Calea p53 ca țintă în obstacolele și promisiunile terapeutice împotriva cancerului

Anna Mandinova

Centrul de Cercetare a Biologiei Cutanate, Spitalul General din Massachusetts și Școala de Medicină Harvard, Charlestown, MA 02129 SUA

Broad Institute of MIT și Harvard, Cambridge, MA 02139, SUA

Sam W. Lee

Centrul de Cercetare a Biologiei Cutanate, Spitalul General din Massachusetts și Școala de Medicină Harvard, Charlestown, MA 02129 SUA

Broad Institute of MIT și Harvard, Cambridge, MA 02139, SUA, gro.srentrap@eelws

Abstract

O mare parte din tumorile umane poartă mutații p53, care permit inițierea și progresia tumorii; în plus, este acum clar că restaurarea sau reactivarea funcției p53 de tip sălbatic determină eliminarea rapidă a tumorilor. Descoperirea și proiectarea compușilor care reactivează sau îmbunătățesc calea p53 a dus la identificarea candidaților promițătoare de droguri care au intrat acum în studii clinice pentru strategii anti-cancer. Cu toate acestea, unii dintre acești agenți par să provoace efecte toxice nedorite asupra celulelor și țesuturilor normale și, prin urmare, sunt restricționate în doza care poate fi aplicată în tumori. În această revizuire, discutăm preocupările și promisiunile acestor activatori p53 și propunem modalități de extindere și optimizare a strategiilor de screening pentru a identifica astfel de molecule.

INTRODUCERE

Proteina supresoare tumorale p53 servește ca gardian al genomului și a fost studiată intens de aproape 30 de ani (1, 2). Funcționează în principal ca factor de transcripție prin legarea la secvențe specifice de ADN și prin transactivare sau reprimare a unui grup mare de gene țintă (3-5). Aceste ținte din aval ale p53 reglează căile de oprire a ciclului celular, apoptoză și reparare a ADN-ului pentru a menține un echilibru dinamic între creșterea și arestarea celulelor ca răspuns la factori care includ deteriorarea ADN-ului, hipoxia (lipsa de oxigen) și o deficiență a factorilor de creștere sau a nutrienților (4, 6, 7).

LATIA LUMINOSĂ A P53 ÎN TERAPEUTICA CANCERULUI

Celulele sunt supuse continuu condițiilor și stimulilor care pot duce la stres genotoxic, inclusiv metabolismul oxidativ și iradierea. Astfel, capacitatea de a detecta și repara leziunile ADN care rezultă este o funcție critică a celulelor normale. Nerespectarea eficientă a deteriorării ADN-ului poate duce în cele din urmă la transformarea malignă. Inducerea unui stop al ciclului celular (un bloc tranzitor sau permanent de proliferare celulară) sau activarea căilor de moarte celulară ca răspuns la stresul genotoxic cuprinde principalele brațe ale axei supraviețuire-moarte guvernate de p53. Datorită acestor proprietăți biologice, inactivarea p53 de tip sălbatic este un pas crucial în dezvoltarea și progresia tumorii, reflectată de incidența mare a mutațiilor TP53 într-o varietate de tipuri de cancer uman.

p53 este exprimat în mod normal la niveluri scăzute, astfel încât să nu perturbe ciclul celular sau să provoace moartea prematură a celulei. Astfel de concentrații scăzute sunt realizate prin funcționarea unei bucle de feedback negativ constând din p53 de tip sălbatic și gena MDM2 și produsul acesteia. MDM2 este o țintă transcripțională p53 al cărei produs ubiquitinează p53, marcându-l astfel pentru degradarea mediată de proteozomi (15-17). Cu toate acestea, p53 este stabilizat și se acumulează la stresuri, cum ar fi deteriorarea ADN-ului sau activarea oncogenului, ducând la oprirea ciclului celular, senescență și/sau moarte celulară prin transactivarea genelor sale țintă, inclusiv a celor care codifică p21 (care promovează oprirea ciclului celular) și proteine pro-apoptotice Bax (proteină asociată cu Bcl-2), PUMA (modulator de apoptoză p53 reglat în sus) și Noxa (proteină 1 indusă de forbol-12-miristat-13-acetat) (4, 6) (Fig. 1). Deoarece țintele din aval care au fost identificate joacă un rol critic în răspunsul de suprimare a tumorii p53, aceste ținte ar trebui să fie o cale majoră pentru intervenția terapeutică în activarea p53 în celulele canceroase.

P53 de tip sălbatic este activat de o varietate de factori de stres, incluzând deteriorarea ADN-ului, expresia oncogenă, foametea nutrienților, stresul oxidativ și epuizarea ribonucleotidelor trifosfați (utilizate în sinteza ARN). (A) Moleculele mici care vizează MDM2 și blochează legarea p53 stabilizează p53. () SJ172550 vizează buzunarul de legare p53 al MDMX, promovând, de asemenea, stabilizarea p53. (C) Tenovin-6 inhibă activitatea proteinei deacetilază a SIRT. Acetilarea are ca rezultat stabilizarea p53 și interferează cu degradarea mediată de MDM2. (D) RITA se leagă de p53 și interferează cu interacțiunea MDM2 și p53, activând funcția p53. (E) Molecule mici concepute pentru a se lega de proteinele p53 mutante inerte transcripțional stabilizează domeniul de bază, restabilesc starea nativă și permit în cele din urmă legarea la ADN.

CREDIT: C. BICKEL/ȘTIINȚĂ MEDICAMENTĂ TRANSLAȚIONALĂ

De asemenea, s-a demonstrat că într-un procent substanțial de tumori umane, p53 este inactivat prin supraexprimarea și/sau amplificarea MDM2 (18). Mai mult, este bine stabilit că MDMX/MDM4 - un omolog non-redundant al MDM2 - reglează, de asemenea, p53 și este supraexprimat în multe tipuri de cancer (15, 19). Cu toate acestea, spre deosebire de MDM2, expresia MDMX nu este reglementată de p53 și produsul său nu are activitate intrinsecă de ubiquitin ligază; astfel, nu este o parte esențială a buclei de feedback negativ descrisă mai sus. Cu toate acestea, MDMX formează heterodimeri cu MDM2, ceea ce sporește capacitatea MDM2 de a induce degradarea p53 (16, 17). Întreruperea interacțiunilor dintre p53 și regulatorii săi negativi, cum ar fi MDM2 pentru a activa sau stabiliza p53, este o strategie terapeutică promițătoare pentru tratamentul cancerelor care păstrează p53 de tip sălbatic.

Tumorile care poartă mutații în TP53 deseori supraexprimă mutantul p53, rezultând o rezistență crescută la chimioterapie și radioterapie convenționale în comparație cu celulele care nu supraexprimă mutantul p53. Această constatare indică faptul că un astfel de mutant p53 oferă un anumit avantaj selectiv pentru dezvoltarea tumorii - un fenotip oncogen de câștig de funcție. Celulele tumorale care conțin mutantul p53 ar trebui să devină sensibile la chimioterapie după restaurarea căii p53 de tip sălbatic (Fig. 1). Acest lucru face ca p53 mutant să fie o țintă atractivă pentru terapia selectivă a cancerului care nu ar afecta celulele normale, deoarece celulele normale nu conțin p53 mutant.

LATURA INTUNECATĂ A P53 ÎN TERAPEUTICA CANCERULUI

p53 în țesutul normal

Moartea celulară indusă de leziuni ale ADN-ului prin acțiunea medicamentelor chimioterapeutice este cea mai utilizată strategie în terapia cancerului. Cu toate acestea, selectivitatea rămâne o mare preocupare, deoarece majoritatea acestor medicamente ucid atât celulele canceroase, cât și celulele normale din jur, ceea ce este o cauză importantă a efectelor secundare ale chimioterapiei cancerului care limitează sever regimurile actuale de tratament. Deși cheia pentru terapiile anti-cancer de succes este de a viza nodurile critice care sunt necesare pentru supraviețuirea celulelor canceroase, astfel de terapii nu ar trebui să fie dăunătoare celulelor normale.

Ideea de a restabili căile p53 de tip sălbatic (apoptoză și oprirea ciclului celular) prin inhibarea degradării proteozomale a p53 (de exemplu, prin inhibarea MDM2) este o strategie terapeutică promițătoare (20). Până în prezent, identificarea moleculelor mici care (i) inhibă activitatea ligazei E3 a MDM2 sau (ii) pot ocupa buzunarul hidrofob de legare a p53/fanta în MDM2 este destul de fezabilă (20, 21). Acești inhibitori ai MDM2 cauzează regresia tumorii prin moartea celulară la modelele de xenogrefă, deși nu este clar modul în care astfel de molecule ar afecta celulele și țesuturile sănătoase la om.