)，在上游75 bp處有一個弱p53結(jié)合區(qū)2，實(shí)驗(yàn)表明，在p53+/+的細(xì)胞中，DNA損傷時常有p53和p21的高表達(dá)，而在

3、p53-/-細(xì)胞，則無p21表達(dá)，細(xì)胞也無G1期的停滯。p21作為p53的下游激活產(chǎn)物，執(zhí)行p53的部分功能。當(dāng)細(xì)胞DNA損傷后，p53蛋白積聚，使p21基因表達(dá)上調(diào)，細(xì)胞阻滯于G1期，以贏得時間，在細(xì)胞進(jìn)入S期前修復(fù)損傷的DNA。p53和p21的相互調(diào)節(jié)對于使損傷的細(xì)胞阻滯于G1期是必需的。最近Vogelstein等3又報道了新的研究結(jié)果，認(rèn)為細(xì)胞在DNA損傷后，p53和p21的調(diào)節(jié)作用對于細(xì)胞阻滯于G2期也是必需的。p53和p21參與細(xì)胞DNA損傷修復(fù)機(jī)制可參閱1。二、p53與mdm2及ARFmdm2為一種進(jìn)化保守基因，具有轉(zhuǎn)錄因子功能，野生型(wt)或突變型(mt)的p53均可與mdm2

4、基因產(chǎn)物結(jié)合，使p53介導(dǎo)的反式激活、抑制細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)凋亡的作用受抑制，解除細(xì)胞G1期的阻滯并重新進(jìn)入細(xì)胞周期。mdm2蛋白為p53基因激活的靶點(diǎn)，目前認(rèn)為野生型p53基因?qū)刂萍?xì)胞周期，維持細(xì)胞遺傳穩(wěn)定性具有重要作用，并認(rèn)為可能是通過GADD45(growth arrest and DNA damage inducible gene)和 mdm2行使調(diào)節(jié)作用。p53蛋白與mdm2蛋白結(jié)合構(gòu)成寡二聚體復(fù)合物，mdm2過度表達(dá)則抑制p53的轉(zhuǎn)錄活性。抑制作用是通過mdm2與p53蛋白酸性活化區(qū)直接結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。無論細(xì)胞內(nèi)mdm2是否擴(kuò)增，野生型p53的表達(dá)都能強(qiáng)烈影響mdm2蛋白在相同細(xì)胞中的表

5、達(dá)。二者不但在調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂、增殖方面存在一種相互調(diào)節(jié)的機(jī)制，而且非常復(fù)雜。Kamijo等4和Velculescu等5報道，腫瘤抑制基因INK4a-ARF的編碼蛋白p19ARF與p53、mdm2均存在功能上的相互調(diào)節(jié)作用，ARF與p53之間存在直接的相互作用關(guān)系，通過提高p53功能穩(wěn)定性或其他尚未知的機(jī)制調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。1 p53和p21參與細(xì)胞損傷修復(fù)的分子途徑(參考文獻(xiàn)5)三、p53與最近發(fā)現(xiàn)的幾種基因產(chǎn)物的關(guān)系Schmale等6于1997年從大鼠的表皮細(xì)胞中克隆了一種基因，命名為Ket，在C-末端的第498606氨基酸殘基部位與人p53高度同源。該基因具有p53所具備的生物學(xué)功能，屬于一種分

6、化、發(fā)育相關(guān)的基因，可能還具有組織特異性分化的功能。Ket基因的出現(xiàn)，為p53基因的研究又提出了新的課題。Nishimori等7克隆了一種含1 584個氨基酸殘基的基因，命名為BAI1，特異性在腦組織中表達(dá)，可以抑制膠質(zhì)瘤組織中的血管生成。目前發(fā)現(xiàn)，BAI1是p53調(diào)節(jié)的靶基因。Israeli等8克隆了一種長7.5 kb的基因PAG608。該基因編碼一種核內(nèi)的鋅指蛋白，中等表達(dá)量即可使細(xì)胞核形態(tài)改變，過度表達(dá)時能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，PAG608在細(xì)胞DNA損傷時mRNA表達(dá)和蛋白質(zhì)表達(dá)增加都依賴于p53的調(diào)控，為一種p53的靶基因。Simons等9于1997年報道了命名為PACT的基因克隆

7、和特征。該基因的克隆是以p53作探針從表達(dá)文庫中得到，編碼相對分子質(zhì)量250 000的核內(nèi)蛋白。應(yīng)用免疫沉淀和免疫吸附試驗(yàn)，證明PACT蛋白能與野生型p53和Rb蛋白結(jié)合，與p53蛋白結(jié)合后，能影響p53基因的特異性DNA結(jié)合功能。有關(guān)PACT基因及其產(chǎn)物的生物學(xué)功能仍有待更多的研究探索。Osada等10在1998年克隆到一個新基因命名為p51。其后又發(fā)現(xiàn)幾個與p53高度同源的新基因如p73A、p73B、p51A、p51B、p63等。這些基因與p53除了結(jié)構(gòu)上高度同源外，在功能上也存在非常復(fù)雜的聯(lián)系，所以把這一類基因稱作為p53基因家族，其生物學(xué)功能和意義以及在腫瘤發(fā)生中的作用正在研究之中。四

8、、p53與DNA腫瘤病毒蛋白的相互作用p53基因產(chǎn)物為核內(nèi)磷酸化蛋白，具有蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)和DNA-蛋白質(zhì)結(jié)合的功能。p53蛋白不僅可與雙鏈DNA結(jié)合，也具有與單鏈DNA結(jié)合的能力，除了能與細(xì)胞內(nèi)某些基因產(chǎn)物蛋白結(jié)合，還可與一些腫瘤病毒轉(zhuǎn)化蛋白結(jié)合并使p53功能失活。 研究認(rèn)為除p53突變外，腫瘤病毒蛋白與p53結(jié)合是p53改變與腫瘤發(fā)生關(guān)系中最主要的原因。目前已報道的能與p53結(jié)合的細(xì)胞內(nèi)蛋白有CBF、E6-AP、ERCC3、HSP70、mdm2、RPA、SP1、TAF40、TAF60、TBP和WT1等；能與p53結(jié)合的DNA腫瘤病毒蛋白有腺病毒E1B、EBNA5、HPV-E6、SV40T和H

9、BxAg。p53基因與腫瘤病毒相互作用的生物學(xué)機(jī)制如2所示。注：方框內(nèi)為最終結(jié)果2 p53與腫瘤病毒蛋白相互作用與腫瘤發(fā)生機(jī)制(參考文獻(xiàn)5)p53蛋白與SV40 T、腺病毒E1B、EBNA5和HPV6的相互關(guān)系及在腫瘤發(fā)生中的作用，已有許多報道，現(xiàn)介紹乙肝病毒X蛋白與p53的關(guān)系及其在肝癌發(fā)生中的作用機(jī)制。乙型肝炎病毒(HBV)為一種小型的DNA病毒，HBV慢性感染者發(fā)生肝癌的危險性比無感染者高200倍左右。雖經(jīng)多年研究，HBV致肝癌的確切機(jī)制仍不明確。HBV X基因?yàn)?個開放閱讀框架中最小的1個，其編碼產(chǎn)物HBxAg具有反式激活作用，與肝癌的發(fā)生具有密切關(guān)系。肝癌中p53突變頻率是腫瘤基因突

10、變較高的一種。在一些與HBV感染相關(guān)的肝癌中，發(fā)現(xiàn)存在p53蛋白細(xì)胞內(nèi)積聚，但p53基因突變率則較低，提示HBxAg可能具有與其他DNA腫瘤病毒編碼產(chǎn)物類似的作用，即與p53之間存在蛋白-蛋白結(jié)合的關(guān)系。為證實(shí)這一假設(shè)，我們11，12應(yīng)用免疫沉淀和細(xì)胞內(nèi)摻入的方法，于1993年報道了HBxAg與p53存在蛋白-蛋白結(jié)合。繼之其他實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步研究證實(shí)，HBV是繼SV40、腺病毒、EBV和HPV之后，第5個病毒編碼產(chǎn)物能與p53蛋白結(jié)合的DNA病毒。這一現(xiàn)象不僅存在人HBV，也存在于WHV13。進(jìn)一步對HBV基因組進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在HBV增強(qiáng)子(enhancer )上游的10471059 bp區(qū)域，

11、存在經(jīng)典的p53基因DNA-蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)類似的基因序列，即2個TGCCT正向重復(fù)序列。經(jīng)凝膠電泳遷移率等實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這一序列可特異性地與p53蛋白結(jié)合14。以上研究初步表明，在HBV感染相關(guān)性肝癌中，HBV與p53之間不僅存在蛋白-蛋白(HBxAg-p53)的結(jié)合，還存在DNA-蛋白質(zhì)(HBV-p53)的結(jié)合，導(dǎo)致p53蛋白在細(xì)胞內(nèi)積聚，正常的負(fù)調(diào)節(jié)功能喪失。p53在HBV相關(guān)性肝癌發(fā)生中的可能作用機(jī)制如3所示。注：方框內(nèi)指病毒以外的相關(guān)因素3 p53與HBV相關(guān)性肝癌發(fā)生的可能機(jī)制綜上所述，關(guān)于抑癌基因p53與腫瘤關(guān)系，近年來較注重于p53功能、基因間調(diào)節(jié)、與其他因子相互關(guān)系等方面的研究。隨

12、著研究的不斷深入，進(jìn)一步加深對p53基因生物學(xué)功能和在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中作用的理解，將更有助于腫瘤的診斷、治療和預(yù)后評估。參考文獻(xiàn)：1Koshland DE Jr. Molecular of the year .Science,1993,262:1953.2El-Deiry WS, Tokino T, Velculescu VE, et al. WAF1, a potential mediator of p53 tumor suppression. Cell ,1993,75:817-825.3Bunz F, Dutriaux A, Lengauer C, et al. Requirement

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