TP53

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EL GEN TP53: ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD BIOLÓGICA. LA RUTA p53-Mdm2-ARF <ref>Máster en Oncología Molecular (2007-2009). CEB/CNIO</ref>

Las células normales presentan mecanismos de defensa intrínsecos que se activan en respuesta a ciertas alteraciones de la homeostasis. Estos mecanismos actúan como sistemas de protección antitumoral y su inactivación, por mutación o de otro modo, favorece la formación de tumores.

La proteína p53 es el elemento central de un complejo sistema de respuestas celulares que se activa en respuesta a estímulos que implican estrés celular. Entre ellos se incluye el daño a DNA, la hipoxia, la activación de oncogenes, la depleción de nucleótidos, el acortamiento telomérico o la disrupción de microtúbulos. Estas alteraciones son potencialmente tumorogénicas, y, por tanto, p53 juega un papel crítico en supresión tumoral.

La activación de p53 da lugar a diversas respuestas celulares. Las más relevantes en protección antitumoral son la salida, normalmente permanente, del ciclo celular, la inducción de apoptosis, ambas dirigidas a la eliminación efectiva de la célula que ha sufrido la alteración potencialmente oncogénica, y la reparación. La importancia de las respuestas mediadas por p53 como mecanismo de protección antitumoral está reflejada en el hecho de que la inactivación de la vía de p53 es la alteración más frecuente en tumores humanos.

p53 es una proteína de respuesta a estrés, por lo que en condiciones normales debe estar silenciada en la célula. Esto se consigue por acción de Mdm2, gen diana de p53, que a la vez lo regula, a diferentes niveles:

  • degradación: ubiquitina p53 dirigiéndola hacia la degradación en el proteosoma.
  • compartimentalización: p53 se localiza normalmente en el núcleo, allí Mdm2 le añade un residuo de ubiquitina que provoca su salida al citoplasma.
  • inhibición de la transcripción de p53.

Por tanto, en condiciones normales, Mdm2 degrada p53; en situación de estrés celular, se inhibe este ciclo de degradación, de forma que p53 se acumula en el núcleo y actúa sobre sus genes diana.

Otra proteína importante en esta vía es ARF (p14ARF, en ratón p19ARF), que favorece la acumulación de p53 al interferir con el sistema de degradación proteolítica específica de p53 dependiente de Mdm2, a dos niveles:

  1. a nivel bioquímico: inhibiendo la ubiquitinización de p53
  2. a nivel de compartimentalización: ARF tiene localización nuleolar, mientras que p53 y Mdm2 nucleoplásmica; cuando ARF está activo, secuestra a Mdm2 en el nucleolo, impidiendo su interacción con p53, y facilitando así su acumulación.

Otro mecanismo de respuesta mediado por ARF es el control de la senescencia celular, pues se ha demostrado que la inactivación de ARF o p53 en las células tumorales favorece la inmortalización.

La regulación de ARF también es muy importante en esta vía, ya que, al igual que p53 debe mantenerse a niveles muy bajos en condiciones normales. Esta regulación se ejerce a nivel de su transcripción mediante inhibidores o activadores, que actúan fundamentalmente sobre la estructura de la cromatina.

Además de esta vía de señalización, vía de estrés mitogénico, existe la vía del estrés genotóxico. Las situaciones que originan daño en el DNA activan p53 a través de una compleja cascada de fosforilaciones, en la que los principales reguladores son las quinasas ATM y ATR y, en un nivel inferior, Chk1 y Chk2. Las lesiones en el DNA disparan, por mecanismos aún poco conocidos, la actividad de ATM y/o ATR que provoca la fosforilación de p53, bien directamente o a través de la activación de las quinasas Chk1 (sustrato de ATR) y Chk2 (sustrato de ATM). La fosforilación de p53, posiblemente junto a otras modificaciones postraduccionales, provoca su acumulación en el núcleo y la activación de genes diana de p53. En gran medida, la utilización de ATM o ATR parece dictada por el tipo de lesión: ATM es el principal sensor de roturas en el DNA causadas por radiación ionizante, mientras que ATR es responsable de la respuesta a otras formas de estrés genotóxico como la exposición a luz ultravioleta. Ambas vías, estrés genotóxico y mitogénico, son independientes, pero están relacionadas, ya que por ejemplo ATM/ATR pueden modular Mdm2.

ARF es la encargada de distinguir entre una señal de proliferación normal y señales de estrés mitogénico, así existe una regulación muy estricta de de esta proteína por distintos reguladores. Pero ARF también posee una función independiente de p53 y así ejerce un efecto global en la célula para inhibir su crecimiento:

  • a nivel de la síntesis de ribosomas
  • a nivel de activación de Myc
  • con su actuación sobre p53, inhibiendo la división celular

Los dominios de p53 susceptibles de ser fosforilados en respuesta a estrés están localizados en el extremo amino terminal de la proteína, donde también se encuentra la zona de unión a Mdm2 y de activación transcripcional. Por ello, la fosforilación de p53 conlleva a su estabilización (por bloqueo del sitio de unión a Mdm2) y la modulación de su activación transcripcional.

Además de la fosforilación, p53 puede sufrir otras modificaciones postraduccionales como acetilación y sumoilación de la región C-terminal. En ambos casos se genera una mayor estabilización (por bloqueo de la ubiquitinización).

La localización intracelular de p53 se encuentra regulada. Dentro del núcleo, puede acumularse en los cuerpos PML, asociándose esta localización con modificaciones postraduccionales. Y aunque es una proteína nuclear, también se puede encontrar en el citoplasma como consecuencia de, al menos, dos situaciones diferentes:

a) Mdm2 favorece la salida de p53 al citoplasma para degradarse;
b) la acción de Parc (proteína de anclaje citoplásmico para p53) hace que grandes cantidades de p53 estable se acumulen en el citoplasma, donde algunos estudios la han detectado asociada a la mitocondria.

En algunos tipos de tumores se ha visto acumulación aberrante de p53 en citoplasma.

La proteína p53 es un factor de transcripción que actúa principalmente a través de la regulación de genes diana específicos. Los factores que determinan la activación de una u otra respuesta son aún objeto de investigación, pero sin duda juega un papel fundamental la activación selectiva de genes diana. p53 es miembro de una familia de proteínas que incluye además a p73 y p63. Todas ellas comparten la misma estructura general, pero sus funciones concretas no están muy claras todavía. Estas dos proteínas son muy complicadas dado que pueden dar lugar a un alto número de isoformas. Aquellas isoformas que siguen manteniendo el dominio de activación en el N-terminal actúan de manera similar a p53, pero aquellas que carecen de él actúan como dominantes negativos de p53 .

Se ha identificado un número muy amplio de posibles genes diana de p53, que incluyen un subgrupo cuya activación llevaría a una inhibición del ciclo celular, como el inhibidor de Cdk p21-CIP1 o las proteínas 14-3-3 y GADD45, entre otros; otro que incluye activadores de apoptosis, como Bax, Apaf1 o Puma; y otros genes implicados en inhibición de angiogénesis e invasión, y en el metabolismo celular, así se ha relacionado la activación de p53 con la activación de la ruta de las pentosasfosfato. Es decir, efectos que llevan a la eliminación de células dañadas, a la eliminación del daño génico y al bloqueo de la progresión tumoral.

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