p53讲演

幻21） p53研究30年2）p53的定义3）p53基因的结构与表达4）p53蛋白的功能5）p53的信号通路6）p53的基因治疗幻3p53研究30年1979年，英国癌症研究基金会、美国普林斯顿大学的研究者首次追踪到了p53基因的踪迹。

最初，p53基因并未受到重视，甚至在最初的10年中，p53一直被视为能够诱发肿瘤产生的癌基因。

众所周知，一条基因由一系列脱氧核糖核酸按照相应的顺序彼此串联而成，如果其中的某个或某些核苷酸发生改变就意味着这条基因发生了突变，而起初研究者拿到的基因就是p53的突变版本，按照这一版本翻译成的蛋白质自然就无法行使正常p53基因的功能。

十年之后，约翰霍普金斯医学院的研究者终于找到了正确的p53基因，即野生型p53。

不但如此，科学家的发现还为这一基因摘掉了癌基因的恶名：与此前认识恰恰相反的是，p53是一个在人体内发挥广泛作用的强有力的抑癌基因。

p53在众多信号通路中起着枢纽的作用，调节着很多非常重要的生物学活性，包括维持基因组稳定、诱导细胞凋亡等等。

有研究发现p53是可选择性剪接的基因家族中的一员。

突变的p53基因具有某些特性，它能够对肿瘤的发生、发展和转移进行控制。

对p53的认识一直在不断加深，同时p53的治疗作用也早已进入临床应用，现在很多癌症治疗方案都试图重建其在癌基因中的表达。

幻4p53定义但是P53基因突变后，由于其空间构象发生改变，失去了对细胞生长、凋亡和DNA 修复的调控作用，P53 基因由抑癌基因转变为癌基因。

幻5p53基因的结构正常的P53蛋白在细胞中易水解，野生型p53蛋白的半衰期很短，因此用免疫组化法检测不到野生型p53蛋白，而突变型p53蛋白降解缓慢，代谢半衰期比较长，积聚在核内易于检测到，所以应用免疫组化检测的p53均为突变型，可作为多种癌的基因标志。

P53蛋白N 端有一个与转录因子相似的酸性结构域，与GAL4（GAL4是酵母转录激活蛋白Gal4的基因）的DNA结合区重组时，融合蛋白能激活GAL4操纵子转录，激活功能定位在P53第20～40位密码子。

P53细胞定位及反式激活功能提示，P53蛋白可能直接或通过与其他蛋白作用参与转录控制.进化程度迥异的动物中，P53有异常相似的基因结构，约20Kb长，都由11个外显子和10个内含子组成.P53基因转录成2.5KbmRNA，编码393个氨基酸蛋白，细胞内以四聚体形式存在。

分子量为53KD。

p53基因的多态性常见于4号外显子的72位密码子。

而4号外显子附近这个区域编码接近中央疏水区域的氨基，决定蛋白的构象和DNA特异性结合。

幻6p53基因的表达P53基因的表达至少受转录及转录后二种水平的调控.P53在正常细胞中表达量极低，但是当细胞受到低氧、紫外照射、化合物刺激等反应后表达量急剧增加并被激活，由于含有一段序列专一性DNA转录结合序列，作为转录因子，p53可调节大量靶基因的表达，从而影响细胞周期阻滞、凋亡、分化、静息、DNA损伤、血管生成和转移的抑制以及其他功能。

P53蛋白野生型可抑制肿瘤生长，在正常细胞中表达极微，且半衰期仅10min左右。

但p53基因突变后蛋白构型改变、稳定性增加、半衰期延长为2～16h，从而易在恶性细胞中堆积。

许多p53基因正常的肿瘤组织中，也常存在P53蛋白功能的丧失。

如由于其他相关蛋白的过度表达(如MDM2)并与P53蛋白结合，或是P53活化必须的辅助因子缺失，或是P53蛋白被阻滞不能进入细胞核，甚至p53基因本身转录被抑制等，都可使P53蛋白失活。

因此野生型P53蛋白功能的缺失是肿瘤发生的必要条件。

p53基因位于人类染色体17p13．1，启动子不含C盒、TATA盒和GC盒等常见启动序列。

幻7p53基因的失表达TP53基因突变是其功能失活的主要原因，至今已发现400多种TP53基因突变类型，其中147种与胃肠道肿瘤有关，而最常见的突变方式是点突变。

通过分析大量肿瘤病例中的TP53突变位点，证实肿瘤中95.1%的p53点突变位点发生在高度保守的DNA结合区，尤以第175、245、248、249、273和282位点的突变率最高（如图8）。

此外，某些点突变改变了p53的空间构象，影响了p53蛋白与MDM2和p300等蛋白的相互作用。

另一些点突变发生在p53的核定位信号区，使p53无法进入细胞核发挥转录激活的功能。

不同肿瘤的TP53基因突变位点并不一致，例如：结肠癌中G:C→A:T转换占到79%；在乳腺癌中，G→T颠换占到1/4，而这种突变在结肠癌十分少见；淋巴瘤和白血病的TP53基因突变方式与结肠癌相似；在肺癌中G:C→T:A突变最普遍，而食道癌中发生G→T颠换的频率很高。

幻8p53蛋白功能1 阻滞细胞周期在细胞周期中，P53的调节功能主要体现在G1和G2/M期校正点的监测，与转录激活作用密切相关。

P53下游基因P21编码蛋白是一个依赖Cyclin(细胞周期蛋白)的蛋白激酶抑制剂，一方面P21可与一系列Cyclin-cdk （细胞周期蛋白依赖性激酶）复合物结合，抑制相应的蛋白激酶活性，导致高磷酸化Rb 蛋白（视网膜母细胞瘤蛋白）堆积，后者使E2F转录因子（参与细胞周期调控的细胞因子）不能活化，引起G1期阻滞；另外P53的另外3个下游基因Cyclin B1,CADD45 和14-3-3σ则参与G2/M期阻滞。

幻9 图示2 促进细胞调亡Bcl-2（调控线粒体外膜通透性的基因家族）可阻止凋亡形成因子如细胞色素C 等从线粒体释放出来，具有抗凋亡作用，而Bax（促凋亡基因）可与线粒体上的电压依赖性离子通道相互作用，介导细胞色素c的释放，具有凋亡作用，p53可以上调Bax 的表达水平，以及下调Bcl-2的表达共同完成促进细胞凋亡作用。

P53还可通过死亡信号受体蛋白途径诱导凋亡，TNF受体（在真核细胞表达具有生物活性的可溶性肿瘤坏死因子）和Fas蛋白（一种细胞膜抗原，主要功能是介导细胞凋亡）。

3 维持基因组稳定DNA受损后，由于错配修复的累积，导致基因组不稳定，遗传信息发生改变。

P53可参与DNA的修复过程，其DNA结合结构域本身具有核酸内切酶的活性，可切除错配核苷酸，结合并调节核苷酸内切修复因子XPB和XPD的活性，影响其DNA重组和修复功能。

4 抑制肿瘤血管生成肿瘤生长到一定程度后，可以通过自分泌途径形成促血管生成因子，刺激营养血管在瘤体实质内增生。

P53蛋白能刺激抑制血管生成基因Smad4等表达，抑制肿瘤血管形成。

在肿瘤进展阶段，P53基因突变导致新生血管生成，有利于肿瘤的快速生长，这常常是肿瘤进入晚期的表现。

澄清概念，细胞周期阻滞作用和诱导凋亡作用p53既可阻滞细胞周期，也可诱导细胞凋亡。

两种作用方式都是为了维护基因组的稳定，但二者的性质截然不同。

前者是为DNA的修复或某种应激状态的改善创造时机。

即便不能完全修复DNA的损伤，只要还能容忍，细胞依旧可以存活，但可能会留下基因组不稳定的后患；后者则是从根本上去除造成基因组不稳定的因素，以绝后患。

显然，p53的这两种作用方式不能同时并存，二者之间有选择。

究竟p53在被激活后选择何种作用方式，要由活性p53的数量与应激细胞的损伤程度两方面来决定。

当通过暂时转染方式让p53在肿瘤细胞内高水平表达时，即可诱导凋亡；而采用温度敏感突变或可诱导系统让p53低水平表达时，则只能导致细胞周期阻滞。

但从根本上讲，应激细胞的DNA损伤程度等因素才是决定p53选择何种作用方式的关键。

幻10p53信号通路（翻译）肿瘤抑制基因p53具有序列特异性，直接作用于不同细胞好病毒的蛋白质，在DNA损害时，可诱导细胞周期阻滞。

面对不同基因毒性产生的信号（例如，紫外线照射或DNA损伤）时，p53被翻译产生p53蛋白，并经历翻译后修饰，从而其在细胞核中逐渐积累。

p53基因对维持基因的稳定性有十分重要的作用。

它可以通过永久地抑制细胞或细胞凋亡来消灭已经损伤的细胞。

例如，gamma射线激活p53，开启p21 CIP1基因（癌基因）的转录，同时，结合并抑制细胞周期蛋白依赖性激酶，导致视网膜母细胞瘤低度磷酸化，从而阻断E2F的释放，同时阻滞G1期向S期的过渡。

P53的某些细胞效应能够通过c-Myc, Bcl-2, 或者E2F的自由表达被阻止。

P53的活性由Mdm2参与自动调控环路所控制。

Mdm2（一种癌基因，而且mdm2突变与P53突变不共存，mdm2扩增与肿瘤转移密切相关）和P53 结合是为了使P53降解以及抑制p53基因诱导的细胞周期阻滞和凋亡.幻11p53信号通路p53可以整合多重压力信号和调整细胞反应。

DNA受损，p53就会使细胞停留在G。

期，在被损伤的DNA得到修复后，则可使细胞进入M期，细胞可继续增殖和分化；如果损伤得不到修复，则诱导细胞凋亡，借此来调节整个机体，使之处于相对自稳态。

例如，氧化应激下，尤其是当细胞DNA受到损伤时p53基因表达上调，表现为mRNA的翻译速度加快和翻译后修饰，但主要是表现为翻译后水平的调控，如磷酸化、乙酰化、泛素化、SUMO 化、NEDD化以及糖基化和核糖基化等构成一个复杂的调控体系并精细地调节，引起p53蛋白的构象、定位和与其相互作用的蛋白质的改变，从而使其稳定性及活性均被提高，半衰期延长，累积量增加，功能增强，产生特异性的作用，最终影响一系列下游靶基因的表达，发挥其细胞周期的调控、DNA修复、血管形成抑制、转移抑制、细胞衰老及凋亡等功能‘。

p53极为丰富的翻译后修饰及其与多种蛋白质问的相互作用是使p53呈现功能多样性的机制。

幻12p53信号通路p53基因受多种信号因子的调控。

例如：当细胞中的DNA损伤或细胞增殖异常时，p53基因被激活，导致细胞周期停滞并启动DNA修复机制，使损伤的DNA得以修复。

然而，当DNA损伤过度而无法被修复时，作为转录因子的p53还可进一步激活下游促凋亡基因的转录，诱导细胞凋亡并杀死有DNA损伤的细胞。

不然，这些DNA损伤的细胞就可能逐渐脱离正常的调控，有可能最终形成肿瘤。

虽然正常状态下p53的mRNA水平很高，而且有大量蛋白质合成，但p53蛋白容易降解，所以正常细胞内p53蛋白水平很低。

蛋白的泛素化（ubiquitination）修饰是细胞内蛋白代谢过程中的最普通的降解方式，p53蛋白的降解也是通过泛素化来实现的。

MDM2是一种特异性针对p53的泛素化E3连接酶，它可直接与p53蛋白结合来促进p53蛋白的泛素化降解，并在细胞内p53蛋白动态平衡中发挥关键的作用。

MDM2本身也可被p53蛋白激活，因此MDM2是p53通路中重要的负反馈调节因子（negative feedback regulator）。

幻13 p53信号通路（举例miRNA）早在十年前，研究人员就已经发现一种CDK抑制因子p21可以介导p53诱导的细胞生长停滞。