P53

p53 ehk valk p53 on paljudel loomadel homoloogilisena esinev aminohapete transkriptsioonifaktor ja kasvaja supressorvalk. 

p53-valku on tavaliselt rakkudes vähe, kuid selle sisaldus suureneb drastiliselt rakkude stressivastuse käigus.  

Sageli nimetatakse p53 "genoomi kaitsjaks". p53 jälgib DNA seisukorda. Kui esineb liiga suuri hälbeid, juhib ta raku programmeeritud surma (apoptoosi) rajale. Arvatakse, et p53 aktiivne tegutsemine takistab ühe olulise tegurina kasvajate arengut ja selle kadumine mängib olulist rolli kartsinogeneesis. 1999. aastaks oli inimeste kasvajatega seonduvalt tuvastatud rohkem kui 7000 p53 mutatsiooni.

Valk p53 sünonüümid on ka kasvajaantigeen p53, antigeen NY-CO-13, fosfoproteiin p53 ja tuumorsupressor p53.

Geen 
Inimesel kodeerib valku p53 geen T53, mis asub 17. kromosoomi lühikeses õlas. Geen on 20 kb pikk ja sisaldab 11 eksonit, millest ekson 1 on mittekodeeriv. Esimene intron on 10 kb pikk. Kodeeriv järjestus sisaldab viit konserveerunud domeeni: 2, 5, 6, 7 ja 8.
Geeni lokalisatsioon teistes organismides:  
 šimpans – kromosoom 17,
 hiir – kromosoom 11,
 rott – kromosoom 10,
 koer – kromosoom 5,
 veis – kromosoom 19,
 hobune – kromosoom 11,
 siga – kromosoom 12,
 opossum – kromosoom 12.

Struktuur 
Inimese p53 koosneb 393 aminohappejäägist ja sisaldab 7 domeeni.
 TAD ehk N-terminaalne transkriptsiooni aktivatsiooni domeen, mis aktiveerib transkriptsiooni (ingl transcription-activation domain), aminohappejäägid 1–42.
 Aktivatsioonidomeen 2 (ingl activation domain 2), mis on vajalik apoptoosi käivitamiseks, jäägid 43–63.
 Proliinirikas domeen, mis on vajalik apoptoosi käivitamiseks, jäägid 64–92.
 DNA-ga seondumise keskne tuumikdomeen (ingl DNA-binding core domain, DBD), jäägid 100–300. See regioon vastutab korepressor LMO3 seostumise eest.
 Tuuma lokalisatsiooni signaali domeen (ingl nuclear localization signaling domain, NLS), jäägid 316–325.
 Homo-oligomerisatsiooni domeen ehk OD, 307–355. Tetramerisatsioon on vajalik p53 aktiivsuseks in vivo.
 C-terminaalne domeen, mis osaleb DNA-ga seondumise allareguleerimises, jäägid 356–393.
Mutatsioonid, mis deaktiveerivad p53 vähi korral, puudutavad DNA-ga seondumise domeeni. Enamik sellistest mutatsioonidest põhjustab võimetust siduda DNA järjestust, mis omakorda takistab geenide transkriptsiooni aktivatsiooni. Need mutatsioonid on retsessiivsed.

p53 valgu polümorfism 
Geen TP53 kodeerib vähemalt kahte veidi erinevalt reguleeritud valku (kaks vormi moodustuvad eriviisilise pre-mRNA splaissingu tulemusel). Samuti on andmeid, mille kohaselt leidub terve rühm p53-valgu sugulasi. Neist kõige rohkem on uuritud valku p73.

Funktsioon 
Valk p53 osaleb apoptoosis, genoomi stabiilsuse tagamises ja angiogeneesi inhibeerimises. Anti-onkovalguna toimib p53 valk mitme mehhanismi kaudu:
 aktiveerib DNA reparatsiooni ensüüme, kui DNA on kahjustatud;
 blokeerib rakutsükli üleminekut G1/S kontrollpunktis;
 suunab rakke apoptoosi.
Aktiveeritud p53 seob DNAd ja põhjustab mitmete geenide ekspresseerumist, sealhulgas WAF1/CIP1 geenid, mis kodeerivad p21-valku. Valk p21 seostub G1-S/CDK- ja S/CDK-kompleksidega, vähendades nende aktiivsust. Kui p21 on rakus moodustanud kompleksi CDK2ga, siis ei käivitata rakus järgmist jagunemise etappi. Mutantne p53 ei seo DNAd efektiivselt, selle tulemusena ei avalda ka p21 "stoppsignaali" toimet. Rakud hakkavad kontrollimatult jagunema ja tekib kasvaja.

UV-valgus stimuleerib p53 ekspressioooni ja kahjustab DNAd.

Regulatsioon 
Valgu p53 aktiveerivad erinevad rakulise stressiga seotud tegurid:
 DNA kahjustused;
 oksüdatiivne stress;
 hüpoksia;
 kuumašokk;
 suur lämmastikoksiidi kontsentratsioon;
 ioniseeriv kiirgus;
 osmootne stress;
 vabade ribonukleotiidide kontsentratsiooni vähenemine.

Aktivatsioon algab sellega, et valgu p53 poolestusaeg pikeneb oluliselt, mis omakorda põhjustab valgu kiiret kogunemist stressis olevatesse rakkudesse. Konformatsiooniliste muutuste tulemusena hakkab p53 sellistes rakkudes toimima transkriptsiooni regulaatorina. Kriitiliseks sündmuseks, mis viib valgu aktiveerumiseni, on N-terminaalse domeeni fosforüülimine. N-terminaalne domeen sisaldab mitut fosforüülimise kohta. Need on sihtmärgid proteiinkinaasidele.

Proteiinkinaasid, mis on suunatud transkriptsiooni aktivatsiooni domeenile, jaotatakse kaheks rühmaks. Esimene rühm kulub MAPK perekonda, mis reageerivad oksüdatiivsele ja osmootsele stressile, membraanikahjustusele jne. Teine rühm (ATR, ATM, CHK1 ja CHK2, DNA-PK, CAK) tagab genoomi terviklikkust. Selleks on molekulaarsed kaskaadid, mis käivituvad genotoksilisest stressist tekkinud DNA kahjustuste avastamisel. Onkogeenid stimuleerivad samuti valk p53 aktivatsiooni.

Hüpoteetilised mudelid 
On olemas mitu p53 aktivatsiooni kirjeldavat molekulaarset mudelit. Nendest ainult esimene on kinnitust leidnud.

On kirjeldatud valkude rühma, mis sisaldab PI(3)K-kinaasidega suguluses olevaid kinaase. Kõige tuntum valk sellest rühmast on ATM (ingl ataxia telangiectasia mutated), mis seondub ühe domeeniga spetsiifiliselt kaheahelalise DNA katkestusele, millega kaasnevad valgu teise domeeni konformatsioonilised muutused. Teine domeen on kinaasse toimega. Selle tulemusel toimub ATM-valgu aktivatsioon. ATM-kinaas fosforüülib p53-valgu Ser15-jääki ja kinaas DNA-PK (ingl DNA-dependent protein kinaas; proteiinkinaas, mille aktiivsus sõltub DNA-ga seondumisest) fosforüülib p53 Ser15- ja Ser37-jääke. Seriinijäägid ning fosforüülimise saidid Thr18 ja Ser20 asuvad p53 piirkonnas, mis kontakteerub Mdm2-valguga. Arvatakse, et fosforüülitud olekus ei toimu p53 ja Mdm2 vahelist interaktsiooni, mis omakorda pikendab p53 poolestusaega ja aktiveerib seda. Samuti on leitud, et normaalselt talitlevale rakule piisab ühest kaheahelalise DNA katkestusest p53 aktivatsiooniks ja rakutsükli peatamiseks. 

Teine hüpotees oletab, et fosforüülitakse Mdm2-valgu jäägid. Need paiknevad valgu osas, mis vastutab p53 seondumise eest. Tulemuseks on Mdm2:p53 kompleksi dissotsiatsioon. 

Kolmanda hüpoteesi järgi fosforüülitakse Mdm2, millega kaasneb E3-ligaasse aktiivsuse pärssimine. Mdm2:p53 kompleks ei lagune, kuid samas ei toimu p53 markeerimist ja lagunemist.

Mdm2 osalemine p53 valgu regulatsioonis 
Normaaltingimustel ekspresseeruvad rakus nii p53 kui ka Mdm2. Mdm2 (ingl murine double minute chromosome amplified oncogene) nimi tuleneb sellest, et esialgu määrati valgu funktsioon hiirtel. Homoloogiline geen HDM2 inimestel on samuti onkogeen.

Mdm2-valgu N-terminaalne domeen seob p53 N-terminaalse transaktivatsiooni domeeni. Seondumise korral ei avaldu p53 toimet. Lisaks sellele on Mdm2:p53 kompleks transkriptsiooni inhibiitor.

Valk Mdm2 on E3-grupi ubikvitiin-sõltuva proteolüütilise süsteemi ensüüm, kusjuures Mdm2 on spetsiifiline p53 suhtes. See tähendab seda, et Mdm2 katalüüsib aktiveeritud ubikvitiini ülekannet E2-ensüümilt p53-valgule. Seega käitub Mdm2 kui E3-ligaas. Ubikvitiiniga markeeritud p53 on substraadiks 26S-proteosoomile, mis viib läbi p53-valgu proteolüüsi. Normaaltingimustes moodustub pidevalt Mdm2:p53 kompleks ja toimub p53 proteolüüs. See mehhanism hoiab p53 kontsentratsiooni stressi puudumisel väiksena.

p53 mutatsioonide roll haiguste tekkes

Li-Fraumeni sündroom

Kui TP53-geen on kahjustatud, siis väheneb oluliselt kasvajarakkude allasurumine. Inimestel, kellel on sündides ainult üks TP53-geeni funktsionaalne koopia, areneb suure tõenäosusega varases täiskasvanueas kasvaja. Seda nimetatakse Li-Fraumeni sündroomiks. TP53-geeni kahjustavad ka mutageenid (kemikaalid, radiatsioon või viirused), mis suurendavad tõenäosust, et rakk hakkab kontrollimatult jagunema.

Kasvajad inimestel
Üle 50% inimeste kasvajatest sisaldavad mutatsioone või deletsioone TP53-geenis. Võib tunduda, et p53 hulga suurendamine aitaks kasvajate arenemist pidurdada, kuid seda meetodit ei kasutata, kuna põhjustab enneaegset vananemist.

Kopsuvähk 
Benso(a)püreen on mutageen, mida on leitud tubakasuitsust. See aine seondub DNAga, kus võib toimuda guaniini asendumine tümiiniga. Teatud teised keemilised ühendid, mis pärinevad tubakasuitsust, võivad põhjustada tsütosiini asendust adeniiniga. Kui see toimub TP53-geenis, siis võivad mutatsioonid p53-valku kahjustada, mille tulemusena on kasvajate allasurumine takistatud.

Maksavähk 

Kaks peamist maksavähi tekkimise riskitegurit on nakatumine B-hepatiidi viirusega ja kokkupuude aflatoksiiniga. Aflatoksiin on mutageen, mida toodavad seened Aspergillus flavus ja Aspergillus negrus. Aflatoksiin, nagu bensopüreen, võib muuta TP53-geeni, takistades sel viisil p53-valgu võimet kasvajaid alla suruda. B-hepatiidi viirus toodab valku, mis p53-ga kokku puutudes takistab selle toimimist.

Nahavähk 
UV-kiirgus võib põhjustada DNA kahjustusi. Kui kahjustus on tõsine ja reparatsioonisüsteem on häirunud, siis indutseerib p53 apoptoosi. TP53-geeni mutatsioonid, mis on põhjustatud UV-kiirgusest, võivad muuta valgu inaktiivseks, mistõttu kahjustatud rakk saab edasi jaguneda ja moodustub vähkkasvaja.

Emakakaelavähk 

Inimese papilloomiviirus levib sugulisel teel ja võib nakatada emakakaela rakke. Pärast rakku sisenemist toodab viirus valku, mis seondub p53-valguga ja degradeerib seda.

Rinnavähk 

Paljudes vähkkasvatajates esineb normaalne p53, kuid on leitud, et mõnedel juhtudel suureneb Mdm2-valgu kontsentratsioon, mis omakorda pärsib p53 valgu aktiivsust.

Ajalugu 
1979. aastal avastasid Lionel Crawford, David P. Lane, Arnold Levine ja Lloyd Old transformeeritud rakkudest p53 valgu, mis moodustas kompleksi suure T-antigeeni SV40-ga. Hiljem tehti kindlaks, et p53-valgu sisaldus on kasvajarakkudes oluliselt suurem. p53 leidub ka normaalsetes rakkudes, kuid väheses koguses.

1982. aastal kloonis vene teadlane Peter Tšumakov hiire TP53-geeni. Aasta hiljem kloonis temast sõltumatult TP53-geeni Moshe Oren koostöös David Givoliga. 1984. aastal klooniti inimese TP53-geen. 1984. aastal tõestati, et geeni cDNA võib tugeva promootori või enhanseri mõjul põhjustada hiire kondrotsüütide pidevat, kontrollimatut jagunemist. Sellest lähtudes oletati pikka aega, et geen TP53 on dominantne onkogeen. Alles 1989. aastal lükkas Bert Vogelstein selle teooria ümber.

Warren Maltzman oli esimene, kes demonstreeris, et TP53 reageerib UV-kiirgusest põhjustatud DNA kahjustustele. 1992. aastal tuvastas Walfik El-Deiry, kes töötas koos Bert Vogelsteiniga Johns Hopkinsi ülikoolis, konsensusjärjestuse, millele seondub inimese p53-valk. Järjestus avaldati 1992. aastal esimeses Nature Genetics väljaandes. 1993. aastal teenis p53 ajakirja Science aasta molekuli tiitli. Samal aastal avastas Wafik El-Deiry p21(WAF1), mille ekspressiooni reguleerib p53. Artiklis kirjeldatakse molekulaarset mehhanismi, millega loomsed rakud suruvad kahjustuste korral rakujagunemist alla.

Nimi
Valk sai nime molekulmassi tõttu, nimelt liigub ta SDS-PAAG elektroforeesil 53 kDa juures. Valgu tegelik molekulmass on 43,7 kDa. Ebatäpsus on tingitud sellest, et valk sisaldab hulgaliselt proliinijääke, mis vähendavad valgu liikumise kiirust geelis.

Viited

Välislingid 

 22. veebruar 1998, Toivo Maimets, Valk p53 kaitseb meid vähi eest, postimees.ee
 Kaisa Külaots, MiRNAd kui p53 signaaliraja uued komponendid ja potentsiaalsed, Bakalaureusetöö, TÜ 2011, ebc.ee
 Laul p53 valgust
 
 Li-Fraumeni sündroom
 valk p53; TP53 @ OMIM
 p53 @ The Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology
 TP53 geen @ GeneCards
 
 IARC TP53 somaatiliste mutatsioonide andmebaas

Geneetika
Molekulaarbioloogia
Transkriptsioonifaktorid