Шлях p53 як ціль у перешкодах і обіцянках для терапії раку

Ганна Мандінова

Науково-дослідний центр шкірної біології, Масачусетська лікарня загального користування та Гарвардська медична школа, Чарльзтаун, Массачусетс 02129 США

Інститут Массачусетського технологічного університету та Гарварду, Кембридж, Массачусетс 02139, США

Сем В. Лі

Інститут Массачусетського технологічного університету та Гарварду, Кембридж, Массачусетс 02139, США, gro.srentrap@eelws

Анотація

Велика частка пухлин людини несе мутацію p53, що дозволяє ініціювати та прогресувати пухлину; крім того, тепер стає ясно, що відновлення або реактивація функції p53 дикого типу спонукає до швидкої елімінації пухлин. Відкриття та розробка сполук, які реактивують або посилюють шлях p53, призвело до ідентифікації перспективних кандидатів на наркотики, які зараз вступили в клінічні випробування протиракових стратегій. Однак деякі з цих засобів, як видається, викликають небажані токсичні ефекти на нормальні клітини та тканини, тому обмежуються в дозі, яку можна застосовувати при пухлинах. У цьому огляді ми обговорюємо проблеми та обіцянки цих активаторів p53 та пропонуємо шляхи розширення та оптимізації скринінгових стратегій для ідентифікації таких молекул.

ВСТУП

Білок-супресор пухлини p53 служить захисником генома і інтенсивно вивчається майже 30 років (1, 2). Він функціонує головним чином як фактор транскрипції шляхом зв’язування з певними послідовностями ДНК і шляхом трансактивації або репресії великої групи генів-мішеней (3–5). Ці цілі р53 регулюють шляхи зупинки клітинного циклу, апоптозу та відновлення ДНК для підтримки динамічної рівноваги між ростом та арештом клітин у відповідь на такі фактори, як пошкодження ДНК, гіпоксія (дефіцит кисню) та дефіцит факторів росту або поживних речовин. (4, 6, 7).

ЯРКА СТОРОНА p53 В ТЕРАПЕВТИКІ РАКУ

Клітини постійно піддаються дії та подразникам, які можуть спричинити генотоксичний стрес, включаючи окислювальний метаболізм та опромінення. Таким чином, здатність виявляти та відновлювати наслідки пошкодження ДНК є критично важливою функцією нормальних клітин. Нездатність ефективно відновити пошкодження ДНК може в кінцевому підсумку призвести до злоякісної трансформації. Індукція зупинки клітинного циклу (тимчасовий або постійний блок проліферації клітин) або активація шляхів загибелі клітин у відповідь на генотоксичний стрес складає основні частини осі виживання та смерті, що регулюється p53. Через ці біологічні властивості інактивація p53 дикого типу є вирішальним етапом у розвитку та прогресуванні пухлини, що відображається високою частотою мутацій TP53 у різних типах раку людини.

p53 зазвичай експресується на низьких рівнях, так що він не порушує клітинний цикл або не спричинює передчасну смерть клітини. Такі низькі концентрації досягаються завдяки роботі петлі негативного зворотного зв'язку, що складається з p53 дикого типу та гена MDM2 та його продукту. MDM2 - це транскрипційна мішень p53, продукт якої убіквітується p53, таким чином позначаючи її для опосередкованої протеосомами деградації (15–17). Однак p53 стабілізується і накопичується під час таких стресів, як пошкодження ДНК або активація онкогену, що призводить до зупинки клітинного циклу, старіння та/або загибелі клітини через трансактивацію його генів-мішеней, включаючи ті, що кодують p21 (що сприяє зупинці клітинного циклу) та проапоптотичні білки Bax (Bcl-2-асоційований білок), PUMA (регульований p53 модулятор апоптозу) та Noxa (індукований форбол-12-миристат-13-ацетатом білок 1) (4, 6) (рис. 1). Оскільки ідентифіковані цілі нижче за течією відіграють вирішальну роль у відповіді на придушення пухлини p53, ці мішені повинні бути основним напрямком терапевтичного втручання при активації p53 у ракових клітинах.

P53 дикого типу активується різними стресорами, включаючи пошкодження ДНК, експресію онкогену, голодування поживними речовинами, окислювальний стрес та виснаження рифонуклеотидних трифосфатів (використовуються в синтезі РНК). (A) Невеликі молекули, які націлені на MDM2 і блокують зв'язування p53, стабілізують p53. () SJ172550 націлений на кишеньку для зв’язування p53 MDMX, також сприяючи стабілізації p53. (C.) Теновін-6 пригнічує активність білка деацетилази SIRT. Ацетилювання призводить до стабілізації р53 та перешкоджає деградації, опосередкованій MDM2. (D) RITA зв'язується з p53 і перешкоджає взаємодії MDM2 та p53, активуючи функцію p53. (Е) Невеликі молекули, призначені для зв'язування транскрипційно інертних мутантних білків p53, стабілізують домен ядра, відновлюють природний стан і врешті-решт забезпечують зв'язування з ДНК.

КРЕДИТ: C. БІКЕЛ/НАУКОВА ПЕРЕКЛАДНА МЕДИЦИНА

Також було продемонстровано, що у значному відсотку пухлин людини р53 інактивується надмірною експресією та/або ампліфікацією MDM2 (18). Крім того, добре встановлено, що MDMX/MDM4 - непотрібний гомолог MDM2 - також регулює р53 і надмірно експресується при багатьох видах раку (15, 19). Однак, на відміну від MDM2, експресія MDMX не регулюється p53, і його продукт не має внутрішньої активності убиквитин-лігази; таким чином, це не є важливою частиною циклу негативного зворотного зв'язку, описаного вище. Однак MDMX утворює гетеродимери з MDM2, що посилює здатність MDM2 індукувати деградацію p53 (16, 17). Переривання взаємодії між p53 та його негативними регуляторами, такими як MDM2, для активації або стабілізації p53 є перспективною терапевтичною стратегією для лікування раку, що зберігає p53 дикого типу.

Пухлини, які несуть мутації в TP53, часто надмірно експресують мутант p53, що призводить до підвищення стійкості до звичайної хіміотерапії та променевої терапії порівняно з клітинами, які не надмірно експресують мутант p53. Цей висновок вказує на те, що такий мутант p53 забезпечує певну селективну перевагу для розвитку пухлини - онкогенний фенотип посилення функції. Пухлинні клітини, що містять мутант p53, повинні стати чутливими до хіміотерапії після відновлення шляху p53 дикого типу (рис. 1). Це робить мутант p53 привабливою мішенню для селективної терапії раку, яка не впливає на нормальні клітини, оскільки нормальні клітини не містять мутанта p53.

ТЕМНА БІКА p53 В ТЕРАПЕВТИКІ РАКУ

p53 в нормальній тканині

Смерть клітин, спричинена пошкодженням ДНК, під дією хіміотерапевтичних препаратів є найбільш широко застосовуваною стратегією терапії раку. Однак селективність залишається великим занепокоєнням, оскільки більшість таких препаратів вбивають як ракові клітини, так і навколишні нормальні клітини, що є важливою причиною побічних ефектів хіміотерапії раку, що суттєво обмежує поточні режими лікування. Хоча ключовим фактором успішної протиракової терапії є націлення на критичні вузли, необхідні для виживання ракових клітин, такі терапії не повинні шкодити нормальним клітинам.

Ідея відновлення дикого типу p53-шляхів (апоптоз та зупинка клітинного циклу) шляхом інгібування протеосомної деградації p53 (наприклад, за допомогою інгібування MDM2) є перспективною терапевтичною стратегією (20). На сьогоднішній день ідентифікація малих молекул, які або (i) інгібують активність лігази E3 MDM2, або (ii) можуть займати гідрофобну р53-зв'язуючу кишеню/щілину в MDM2 є цілком здійсненною (20, 21). Всі ці інгібітори MDM2 спричиняють регресію пухлини через загибель клітин на моделях ксенотрансплантата, хоча незрозуміло, як такі молекули впливатимуть на здорові клітини та тканини людини.