P53, stresul oxidativ și îmbătrânirea
Abstract
p53 este un supresor al tumorii critice
Supresorul tumoral critic p 53 joacă roluri importante în oprirea ciclului celular, apoptoză, senescență sau diferențiere ca răspuns la diferite stresuri genotoxice și celulare, inclusiv stresul oxidativ (73, 102, 133). Ca gardian al genomului, inactivarea funcției p53 de tip sălbatic prin mutația genetică directă sau întreruperea căilor importante pentru activarea p53 este o condiție prealabilă pentru dezvoltarea majorității cancerelor umane (35, 92, 127). Ca factor de transcripție, p53 constă din două domenii de transactivare N-terminale, un domeniu central de legare a ADN-ului și un domeniu de oligomerizare C-terminal (55, 92). Datorită activității sale puternice în inducerea apoptozei și senescenței, stabilitatea și activitatea p53 sunt strâns reglementate de mecanisme posttranslaționale (47, 51, 129). În absența stresurilor, p53 este inactiv și instabil din cauza interacțiunii sale cu Mdm2 și MdmX, care inactivează p53 și ubiquitinate p53 pentru degradarea dependentă de proteazom (Fig. 1). Ca răspuns la stresuri, p53 este modificat posttranslațional prin fosforilare, acetilare, metilare și sumoilare în diferite situri, perturbând interacțiunea dintre p53 și regulatorii săi negativi, ducând la activarea și stabilizarea p53 (68, 85, 104).
Activarea p53 ca răspuns la deteriorarea ADN-ului și la stresul oxidativ. În absența stresurilor, regulatorii negativi ai p53, cum ar fi Mdm2/MdmX, suprimă activitatea p53 și induc degradarea acesteia. Ca răspuns la deteriorarea ADN-ului și la stresul oxidativ, p53 și regulatorii săi negativi sunt modificați posttranslațional, ducând la activarea p53 prin perturbarea interacțiunii dintre p53 și regulatorii săi negativi.
Ca factor de transcripție, p53 poate regla direct expresia a sute de gene, ale căror produse mediază diferite funcții dependente de p53 (Fig. 2) (43, 53, 69). De exemplu, p21 și 14-3-3σ sunt responsabile de oprirea ciclului celular dependent de p53 (30, 31, 50); p53 poate induce, de asemenea, diferențierea celulelor stem embrionare (ES) prin suprimarea expresiei Nanog, care este necesară pentru auto-reînnoirea celulelor ES (64). Ca răspuns la un nivel ridicat de deteriorare a ADN-ului, p53 induce apoptoza și senescența prin reglarea în sus a genelor apoptotice precum Noxa și Puma (66, 71). Aceste funcții ale p53 previn trecerea daunelor ADN către celulele fiice și astfel mențin stabilitatea genomică. Ca răspuns la stresul oxidativ, p53 activează transcrierea mai multor gene implicate în reglarea stresului oxidativ, cum ar fi Sestrina, glutation peroxidaza (GPX), aldehida dehidrogenaza (ALDH) și proteina tumorală 53 - indusă de proteina nucleară 1 (TP53INP1). 14, 16, 115, 130). P53 poate regla, de asemenea, nivelurile de stres oxidativ celular prin modularea glicolizei prin inducerea expresiei TIGAR (glicoliză indusă de TP53 și regulator al apoptozei) și suprimarea expresiei fosfogliceratului mutazic (PGM) (9, 58).
Genele țintă p53 sunt mediatori ai diferitelor funcții dependente de p53 ca răspuns la deteriorarea ADN-ului și la stresul oxidativ.
p53 și îmbătrânire
Studii recente au legat funcțional p53 de îmbătrânirea în diferite organisme (Fig. 3). Ortologul p53 din Caenorhabditis elegans, Cep-1, este implicat în reglarea negativă a duratei de viață a viermelui, deoarece expresia redusă a Cep-1 are ca rezultat o longevitate crescută (4). Exprimarea versiunilor dominant-negative ale Drosophila melanogaster p53 (Dmp53) în neuronii adulți extinde durata de viață și crește rezistența la stres genotoxic în zbor (8). Deoarece expresia Dmp53 dominant-negativ nu crește în continuare durata de viață a muștelor cu restricții calorice, aceste constatări sugerează că p53 este implicat în medierea duratei de viață restricționată la calorii la muște. Cu toate acestea, studiile de mutageneză în C. elegans arată că anumite mutații care extind durata de viață cresc activitățile p53 și rezistența la cancer (94). Prin urmare, activitățile crescute de p53 sunt asociate atât cu îmbătrânirea accelerată, cât și cu durata crescută de viață la C. elegans.
Rezumatul modulației efectelor p53 asupra duratei de viață a diferitelor organisme.
Un scenariu la fel de complicat este observat și la studierea rolurilor p53 în îmbătrânirea mamiferelor. Un model de șoarece, în care capătul N-terminal al p53 este trunchiat, prezintă activități p53 crescute și îmbătrânire accelerată (119). Cu toate acestea, din cauza ștergerii mari a ADN-ului genomic în amonte de p53 care conține 24 de gene (40), rămâne neclar dacă oricare dintre aceste gene șterse este responsabilă pentru aceste fenotipuri de îmbătrânire. Implicarea potențială a N-terminal - p53 trunchiat în timpul îmbătrânirii este susținută în continuare de supraexprimarea izoformei p53 eliminate N-terminal - p53 la șoareci, ducând la îmbătrânirea accelerată (72). Acest studiu sugerează că p44 modulează durata de viață prin inhibarea căilor de semnal PTEN și IGF (39, 75, 110). Pentru a lega p53 de îmbătrânire la om, un studiu recent arată că polimorfismul p53 la codonul 72 (substituție arginină-prolină) reduce activitățile p53, corelându-se cu durata de viață crescută, dar și cu un risc mai mare de cancer la persoanele în vârstă (120). Prin urmare, s-a sugerat că p53 ar putea suprima cancerul în detrimentul longevității.
Noțiunea că creșterea activității p53 induce îmbătrânirea la șoareci este contestată de studii recente asupra modelelor de șoareci cu activități crescute de p53. De exemplu, șoarecii cu mutație hipomorfă în Mdm2 prezintă o activitate p53 crescută, dar durata de viață normală (78). În plus, șoarecii cu o copie suplimentară de p53 și ARF au prezentat o expresie îmbunătățită a activității antioxidante și niveluri scăzute de stresuri oxidative endogene, corelate cu durata de viață crescută (74). Prin urmare, activitatea antioxidantă crescută a p53 la acești șoareci transgenici previne acumularea de stresuri oxidative la nivelurile ridicate necesare pentru a induce apoptoza și senescența dependente de p53, întârziind astfel îmbătrânirea acestor șoareci. Pe scurt, funcțiile p53 în timpul îmbătrânirii sunt complexe și ar putea fi dependente de context. În acest context, activarea ușoară și tranzitorie a p53 ca răspuns la o doză mică de stres oxidativ ar putea proteja celulele de deteriorarea oxidativă. În schimb, activarea persistentă a p53 ca răspuns la niveluri ridicate de stres oxidativ poate duce la moartea celulară și îmbătrânirea organismului. În sprijinul suplimentar al acestei noțiuni, activarea persistentă a p53 epuizează celulele stem adulte în principal prin apoptoză dependentă de p53 (64).
Stresul oxidativ și îmbătrânirea
Ipoteza radicalilor liberi rămâne cea mai bine stabilită teorie asupra mecanismului îmbătrânirii (46). Se crede că producția crescută de ROS și o capacitate antioxidantă scăzută contribuie la procesul de îmbătrânire prin modificarea oxidativă a diferitelor macromolecule, cum ar fi lipidele, proteinele și ADN-ul genomic (12, 20, 25, 62, 63, 65, 96, 109, 117). În contextul ADN-ului, deteriorarea oxidativă a ADN-ului mitocondrial și nuclear este semnificativ crescută în diferite țesuturi la șobolani și șoareci vechi (20, 45, 61, 67, 76, 82, 116). Nivelurile produselor de peroxidare a lipidelor sunt, de asemenea, crescute odată cu îmbătrânirea (44, 83, 87, 97, 108, 113, 119, 123). În plus, modificarea oxidativă legată de îmbătrânire a diferitelor proteine determină modificări în structura proteinelor, activitățile enzimatice, activitățile transcripționale și căile de transducție a semnalului (32, 70, 103, 111, 112, 124), ducând la boli legate de vârstă. Pe scurt, nivelurile de deteriorare oxidativă sunt crescute în timpul îmbătrânirii în diferite organisme, inclusiv C. elegans (11, 52, 121), muște (3, 64) și șoareci (22, 74, 79).