Онкоген

Вирус онкогендері — кейбір ДНҚ-ды және РНҚ-ды вирустар гендері. Бұл гендер торша геномын трансформациялайды да, ісік туғызады. Қазір 20-дан астам онкогендер белгілі. Олар өзара туыс емес, бірақ торша гендеріне жақын. Осыған орай, оларды вирустар кұрамына қосып алынған гендер деген болжам бар. Тағы бір жағдай, кейбір вирустардың трансформациялайтын қасиеті болғанымен, онкогендері болмайды (мысалы, лейкоз вирусы).

Онкоген болжамы — қатерлі ісіктің пайда болуы жөніндегі болжам 1969 ж. Хюбнер мен Тодаро айтқан. Бұл болжам бойынша әр омырқалылар класы организмнің ұрық торшасында катерлі ісікке айналуына әкелетін генетикалық мәлімет бар. Мәлімет С-типті вирустардың торша ДНҚ-на кіре алатын РНҚ-лы деп саналады. Мұндай мәлімет торша геномымен бірге келесі ұрпақка беріледі. Оны вироген деп атайды, геном бөлігін онкоген деп атайды.

Олдрич синдромы (вискотт-олдрич синдромы) — Х-хромосомында орналасқан рецессивті генмен байланысты өте сирек кездесетін ауру. Тромбоциттің, лейкоциттің көбеюімен организмнің жұқпалы ауруларға және тері ауруларына (экзема) бейімділігімен көрінеді. Ауруды 1937 ж. Вискотт және 1954 ж. Олдрич сипаттап жазған.

Онковирустар — ісік туғызатын ретровирустар тұкымдастығының бір тармағы. Құрамына үш туыстық бар С, В, Д және өгіз лейкозының онковирусы кіреді. Түрлерге бөлу вирус бөлшектерінің морфологиялық белгілері негізінде жүргізіледі. Онковирустар В түрі көбірек тараған, ол сүткоректілерді, кұстар мен баурымен жорғалаушыларды зақымдайды. Онковирустар Д түрі маймылдар мен мангустардан, В түрі — тышқандар мен теңіз шошқасынан бөлініп алынған. Онковирустар А түрін торшалар өсіндісінен табуға болады және бұл басқа. Онковирустардың бастапқы формасы болуы мүмкін.

Онкоген — это ген, продукт которого может стимулировать образование злокачественной опухоли. Мутации, вызывающие активацию онкогенов, повышают шанс того, что клетка превратится в раковую клетку. Считается, что гены-супрессоры опухолей (ГСО) предохраняют клетки от ракового перерождения, и, таким образом, рак возникает либо в случае нарушения работы генов-супрессоров опухолей, либо при появлении онкогенов (в результате мутации или повышения активности протоонкогенов, см.ниже). Многие клетки при появлении в них мутаций вступают в апоптоз, но в присутствии активного онкогена могут ошибочно выживать и пролиферировать. Для злокачественного перерождения клетки под действием многих онкогенов требуется дополнительная стадия, например, мутация в другом гене, факторы внешней среды (например, вирусные инфекции). С 1970х открыты десятки онкогенов у человека. Многие противораковые лекарства направлены на подавление активности онкогенов либо их продуктов.

Протоонкоген — это обычный ген, который может стать онкогеном из-за мутаций или повышения экспрессии. Многие протоонкогены кодируют белки, которые регулируют клеточный рост и дифференцировку. Протоонкогены часто вовлечены в пути передачи сигнала и в регуляцию митоза, обычно через свои белковые продукты. После активации (которая происходит из-за мутации самого протоонкогена или других генов) протоонкоген становится онкогеном и может вызвать опухоль. Примерами продуктов протоонкогенов являются белки, вовлеченных в сигнальные пути — белок RAS, а также белки WNT, Myc, ERK и TRK.

Активация

Протоонкоген может стать онкогеном путем относительно незначительной модификации его естественной функции. Существует три основных пути активации:

• Мутация внутри протоонкогена, которая меняет структуру белка и
• повышает активность белка (фермента)
• при этом утрачивается регуляция экспрессии соответствующего гена
• Повышение концентрации белка путем
• повышения экспрессии гена (нарушение регуляции экспрессии)
• повышение стабильности белка, увеличение периода полужизни и, соответственно, активности в клетке
• дупликация гена (хромосомная перестройка), в результате чего повышается концентрация белка в клетке
• Транслокация (хромосомная перестройка), которая вызывает
• повышение экспрессии гена в нетипичных клетках или в нетипичное время
• экспрессия постоянно активного гибридного белка. Такой тип перестройки в делящихся стволовых клетках костного мозга приводит к лейкемии у взрослых.

Мутации в микроРНК могут также приводить к активации онкогенов. Исследования показали, что малые молекулы РНК длиной 21-25 нуклеотидов, называемые микроРНК, контролируют экспрессию генов путем понижения их активности. Антисмысловые мРНК могут теоретически быть использованы для блокировки действия онкогенов.

См. также

Канцерогене́з (лат. cancerogenesis; cancer — рак + др.-греч. γένεσις — зарождение, развитие) — сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли. (син. онкогенез).

Изучение процесса канцерогенеза  является ключевым моментом как для  понимания природы опухолей, так и для поиска новых и эффективных методов лечения онкологических заболеваний. Канцерогенез — сложный многоэтапный процесс, ведущий к глубокой опухолевой реорганизации нормальных клеток организма. Из всех предложенных до ныне теорий канцерогенеза, мутационная теория заслуживает наибольшего внимания. Согласно этой теории, опухоли являются генетическими заболеваниями, патогенетическим субстратом которых является повреждение генетического материала клетки (точечные мутации, хромосомные аберрации и т. п.). Повреждение специфических участков ДНК приводит к нарушению механизмов контроля за пролиферацией и дифференцировкой клеток и в конце концов к возникновению опухоли^[1].

Генетические аспекты канцерогенеза

Генетический аппарат  клеток обладает сложной системой контроля деления, роста и дифференцировки клеток. Изучены две регулирующие системы оказывающие кардинальное влияние на процесс клеточной пролиферации.

Протоонкогены

Протоонкогены это группа нормальных генов клетки, оказывающих стимулирующее влияние на процессы клеточного деления, посредством специфических продуктов их экспрессии. Превращение протоонкогена в онкоген (ген, определяющий опухолевые свойства клеток) является одним из механизмов возникновения опухолевых клеток. Это может произойти в результате мутации протоонкогена с изменением структуры специфического продукта экспрессии гена, либо же повышением уровня экспрессии протоонкогена при мутации его регулирующей последовательности (точечная мутация) или при переносе гена в активно транскрибируемую  область хромосомы (хромосомные аберрации). На данный момент изучена канцерогенная активность протоонкогенов группы ras (HRAS, KRAS2). При различных онкологических заболеваниях регистрируется значительное повышение активности этих генов (рак поджелудочной железы, рак мочевого пузыря и т. д.).

Гены-супрессоры опухолей

Функции генов-супрессоров противоположны функциям протоонкогенов. Гены-супрессоры оказывают тормозящее влияние на процессы клеточного деления и выхода издифференцировки. Доказано, что в ряде случаев инактивация генов-супрессоров с исчезновением их антагонистического влияния по отношению к протоонкогенам ведет к развитию некоторых онкологических заболеваний. Так, потеря участка хромосомы, содержащего гены-супрессоры, ведет к развитию таких заболеваний, как ретинобластома, опухоль Вильмса и др. Таким образом, система протоонкогенов и генов-супрессоров формирует сложный механизм контроля темпов клеточного деления, роста и дифференцировки. Нарушения этого механизма возможны как под влиянием факторов внешней среды, так и в связи с геномной нестабильностью — теория, предложенная Кристофом Лингауром и Бертом Фогельштейном. Питер Дюсберг из Калифорнийского университета в Беркли утверждает, что причиной опухолевой трансформации клетки может быть анеуплоидия (изменение числа хромосом или потеря их участков), являющаяся фактором повышенной нестабильности генома. По мнению некоторых ученых, ещё одной причиной возникновения опухолей мог бы быть врождённый или приобретённый дефект систем репарации клеточной ДНК. В здоровых клетках процесс репликации (удвоения) ДНК протекает с большой точностью благодаря функционированию специальной системы исправления пострепликационных ошибок. В геноме человека изучено, по крайней мере, 6 генов, участвующих в репарации ДНК. Повреждение этих генов влечёт за собой нарушение функции всей системы репарации, и, следовательно, значительное увеличение уровня пострепликационных ошибок, то есть мутаций (Lawrence A. Loeb).

Канцерогенные факторы

На данный момент известно большое количество факторов, способствующих канцерогенезу:

Химические факторы

Вещества ароматической природы (полициклические и гетероциклические ароматические углеводороды, ароматические амины), некоторые металлы и пластмассы обладают выраженным канцерогенным свойством благодаря их способности реагировать с ДНК клеток, нарушая ее структуру (мутагенная активность). Канцерогенные вещества в больших количествах содержатся в продуктах горения автомобильного и авиационного топлива, в табачных смолах. При длительном контакте организма человека с этими веществами могут возникнуть такие заболевания, как рак легкого, рак толстого кишечника и др. Известны также эндогенные химические канцерогены (ароматические производные аминокислотытриптофана), вызывающие гормонально зависящие опухоли половых органов.

Физические факторы

Солнечная радиация (в  первую очередь ультрафиолетовое излучение) и ионизирующее излучение также обладает высокой мутагенной активностью. Так, после аварии Чернобыльской АЭС отмечено резкое увеличение заболеваемости раком щитовидной железы у людей, проживающих в зараженной зоне. Длительное механическое или термическое раздражение тканей также является фактором повышенного риска возникновения опухолей слизистых оболочек и кожи (рак слизистой рта, рак кожи, рак пищевода).

Биологические факторы

Доказана канцерогенная  активность вируса папиломы человека в развитии рака шейки матки ^[2], вируса гепатита В в развитии рака печени, ВИЧ — в развитии саркомы Капоши. Попадая в организм человека, вирусы активно взаимодействуют с его ДНК, что в некоторых случаях вызывает трансформацию собственных протоонкогенов человека в онкогены. Геном некоторых вирусов (ретровирусы) содержит высоко активные онкогены, активирующиеся после включения ДНК вируса в ДНК клеток человека.

Наследственная предрасположенность

Изучено более 200 наследственных заболеваний, характеризующихся повышенным риском возникновения опухолей различной  локализации. Развитие некоторых типов  опухолей связывают с врожденным дефектом системы репарации ДНК (пигментная ксеродерма)^[3].

Биологические механизмы канцерогенеза

Теория четырёхстадийного канцерогенеза

Материальным субстратом опухолевой трансформации клеток являются различного типа повреждения генетического  аппарата клетки (соматические мутации, хромосомные аберрации, рекомбинации), вызывающие превращение протоонкогенов в онкогены или резко повышающие уровень их экспрессии. Гиперэкспрессия клеточных онкогенов, вызывающая опухолевую трансформацию, может иметь место также и в случае стойкого деметилирования их ДНК при отсутствии каких бы то ни было повреждений самих онкогенов. Следствием данных изменений является возникновение на каком-либо уровне внутриклеточных сигнальных каскадов несанкционированного пролиферативного сигнала, вызывающего бесконтрольное деление клеток. Повреждение генетического материала клетки происходит под воздействием внешних и внутренних канцерогенных факторов, рассмотренных выше. Первичное воздействие канцерогенного фактора на клетку носит название «инициации» и заключается в возникновении потенциально трансформирующего изменения клеточных онкогенов, а также несанкционированном выключении генов-супрессоров или генов, вызывающих апоптоз и активизации генов, препятствующих апоптозу. Внутриклеточные сигнальные каскады устроены таким образом, что нарушение лишь одного из их звеньев вызовет апоптоз клетки, а не её бесконтрольное деление, поэтому для успешного канцерогенеза необходимы изменения многих звеньев, максимально имитирующие влияние цитокинов и устраняющие возможность гибели клетки. Это первая стадия канцерогенеза. Однако для осуществления опухолевой трансформации клетки — «промоции» — необходимо повторное воздействие на клетку или канцерогенного фактора (того же, что вызвал инициацию, или другого), или фактора, не являющегося канцерогеном, но способного вызвать активизацию изменённых онкогенов — промотора. Как правило, промоторы вызывают пролиферацию клеток посредством активизации пролиферативных сигнальных каскадов, прежде всего протеинкиназы С. Промоция — вторая стадия канцерогенеза. Образование опухолей вследствие воздействия онкогенных ретровирусов, привносящих в клетку активный онкоген, эквивалентно осуществлению первых двух стадий канцерогенеза — в этом случае инициация имела место в других клетках иного организма, где изменённый онкоген был захвачен в геном ретровируса. Появление несанкционированных сигналов является хотя и необходимым, но не достаточным условием образования опухоли. Опухолевый рост становится возможным лишь после осуществления ещё одной, третьей, стадии канцерогенеза — уклонения трансформированных клеток от дальнейшей дифференцировки, которое обычно вызывается несанкционированной активностью генов некоторых клеточных микроРНК. Последние препятствуют функционированию белков, отвечающих за протекание специализации клеток; известно, что не менее 50 % опухолей ассоциированы с теми или иными повреждениями в участках генома, которые содержат гены микроРНК. Прекращение дифференцировки возможно также из-за отсутствия цитокинов, необходимых для перехода созревающих клеток на следующий этап специализации (в этом случае присутствие цитокина может вызвать нормализацию и продолжение дифференцировки раковых клеток — процесс, обратный канцерогенезу). Созревание трансформированных клеток приостанавливается, и они — в результате непрерывной пролиферации и подавления апоптоза — накапливаются, формируя опухоль — клон клеток, обладающих рядом особенностей, не свойственных нормальным клеткам организма. Так, в частности, для опухолевых клеток характерен высокий уровень анеуплоидии и полиплоидии, что является результатом нестабильности генома. Также наблюдаются различные нарушения митоза. Клетки опухоли с наиболее распространённым набором хромосом образуют стволовую линию. В ходе развития опухоли, в силу её генетической нестабильности, происходит частое изменение ее клеточного состава и смена стволовой линии Такая стратегия роста имеет адаптативный характер, так как выживают только наиболее приспособленные клетки. Мембраны опухолевых клеток не способны реагировать на стимулы микроокружения (межклеточная среда, кровь, лимфа), что приводит к нарушению морфологических характеристик ткани (клеточный и тканевой атипизм). Сформировавшийся опухолевый клон(стволовая линия) синтезирует собственные цитокины и идёт по пути наращивания темпов деления, предотвращения истощения теломер, уклонения от иммунного надзора организма и обеспечения интенсивного кровоснабжения. Это четвёртая, заключительная стадия канцерогенеза — опухолевая прогрессия. Её биологический смысл заключается в окончательном преодолении препятствий на пути опухолевой экспансии. Опухолевая прогрессия носит скачкообразный характер и зависит от появления новой стволовой линии опухолевых клеток. Прорастая в кровеносные и лимфатические сосуды опухолевые клетки разносятся по всему организму и, оседая в капиллярах различных органов, формируют вторичные (метастатические) очаги опухолевого роста. ^[4].

Иммунологические особенности онкологических процессов

Существует мнение что  в организме человека постоянно  образуются потенциальные опухолевые клетки. Однако в силу своей антигенной гетерогенности они быстро распознаются и разрушаются клетками иммунной системы. Таким образом нормальное функционирование иммунной системы является основным фактором натуральной защиты от опухолей. Этот факт доказан клиническими наблюдениями за больными с ослабленной иммунной системой, у которых опухоли встречаются в десятки раз чаще чем у людей с нормально работающей иммунной системой. Иммунный механизм сопротивляемости опухолям опосредован большим количеством специфических клеток (В- и Т-лимфоциты, NK-клетки, моноциты, полиморфо-ядерные лейкоциты) и гуморальных механизмов. В процессе опухолевой прогрессии клетки опухоли оказывают выраженное антииммунное действие, что приводит к ускорению темпов роста опухоли и появлению метастазов.

Стадии формирования опухоли

Выделяют следующие  стадии формирования опухоли^[5]

1. Гиперплазия ткани
2. Доброкачественная опухоль
3. Дисплазия
4. Рак in situ
5. Инвазивный рак

Вторая стадия (формирование доброкачественной опухоли) может  отсутствовать.

Рак in situ прорастает базальную  мембрану. Опухолевые клетки разрушают  и замещают собой предсуществующий эпителий. В дальнейшем раковые клетки врастают в лимфатические и кровеносные  сосуды с последующим переносом  опухолевых клеток и образованием метастазов.

Влияние опухоли на организм

Доброкачественные опухоли (для них характерен медленный неинвазивный рост и отсутствие метастазов) практически не влияют на общее состояние больного и проявляются лишь симптомами сдавления прилежащих органов (по этой причине смертельно опасны даже доброкачественные опухоли головного мозга). 

Злокачественные опухоли, напротив ведут к прогрессивному ухудшению состояния больного, состоянию общей истощённости и поражению различных органов метастазами.

p53

p53 (белок p53) — это транскрипционный фактор, регулирующий клеточный цикл. p53 выполняет функцию супрессора образования злокачественных опухолей, соответственно генTP53 является антионкогеном.  Мутации гена TP53 обнаруживаются в клетках около 50 % раковых опухолей. Зачастую его называют «стражем генома». Своё название белок получил по молекулярной массе, которая была определена по его движению в SDS-PAGE — 53 кДа. Реальная молекулярная масса белка составляет 43,7 кДа. Погрешность в первоначальном определении молекулярной массы вызвана наличием множества остатков пролина в составе p53, которые замедляют движение белка в геле.

Названия белка

• Клеточный опухолевый антиген p53
• Опухолевый супрессор p53
• Фосфопротеин p53
• Антиген NY-CO-13

Ген белка p53

Ген человека, кодирующий белок p53, называется TP53 (курсив указывает на то, что это название гена, а не белка). Этот ген расположен на хромосоме 17 (17p13.1).

Локализация гена в геноме других организмов:

• Мышь — хромосома 11
• Крыса — хромосома 10
• Собака — хромосома 5
• Свинья — хромосома 12

Структура

Человеческий белок p53 состоит из 393 аминокислотных остатков и имеет 5 доменов:

• N-концевой домен, активирующий транскрипцию (англ. transcription-activation domain; TAD), аминокислотные остатки 1-42;
• Богатый пролином домен, важный для апоптотической активности p53, аминокислотные остатки 80-94;
• ДНК-связывающий домен («цинковый палец»), аминокислотные остатки 100—300;
• Домен, отвечающий за олигомеризацию, аминокислотные остатки 307—355. Тетрамеризация очень важна для активности p53 in vivo;
• C-концевой домен, задействованный в отсоединении ДНК-связывающего домена от ДНК, аминокислотные остатки 356—393.

Мутации, инактивирующие p53 при раковой трансформации, обычно затрагивают ДНК-связывающий домен. Эти мутации приводят к неспособности белка p53 связываться с ДНК и, следовательно, выполнять функцию активатора транскрипции. Такие мутации обычно являются рецессивными. В случае мутаций в домене, отвечающем за олигомеризацию, мутантный белок зачастую способен образовывать димеры с белком дикого типа, инактивируя его. Такие мутации являются доминантными.

Функции белка p53

Белок р53 является продуктом гена-супрессора опухоли TP53 и экспрессируется во всех клетках организма. При отсутствии повреждений генетического аппарата белок р53 находится в неактивном состоянии, а при появлении повреждений ДНК активируется. Активация состоит в приобретении способности связываться с ДНК и активировать транскрипцию генов, которые содержат в регуляторной области нуклеотидную последовательность, которая называется p53-response element (участок ДНК, с которым связывается белок р53). Таким образом, р53 — фактор, который запускает транскрипцию группы генов и который активируется при накоплении повреждений ДНК. Результатом активации р53 является остановкаклеточного цикла и репликации ДНК; при сильном стрессовом сигнале — запуск апоптоза. Белок р53 активируется при повреждениях генетического аппарата, а также при стимулах, которые могут привести к подобным повреждениям, или являются сигналом о неблагоприятном состоянии клетки (стрессовом состоянии). Функция белка р53 состоит в удалении из пула реплицирующихся клеток тех клеток, которые являются потенциально онкогенными (отсюда образное название белка р53 — англ. guardian of the genome — хранитель генома). Данное представление подтверждается тем фактом, что потеря функции белка р53 может быть установлена в ~50 % случаев злокачественных опухолей человека. В регуляции активности белка р53 ведущая роль принадлежит посттрансляционным модификациямбелка и его взаимодействиям с другими белками.

Активация белка р53 происходит в ответ на многочисленные стрессовые стимулы:

1. непосредственные повреждения ДНК (классический стимул);
2. повреждения аппарата сегрегации генетического материала (например, митотического веретена);
3. уменьшение концентрации свободных рибонуклеотидов;
4. гипоксия;
5. тепловой шок;
6. высокая концентрация NO (монооксида азота);
7. ионизирующее излучение.

В быстро делящихся(пролиферирующих) клетках было обнаружено увеличение концентрации белка р53 по сравнению с делящимися медленно. Значение увеличения концентрации р53 в данном случае в том, что клетки, которые быстро реплицируют ДНК, более подвержены возникновению повреждений генетического аппарата, чем, например, неделящиеся клетки в фазе G₀. Следовательно, увеличение концентрации р53 — это подготовка клетки для быстрой реакции на возможное возникновение повреждений ДНК. Очевидно, что для остановки клеточного цикла в условиях стимуляции пролиферации внеклеточнымиростовыми факторами требуется более высокая концентрация р53, чем в условиях фазы G₀. Вследствие строгого посттрансляционного контроля активации белка р53, высокая концентрация белка р53 сама по себе не ведёт к его активации. Концентрация белка р53 увеличивается в результате снятия ингибирования трансляции его мРНК. Подавление трансляции происходит в результате связывания регуляторных белков с последовательностями нуклеотидов в 3'-нетранслируемой областимРНК. Модификация белка р53 приводит к его активации. Латентный (неактивный) белок р53 локализуется в цитоплазме (по крайней мере на некоторых стадиях клеточного цикла); активный белок р53 локализуется в ядре клетки. При отсутствии стрессового стимула белок р53 имеет короткий периодполураспада (5—20 мин в зависимости от типа клеток). Активация белка сопряжена с увеличением его стабильности. В регуляции стабильности (и активности) белка р53 главная роль принадлежит белку Mdm2.

Роль Mdm2 в регуляции функций p53

При нормальных условиях в клетке экспрессируются и белок  р53, и белок Mdm2. Функция белка Mdm2 первоначально  была установлена у мышей, отсюда название Mdm2 (англ. mouse double minute chromosome amplified oncogene — онкоген, который был амплифицирован на хромосоме типа «double minute»). Гомологичный ген человека HDM2 также является онкогеном. N-концевой домен белка Mdm2 связывается с N-концевым трансактивирующим доменом белка р53. Таким образом, белок Mdm2 препятствует активирующему действию белка р53. Кроме того, комплекс Mdm2:р53 является ингибитором транскрипции (вероятно, вследствие сохранения способности белка р53 к присоединению к ДНК). Белок Mdm2 является ферментом группы E3 системы убиквитин-зависимого протеолиза, причём Mdm2 специфичен в отношении белка р53. Это означает, что белок Mdm2 катализируетперенос активированного убиквитина с фермента группы Е2 на белок р53. Таким образом, белок Mdm2 является Е3-лигазой. Маркированный убиквитином белок р53 являетсясубстратом для 26S-протеасомы, которая осуществляет протеолиз молекул белка р53. В нестрессовых условиях постоянно образуется комплекс Mdm2:р53 и осуществляется протеолиз р53. Этим объясняется низкая концентрация р53 в клетке в отсутствие стресса. Центральная роль белка Mdm2 в деградации белка р53 подтверждается и тем фактом, что добавление к клеткам моноклональных антител к комплексу Mdm2:p53 приводит к значительному увеличению концентрации белка р53. Из приведённых рассуждений также понятно, что повышенная экспрессия белка Mdm2 является онкогенным фактором, а сам белок следует отнести к протоонкогенам. Кроме 26S-протеасомы протеолиз белка р53 может осуществляться цистеиновыми протеазами семейства С2, которые также известны как кальпаины. Активированный белок р53 стимулирует экспрессию гена mdm2. Таким образом, для регуляции активности белка р53 существует механизм отрицательной обратной связи. Ген mdm2 является поздним геном среди тех, экспрессию которых стимулирует белок р53. Относительная трансактивирующая активность белка р53 в отношении mdm2 и остальных генов-мишеней р53 задаёт тот временной промежуток, в течение которого р53 может выполнять свои функции. Функция белка Mdm2 в маркировании белка р53 для деградации, по-видимому, не является уникальной, так как связывание киназы JNK с белком р53 приводит к убиквитилированию и последующей деградации р53.

Гипотетические модели молекулярных механизмов активации белка p53

Предложено несколько моделей молекулярных механизмов активации белка р53 . Данные модели сходны в том, что они учитывают центральную роль белка Mdm2 в регуляции состояния белка р53. Только первая из предлагаемых моделей получила наиболее полное подтверждение, тогда как остальные подтверждены только частично. Подробно охарактеризована группа белков, которая включает киназы, родственные киназе PI(3)K (англ. phospho-inositide 3-kinase; фосфоинозит 3-киназа). Наиболее известным белком данной группы является белок АТМ (англ. ataxia telangiectasia mutated — белок, мутированный при комплексном заболевании, которое включает симптомы атаксии и телеангиоэктезии). Белок АТМ и родственные ему белки группы PI(3)K используют один домен для специфического связывания с двуцепочечным разрывом ДНК; при этом изменяется конформация всего белка, в том числе и второго домена, который обладает киназной активностью; связывание белка АТМ с двуцепочечным разрывом ДНК приводит к активации киназной активности белка. Киназа АТМ фосфорилирует белок р53 по остатку Ser15; киназа DNA-PK (англ. DNA-dependent protein kinase; протеинкиназа, активность которой зависит от связывания с ДНК), другой белок рассматриваемой группы, фосфорилирует белок р53 по остаткам Ser15 и Ser37. Данные остатки серина (Ser), а также предполагаемые сайты фосфорилирования Thr18 (треонин) и Ser20 располагаются в той части белка р53, которая взаимодействует с белком Mdm2. Предполагается, что в фосфорилированной форме белок р53 не взаимодействует с белком Mdm2, что увеличивает период полураспада белка р53 и, возможно, приводит к его активации. Также было показано, что для нормально функционирующей клетки одного двуцепочечного разрыва ДНК достаточно для активации белка р53 и остановки клеточного цикла. Вторая гипотеза предполагает, что фосфорилируются остатки белка Mdm2, которые расположены в части белка, ответственной за связывание с белком р53. Результатом являетсядиссоциация комплекса Mdm2:р53. Такой гипотетический сайт фосфорилирования был предложен на белке Mdm2 ; при этом предполагается роль киназы DNA-PK в фосфорилировании. Данная модель не исключает предыдущую. Третья гипотеза предполагает, что фосфорилируется Mdm2, и это приводит к ингибированию Е3-лигазной активности белка. Комплекс Mdm2:p53 не диссоциирует, но одновременно белок р53 не маркируется для деградации.

Помимо рассмотренных  посттрансляционных модификаций р53 подвергается ацетилированию и гликозилированию, что приводит к увеличению аффинности белка р53 к сайтам связывания в ДНК.

Роль p19ARF в увеличении концентрации р53

Белок р53 активируется в  ответ на повышенную экспрессию протоонкогенов Ras, Myc, β-катенина и аденовирусного онкогена Е1А. Это достоверно установленное биохимическое событие получило объяснение только после установления роли белка p19ARF (англ. p19 product of alternative reading frame of INK4a gene; белковый продукт гена INK4a, который считывается с альтернативной рамки считывания и имеет массу 19 кДа). Повышенная экспрессия онкогенов приводит к значительному усилению экспрессии белка p19ARF, что по крайней мере отчасти, обусловлено увеличением концентрации транскрипционного фактора E2F. Белок p19ARF синтезируется в результате считывания альтернативной рамки гена INK4a. Ген INK4a — это ген-супрессор опухоли, который помимо p19ARF кодирует белок р16INK4a (англ. p16 inhibitor of cyclin-dependent kinases Cdk4.6; ингибитор циклин-зависимых киназ Cdk4.6, который имеет массу 16 кДа). Белок p19ARF связывается с Mdm2 и в меньшей степени с р53. Связывание с Mdm2 приводит к ингибированию Е3-лигазной активности Mdm2. Следовательно, увеличение концентрации белка р19ARF приводит к уменьшению скорости деградации р53 и ведёт к увеличению концентрации р53 и далее к активации белка р53.

Действие белка p53

Активированный белок  р53 является специфическим транскрипционным фактором. Гены, транскрипцию которых стимулирует белок р53, кодируют белки-компоненты апоптотической программы (проапоптотические компоненты) и белки, которые регулируют клеточный цикл. Активированный белок р53 супрессирует транскрипцию ряда генов. Этот супрессирующий эффект не связан с супрессорной функцией комплекса Mdm2:p53, так как данный комплекс супрессирует транскрипцию тех генов, которые активируются белком р53 (не связанным с белком Mdm2). В то же время супрессорный эффект белка р53 касается другого набора генов. Репрессия транскрипции по крайней мере частично объясняется тем, что белок р53 формирует комплексы с неспецифическими транскрипционными факторами, среди них белок TBP (англ. TATA-box binding protein; белок, который связывается с последовательностью TATA), белок CBF (англ. CCAAT binding factor; белок, который связывается с последовательностью CCAAT) и белок SP-1.

Различия между нормальной и патологической активацией протоонкогенов, воздействующих на p53

При нормальном увеличении активности протоонкогенов (например, в результате передачи пролиферативного сигнала от рецепторов цитоплазматической мембраны) активация протоонкогенов носит временный характер и значимого увеличения концентрации p19ARF не происходит. Результатом передачи пролиферативного сигнала является одновременно активация протоонкогенов и инактивация р53. Так, для цитокинов bFGF (англ. basic fibroblast growth factor; основный фактор роста фибробластов) и IGF-1 (англ. insulin-like growth factor 1; инсулино-подобный факторы роста типа 1) было показано, что одним из последствий их действия является увеличение концентрации Mdm2. Антиапоптотическое действие ростовых факторов, возможно, реализуется после действия р53.

Полиморфизм белка p53. Белки-гомологи

Ген р53 кодирует по крайней  мере два белка с несколько  различной регуляцией (две формы  возникают в результате альтернативного сплайсинга пре-мРНК). Также существуют данные, которые указывают на возможность существования целой группы белков, родственных белку р53, наиболее охарактеризованным из них является белок р73.