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1、Nanjing University癌生物学Nanjing University一、p53的发现：P53与凋亡F9：胚胎肿瘤细胞 SV40：多乳头瘤病毒 T：SV40转化仓鼠血清 N:普通仓鼠血清P53在两种不同的转化 细胞中高表达（1979 ）1979年，研究人员发现突变型p53常见于肿瘤 。1993年，该年被称为“p53分子年”Nanjing University二、p53是肿瘤抑制基因P53与凋亡编码Ras癌蛋白的cDNA与7种不同形式的p53cDNA共转染大鼠 胚胎成纤维细胞Nanjing University二、p53是肿瘤抑制基因P53与凋亡P53不能被简单认为是正常发 育中细胞增
2、殖的普通负调节者 ，实际上p53更像是专门阻止 非正常细胞的出现，尤其是那 些有可能发展为肿瘤的细胞 P53-/-小鼠胚胎发育和出生存活率不受影响，但在生命的相对早 期死亡率相当高，大部分死于肿瘤，如肉瘤和白血病 P53+/-杂合小鼠大约在250天左右发生肿瘤 P53+/+小鼠在500天中没有出现死亡Nanjing University二、p53是肿瘤抑制基因P53与凋亡 至2002年，数据显示在30 -50%的人类肿瘤中都存在 P53基因的突变 实际上，在迄今所有人类 肿瘤细胞基因组中，p53是 发生突变频率最高的P53等位基因在人类肿瘤细胞中突变的频率Nanjing University三
3、、突变的p53影响正常p53的功能P53与凋亡多大多数与肿瘤相关的突变p53等位基因（75%）都在可读区存在错义密码 子（导致氨基酸的改变），而不是无义密码子（导致多肽链过早终止）Nanjing University肿瘤细胞在p53蛋白发生轻微改变的情况下，比它完全缺失更获益，如 通过无义突变或直接删除p53基因的重要部分而形成无效等位基因三、突变的p53影响正常p53的功能P53与凋亡人类肿瘤超过15000个p53的突变等位基因被测序，大多数是 点突变。其中95.1%的突变影响着p53蛋白的DNA结合结构域一个p53基因杂合细胞中，15/16 的蛋白质都缺乏完整的正常功能突变的p53蛋白是如
4、何促进肿瘤细胞的形成？三、突变的p53影响正常p53的功能P53与凋亡背景线索： 1）有意义的突变使编码的基因产物失活； 2) 这个突变使得突变等位基因能够干扰或妨 碍细胞中剩下的野生型拷贝的正常活性（这 种类型的等位基因被命名为差异显性干扰或 者显性负等位基因） 3） p53是一个核蛋白，以同源四聚体（4个 相同的多肽亚基）的形式存在于细胞中推论： 突变的p53等位基因可以有效地干扰在同一个 细胞中表达的野生型p53等位基因。甚至只含 有一个突变型的蛋白质亚基都可能导致整个 四聚体的功能受损Nanjing University四、p53的半衰期短 ：P53与凋亡P53的核定位提示该蛋白可能作
5、为一个转录因子而起作用，第一种机制， p53蛋白水平的改变是主要的背景：目前已知的三种调控核转录因子活性的机制： 1） 调控转录因子在核内的水平 2） 转录因子在核内的水平保持恒定，但其活性必须由一些共价修饰复制 3） 调控某个共同转录因子水平一种抑制蛋白质合成的药物：放线菌酮，能够用来区分相对稳定的蛋白（合 成后能持续数十到数百小时）和代谢高度不稳定的蛋白（一合成就被降解） 。野生型p53蛋白的半衰期大约是20min，说明p53是高度不稳定的蛋白。为什么细胞要浪费能量和物质来合成这么一个高度不稳定的蛋白 ？ 生理信号刺激细胞增加或降低某种蛋白的水平，可以通过调控编码mRNA水平或 mRNA的
6、翻译速率来完成。但对于某个关键的蛋白更为迅速的调控可以通过增加或 者降低其稳定性来完成。如p53蛋白浓度可以通过抑制降解使其在20min内加倍Nanjing University五、诱导p53的信号P53与凋亡细胞中存在很多负责监控 细胞系统完整及功能的传 感器，当检测到损伤或异 常时，将信号传递给p53及 其调节器，导致细胞p53水 平快速升高不可逆可逆Nanjing University五、诱导p53的信号P53与凋亡X线照射后，p53、p21Cip1 蛋白水平升高，从而抑制CDK 导致细胞周期阻滞，但在p53 突变的细胞中则不发生。因此，携带突变p53 等位基因的细胞与野 生型细胞相比，
7、同时 暴露于应激原时，进 入细胞阻滞或者凋亡 的倾向明显要小Nanjing University五、诱导p53的信号P53与凋亡小结 1. P53持续接受多种监控系统传出的信号；如果p53接受到特殊的 警告信号，它将阻止细胞的增殖或者启动凋亡程序 2. P53的抑制细胞生长和促进细胞凋亡的功能，对于向恶性生长期 进展的初期肿瘤细胞是一个主要威胁 3. 应激、DNA损伤、信号通路失调是肿瘤各个时期都会经历到，因 此一个完整的p53警告系统对肿瘤构成威胁 4. 大多数或者可能所有的人类肿瘤细胞的p53警报系统必须部分或 全部失活 5. 没有完整的p53，肿瘤细胞可以忍受缺氧、DNA损伤及生长调控
8、通路的失调 6. 正常细胞则需要避免p53过度激活Nanjing University六、DNA损伤及失调的生长信号导致p53稳定P53与凋亡损失或信号失衡，监控系统将发送报警信号给p53，有三个研究较清楚的监 控系统： 1）对染色体DNA双链断裂应答：基因组中任何一个位置的双链断裂都足够 引起p53水平的上调，只是不清楚那种蛋白检测到了断裂，但知将信号传递 给p53的是ATM激酶（和ATR激酶），使p53磷酸化而不被降解。2）对DNA损伤因子的应答：包括某些化疗药物、紫外线照射及某些蛋白激 酶抑制剂。ATR激酶将信号传递给酪蛋白激酶（CKII），后者磷酸化p533）异常的生长信号，特别是pR
9、b-E2F控制的细胞周期发生紊乱0Nanjing University七、Mdm2和ARF为p53的命运而战P53与凋亡 Mdm2最初在鼠肉瘤细胞中发现，由细 胞染色体中的双微体（double-minute chromosome）编码。在许多人类肺癌中 ，Mdm2都是过表达 P53蛋白是由泛素蛋白酶体系统降解 正常情况下，p53的降解由Mdm2(小鼠 ）和HdmI（人）的蛋白调控，介导泛素 与p53连接并将p53从核内转运到细胞质 的蛋白酶体中 Mdm2连续而高效的运作保证了p53在正 常未受刺激细胞中20min的半衰期 细胞遭遇某些类型刺激或者损伤，p53 通过磷酸化来免除Mdm2对它的降解
10、， Mdm2不能与磷酸化的p53结合，不能使其 泛素化Mdm2和p53生死相连Nanjing University七、Mdm2和ARF为p53的命运而战P53与凋亡ARF：Mdm2的拮抗物，p53敌人的敌人 ，是重要的抑制肿瘤的基因 在小鼠为p19ARF（p16INK4A),在人为 p14ARF，后被命名为ARE基因 ARF与Mdm2结合并抑制其功能，快 速诱导p53的上调 在多种保留着野生型的p53拷贝的 人类肿瘤中，通过失活两个编码ARE 的基因拷贝来去除p53的功能多种激酶控制p53水平Nanjing University七、Mdm2和ARF为p53的命运而战P53与凋亡ARF与p53的
11、同盟Nanjing University八、ARF和p53介导的凋亡通过监控胞内信号来监控肿瘤P53与凋亡Nanjing University九、p53:基因组的忠实守护者P53与凋亡p53作为转录因子来阻断DNA损伤后细胞周期进程以及参与 修复过程，p53蛋白有一个DNA结合结构域 p53四聚体还需要经过复杂的共价修饰（C端），包括乙酰 化、糖基化、磷酸化、核糖基化和sumo化 突变的p53基因导致p53蛋白丧失转录激活能力，最直接的 就是不能诱导Mdm2的转录及合成，使p53逃脱降解并累积 染色体DNA受损伤后，P53蛋白通过阻止细胞周期的进程和 DNA的复制、诱导表达DNA修复酶，减少细
12、胞基因组中突变 累积的比率 P53的突变或缺失，可导致基因组中错误的积累Nanjing UniversityP53靶基因举例P53与凋亡基因类型基因名称基因产物功能P53拮抗基因MDM2/HDM2诱导p53的泛素化生长阻滞基因p21CiplCDK抑制剂、DNA聚合酶Siah-1Beta-catenin降解14-3-3将cyclin B-CDC2束缚于 胞质中 ReprimoG2期阻滞DNA修复基因p53R2核苷酸还原酶-DNA前体的 合成 XPE/DDB2Global NERXPCGlobal NERXPGGlobal NER, TCRGADD45Global NER?DNA pol k易出错
13、的DNA聚合酶P53靶基因举例Nanjing University凋亡调节子BAX线粒体孔蛋白 PUMABH3线粒体孔蛋白 NOXABH3线粒体孔蛋白 p53AIP1去除线粒体膜电位 KillerlDR5细胞表面死亡受体 PIDD死亡结构域蛋白 PERP促凋亡转膜蛋白 APAF1Caspase-9的激活子 NF-kB转录因子参与TNF信号通路 FaslAPO1死亡受体 PIG3线粒体氧化/还原调控 PTEN降低抗凋亡的PIP3水平 Bcl-2（抑制）其表达 IGF-1R（抑制）其表达 IGFBP-3IGF-1 拮抗抗蛋白TSP-1(thrombospondin)血管生成拮抗剂十、p53引起的程
14、序性凋亡P53与凋亡半胱氨酸天冬氨酸酶剪切细胞骨架蛋 白：肌动蛋白、网格蛋白、弹性蛋白 、凝溶胶蛋白使细胞骨架塌陷半胱天冬酶剪切核 膜内表面的纤层蛋 白，导致染色质凝 集和核固缩半胱天冬酶活化并 剪切脱氧核糖核酸 酶的抑制剂（ICAD ）最终导致DNA降 解自然死 亡小体十、p53引起的程序性凋亡P53与凋亡十、p53引起的程序性凋亡P53与凋亡问题：p53是如何在抑制细胞生长、阻 碍细胞周期进程和激活细胞程序 性凋亡之间进行选择的？P53与凋亡十、p53引起的程序性凋亡P53与凋亡p53引起的凋亡常限于非常规的，即威 胁到细胞及组织的紧急情况。如肿瘤的 发生，p53启动的凋亡是生物体清除有
15、潜在成瘤能力细胞的一种方法Nanjing University十一、p53的失活对初始癌细胞在肿瘤进 行发展的多个阶段起着重要的作用P53与凋亡肿瘤形成的早期阶段，癌基因常通过不 同形式的突变活化，容易引起p53诱导的 凋亡。因此，具有这样一个癌基因的细 胞如果减弱了p53的功能，就能具备更强 的生长优势Nanjing University十二、凋亡是一个依赖线粒体的复杂过程P53与凋亡P53仅仅是引起程序性死亡的 作用者之一，凋亡还可以不依 赖于p53，如失巢凋亡。Caspase 3 阳性细胞（失巢） 附着于整联蛋白的存活乳腺细 胞（显示胞核）Nanjing University十二、凋亡是
16、一个依赖线粒体的复杂过程P53与凋亡bcl-2 (B-cell lymphoma gene-2),是最早知道的调节凋 亡基因。 bcl-2 能够延长本 来会迅速死亡细胞的寿命。myc癌基因，单独作用时能有 效促进细胞分裂，但其生长能 力却被它的死亡诱导能力减弱 ，若bcl-2和myc同时作用，能使 细胞具有更强的恶性行为myc的死亡诱导作用能被p53基 因的失活而中和不同转基因小鼠死于淋巴瘤的时间Nanjing University十二、凋亡是一个依赖线粒体的复杂过程P53与凋亡Bcl-2 癌蛋白在胞内发挥作用的场所是线粒体外膜，调控线粒体介导的凋亡。细胞色素C位于线粒体外膜和内膜之间，起着传递电子的作用。一旦凋亡信号开 始，细胞色素C会脱离线粒体进入胞质，并联合其它蛋白启动凋亡级联事件Nanjing University十二、凋亡是一个依赖线粒体的复杂过程P53与凋亡细胞色素C位于线粒体外 膜和内膜之间，起着传递 电子的作用。一旦凋亡信 号开始，细胞色素C会脱 离线粒体进入胞质，并联 合其它蛋白启动凋亡级联 事件A 起始时，细胞色素C与 线
