Interakce různých forem proteinu p53 s p73 izoformami

Transkript

1 Masarykova univerzita v Brně Přírodovědecká fakulta katedra biochemie Interakce různých forem proteinu p53 s p73 izoformami Diplomová práce Brno 2006 Martin Klepárník

2 Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci zpracoval samostatně a pouze s využitím pramenů v práci uvedených. Martin Klepárník 2

3 Chtěl bych poděkovat především Mgr. Pavle Češkové, PhD. za odborné vedení, poskytnutí potřebných materiálů, pomoc a trpělivost při zpracování této práce. Děkuji RNDr. Bořivoji Vojtěškovi, DrSc. za možnost pracovat v jeho skupině na oddělení Základna experimentální onkologie Masarykova onkologického ústavu v Brně a všem členům pracovní skupiny za pomoc a rady. Rodině a svým blízkým za podporu. Děkuji 3

4 OBSAH: str. Seznam použitých zkratek 7 I. Úvod 8 II. Teoretická část 9 1. Historie a funkce p53-genové rodiny 9 2. Protein p Struktura proteinu p N-terminální oblast Centrální DNA vazebná oblast C-terminální oblast Regulace stability a degradace proteinu p Funkce proteinu p Mutace proteinu p Protein p Struktura genu pro protein p Struktura proteinu p Transaktivační doména (TAD) DNA vazebná doména (DBD) Oligomerizační doména (OD) C-terminální SAM (Sterile Alpha Motif) doména Poly-prolinová oblast (PY) Regulace stability a degradace proteinu p Interakce s proteinem MDM Acetylace proteinu p Sumoylace proteinu p Ubikvitin-dependentní degradace proteinu p Další možnosti degradace proteinu p Funkce proteinu p Funkce proteinu p73 v apoptóze Funkce proteinu p73 ve vývoji a diferenciaci tkání Funkce proteinu p73 v karcinogenezi Interakce mezi mutantními formami p53 a isoformami p

5 III. Cíle diplomové práce 31 IV. Materiál a metody Mutageneze Příprava a izolace plazmidové DNA Příprava kompetentních buněk Transformace buněk Izolace plazmidu Příprava jaderných a cytosolických frakcí buněčných linií Kultivace buněčných linií MCF 7, RD, SW 837 a H1299-p53β Kultivace buněčné linie MCF 7 s indukovanou hladinou p Izolace cytosolických a jaderných proteinů Příprava IVTT proteinů SDS-PAGE + Western bloting SDS-PAGE Western bloting Imunodetekce proteinů na membráně EMSA (electromobility shift assay) Značení oligonukleotidu 32 P Specifická vazba proteinu na DNA Elektroforéza Kultivace a transientní transfekce buněčné linie H1299-RGC β-galaktosidasová assay Kultivace a transientní transfekce buněčné linie H1299 pro detekci aktivace transkripce proteinů MDM2 a p21 43 V. Výsledky a diskuse Příprava expresních vektorů pro proteiny p53 s polymorfismem 72 R/P Studium DNA vazebných schopností in vitro Příprava IVTT proteinů Izolace jaderných a cytosolických frakcí buněčných linií Studium DNA vazebných schopností wtp53 a mutantních p53 připravených in vitro transkripcí/translací Studium DNA vazebných schopností isoforem p73 s různými formami proteinu p

6 2.5. Studium DNA vazebných schopností isoforem p73 (IVTT) s jadernými a cytosolickými lyzáty buněčných linií nesoucích wtp53 nebo mutantní p Studium DNA vazebných schopností v podmínkách ex vivo Vyhodnocení schopnosti transaktivace p73β v kombinaci s různými formami proteinu p Studium DNA vazebných schopností in vivo 55 VI. Závěr 59 VII. Abstract 60 Seznam použité literatury 62 6

7 Seznam použitých zkratek AK aminokyselina/aminokyseliny bp base pair CDKs cyklin dependentní kinasy CSB complete sample buffer (nanášecí barva pro SDS-PAGE) D-MEM Dulbeco's modified Eagle's medium DTT dithiotreitol EMSA electromobility shift assay HPV Human papilomavirus (lidský papilomavirus) IPTG isopropyl-β-d-thiogalaktopyranosid IVTT in vitro transkripce/translace LB médium Luria-Bertani médium LSH motiv loop-sheet-helix motiv ONPG o-nitrophenyl-β-d-galaktopyranosid PMSF phenylmethylsulfonylfluorid SDS-PAGE polyakrylamidová gelová elektroforéza v přítomnosti dodecylsulfátu sodného Sf9 Spodoptera frugiperda wt p53 wild-type p53 (divoký, nemutovaný typ) 7

8 I. Úvod Protein p53 je známý antionkogen, ztráta jeho funkčnosti způsobená mutací je prokázána asi u 55 % lidských nádorů rozdílného histologického původu. Mutace p53 indikuje horší prognózu léčby a přežití pacienta. Protein p73 vykazuje vysoký stupeň homologie s proteinem p53 na úrovni genu i proteinu. Přestože p73 není klasickým tumor supresorovým genem a mutace v genu TP73 byly nalezeny u méně než 0,6% lidských nádorů, tak je schopen stejně jako protein p53, transkripčně aktivovat geny, jejichž produkty se uplatňují při zástavě buněčného růstu a apoptóze. Už dřívější experimenty dokázaly, že fyzikální interakce mezi proteiny wt p53 a p73 za fyziologických podmínek jsou velmi slabé. Změna struktury proteinu p53 mutací nebo delecí však může výrazně ovlivnit jeho schopnost fyzikálně a funkčně inetragovat s proteinem p73 a významně tak ovlivňovat jeho DNA vazebné schopnosti i protein-protein interakční potenciál. To může ve výsledku vést ke změněné schopnosti proteinu p73 indukovat transkripci jako odpověď na různé genotoxické vlivy. Studium jakým způsobem mutantní protein p53 interaguje s isoformami p73 je důležité pro nalezení možnosti rozpojení těchto inhibičních interakcí a uvolnění funkce proteinu p73, který by pak mohl stejně jako wt p53 působit proti rozvoji nádoru zástavou buněčného cyklu nebo indukcí apoptózy 8

9 II. Teoretická část 1. Historie a funkce Při výzkumu opičího Simian viru 40 (SV 40; polyomavirus, jehož přirozeným hostitelem je Makak rhesus), byla v roce 1979 s jedním z jeho proteinů (tzv. velký T antigen) koprecipitována molekula o hmotnosti 53 kda (1) (později charakterizován jako nový protein pojmenovaný p53) (2). Následně bylo zjištěno, že polyomaviry vyvolávají nádory u experimentálních zvířat, v nichž je onkogenetické působení zprostředkováno právě tzv. velkým T (= transformačním) antigenem, který se váže na nádorový supresor p53 a inaktivuje jej. Původně se předpokládalo, že se jedná o nový onkogen (nález proteinu p53 v několika typech nádorů u zvířat) (3). Tuto myšlenku podpořil fakt, že při zastavení buněčného cyklu je hladina p53 v buňce velmi nízká, zatímco při indukci růstu se zvyšuje (a maximální je před iniciací replikace DNA) (4). Srovnání cdna klonů p53 (používaných při studiu a objevu konzervativních domén) ukázalo, že většina používaných klonů je v mutované formě. Následné studie využívající wt p53 ukázaly, že původní funkce p53 je opačná, tedy inhibice transformace (5,6). Od konce 80. let je přijímán názor, že protein p53 se podílí na regulaci buněčného cyklu a diferenciaci a je tumor supresorovým genem. Protein p73 společně s proteinem p63 patří do p53-genové rodiny transkripčních faktorů. Protein p73 byl objeven až v roce 1997 (7). Následným podrobným screeningem byly objeveny isoformy p73α a p73β, lišící se na svém C- konci. V roce 1998 pak byl popsán další homolog proteinu p53, protein p63 (8). Na základě jejich strukturní homologie s proteinem p53, se předpokládalo, že budou mít podobné funkce jako protein p53. Všechny tři proteiny mají podobnou strukturu zahrnující N-terminální transaktivační (TA) doménu, centrální DNA vazebnou doménu (DBD) a C-terminální oligomerizační doménu (OD). Stupeň identity v sekvenci aminokyselin u centrální DNA vazebnou domény je přibližně 65 %. U obratlovců se předpokládá, že proteiny p63 a p73 jsou evolučními předky proteinu p53 a patrně se vyvinu z nějakého p63/p73 archetypu. V současné době je již známo, že jejich funkce je v některých oblastech odlišná (např. růst a vývoj tkání). 9

10 Protein p73 může aktivovat řadu p53-regulovaných genů a tím potlačovat buněčný růst nebo indukovat apoptózu. Proteiny p53 a p73 jsou aktivovány poškozením DNA. Proteiny p63 a p73 jsou důležité pro normální vývoj některých typů tkání, mají dlouhou C-terminální oblast, která je alternativně sestřihována a vytváří různé C-koncové isoformy. Geny p63 a p73 jsou velmi zřídka mutované u lidských nádorů, na rozdíl od genu p53. obr. 1: Znázornění p53-rodiny transkripčních faktorů a jejich překrývajících se i odlišných biologických funkcí. Proteiny p53, p63 a p73 se v některých funkcích překrývají a některé mají rozdílné; p53 reguluje stresovou odpověď vedoucí k potlačení vzniku nádoru; p63 je nezbytný pro diferenciaci ektodermu; p73 pravděpodobně reguluje stresovou odpověď a je zapojen do diferenciace některých typů tkání. Protože proteiny p53 a p73 jsou spojeny s rozdílnými signálními dráhami, může být tato rodina transkripčních faktorů regulována běžnou skupinou genů exprimovanou jako odpověď na různé extracelulární signály a vývojové podněty (9).. 10

11 2. Protein p Struktura proteinu p53 Gen pro lidský protein p53 (TP53) byl lokalizován na krátkém raménku chromozomu 17 (10), je dlouhý 20 kb a obsahuje 11 exonů (z nichž první se ve formě RNA podílí na autoregulaci rychlosti syntézy, ale není translatován) a 10 intronů (11). V současnosti nové studie ukazují, že podobně jako u proteinů p63 a p73, tak může docházet k alternativnímu splicingu genu TP53 a mohou tak vznikat různé N- koncové a C-koncové isoformy proteinu p53. N-koncové isoformy mohou vznikat prostřednictvím alternativního promotoru uvnitř intronu 4. C-terminální oblast může být alternativně sestřižena (v oblasti intronu 9) a mohou vznikat tři různé isoformy p53 (plně dlouhý protein), p53β a p53γ (postrádají oligomerizační doménu). Alternativní promotor umožňuje expresi N-terminálně zkráceného proteinu p53 ( 133p53), který se začíná přepisovat na kodonu 133. Gen TP53 tak může teoreticky kódovat nejméně 9 různých isoforem proteinu p53 p53, p53β, p53γ, 133p53, 133p53β a 133p53γ pomocí alternativního sestřihu intronu 9 a alternativního promotoru uvnitř intronu 4, ale také 40p53 pomocí alternativního sestřihu intronu 2 a alternativní iniciace translace. (93,94,95) obr. 2: Schéma různých isoforem proteinu p53, které mohou být kódovány genem TP53. (92) 11

12 Lidský protein se skládá z 393 aminokyselin a lze na něm rozlišit tři strukturně a funkčně odlišné oblasti: N-terminální (AK 1-100), centrální (AK ) a C- terminální (AK ) N-terminální oblast N-terminální oblast je zodpovědná svou oblastí (AK 1-42) za transkripčně aktivační schopnosti. Obsahuje první konzervativní doménu (AK 13-23) (12). Touto oblastí se protein p53 váže na komplex bazálních transkripčních faktorů - TBP (TATA box binding protein), TAF (TBP-associated factors) části TFIID (13,14). Dalším proteinem, který se váže do této oblasti, je E3 ubikvitin ligasa MDM2 regulující stabilitu proteinu p53. MDM2 se váže na oblast AK a negativně ovlivňuje množství proteinu p53 jeho ubikvitinací. Dále pak se mohou do této oblasti vázat virové proteiny (např. adenovirový protein E1B-55 kda, X protein viru hepatitidy B, HPV E6 protein lidského papilomaviru) a inhibovat tak transaktivační funkci proteinu p53. N-terminální oblast je velmi bohatá na prolin. Pravidelný motiv pěti repetic PXXP (P prolin, X libovolná AK) v oblasti AK tvoří ve struktuře levotočivý helix podobný SH3 vazebné doméně (konzervovaná struktura meziproteinových interakcí), který umožňuje zapojení p53 do signálních transdukčních drah. Tato oblast je postradatelná pro transaktivační funkci proteinu p53, ale je nezbytná pro vyvolání p53-dependentní apoptózy a zástavu buněčného cyklu. Tento motiv je ovlivněn polymorfismem v kodonu 72 Pro/Arg, kde v případě argininu dochází k narušení struktury jednoho z pěti PXXP motivů a zvýšené náchylnosti k HPV E6- indukované degradaci p53 (15). Klinické studie pak potvrzují vyšší výskyt nádorů u populace s lidským papilomavirem v kombinaci s homozygotním Arg 72 (16) Centrální DNA-vazebná oblast Obsahuje AK tvořící strukturu zodpovědnou za sekvenčně specifickou vazbu na DNA. Nacházejí se zde 4 konzervativní domény - II: AK , III: AK , IV: AK a V: AK (12). V této oblasti se nachází asi 95% všech bodových mutací proteinu p53. 12

13 Centrální DNA-vazebná doména obsahuje 2 α-helixy (H1 a H2) a 11 β-řetězců (označované S1, S2, S2 a S3-S10) spojených smyčkami (z nichž jsou strukturně důležité L1-L3). Dva antiparalelní β-listy složené ze čtyř (S1, S3, S5 a S8) a pěti (S4, S6, S7, S9 a S10) řetězců tvoří β-sendvič, který je lešením pro LSH motiv (loopsheet-helix; L1, S2, S2, S10 a H2) a dvě velké smyčky (L2 přerušená krátkým helixem H1 a L3). L1 z LSH interaguje s DNA ve velkém žlábku, dlouhá smyčka L3 v malém žlábku. Smyčky L2 a L3 se stabilizují vzájemnou interakcí postranních řetězců aminokyselin a zejména koordinací atomu zinku Cys176 a His 179 (L2) a Cys238 a Cys242 (L3) (17) C-terminální oblast C-terminální oblast proteinu p53 obsahuje několik funkčně i strukturně odlišných částí: flexibilní linker (AK ) spojující DNA vazebnou doménu s C- terminálním koncem; tetramerizační doménu (AK ); tři sekvence NLS (nuclear localisation signal) a C-terminální doménu (AK ). Tvorba tetrameru proteinu p53 je velmi dobře prokázána (18). Tetramer lze nejlépe popsat jako dimer dimeru, kdy je dvojice proteinů spojena antiparalelně probíhajícími β-řetězci a dva dimery jsou spojeny hydrofóbními a elektrostatickými interakcemi α-helixů, tvořících svazek (tzv. four helix bundle ). Tetramerizace je nezbytná pro plnou funkci proteinu p53, ačkoli monomery proteinu p53 s delecí v tetramerizační doméně vykazují určité transaktivační schopnosti (19). Tři sekvence NLS1, NLS2 a NLS3 nalezené na C-konci proteinu p53 se podílejí na jeho lokalizaci v jádře. Sekvence NLS1 (AK ) je nejdůležitější a pokud chybí nebo je pozměněna, je protein lokalizován pouze v cytoplazmě. Při změnách v sekvencích NLS2 a NLS3, je pak exprimovaný protein p53 lokalizován jak v cytoplazmě, tak z části i v jádře (20). C-terminální doména zahrnuje oblast AK , která je zodpovědná za sekvenčně nespecifickou vazbu na DNA (21). C-terminální doména je také místem interakce s několika buněčnými i virovými proteiny (např. X protein hepatitidy B (22), podjednotkami XPD a XPB komplexu TFIIH). Tyto interakce jsou ovlivněny fosforylací na Ser315 (kinasami CDK1, CDK2) (23), Ser378 protein kinasou C (24) 13

14 a Ser392 kasein kinasou II a nachází se zde i několik míst acetylovaných acetylasou p300 (např. Lys320 a Lys382) (25). obr. 3: Struktura proteinu p53 a znázornění jeho funkčních oblastí, evolučně konzervovaných domén a struktury centrální DNA-vazebné domény. Podle Pierre a Evelyne May (26) Regulace stability a degradace proteinu p53 Protein p53 se za normálních podmínek vyskytuje v buňce ve velmi nízké koncentraci (poločas života p53 v buňce je asi 5-10 minut). Existuje totiž zpětnovazebná regulační smyčka proteinu p53 s E3 ubikvitim ligasou MDM2, při které dochází k p53-dependentní transkripci proteinu MDM2 zprostředkovávající degradaci p53 (27). Protein p53 se navíc vyskytuje v latentní formě, jejíž DNAvazebná aktivita je velmi nízká. Ke stabilizaci a aktivaci proteinu p53 dojde po vystavení buňky různým druhům stresu zpravidla vedoucím k poškození DNA. V současnosti jsou známy tři odlišné cesty stabilizace p53 v buňce. Všechny vedou ke zrušení interakce p53-mdm2. MDM2 není schopen ubikvitinovat p53, čímž dojde k inhibici degradace p53. 14

15 První cesta je vyvolána přímo poškozením DNA (např. ionizujícím zářením). Dochází k aktivaci dvou protein kinas - kinasa ATM (ataxia telangiectasia-mutated), ta je stimulována dvouřetězcovými zlomy DNA a následně aktivuje další kinasu Chk2 (Checkpoint kinase 2). Obě tyto kinasy fosforylují protein p53 na Ser15 a Ser20 a znemožňují tím vazbu MDM2 (28). Druhá cesta stabilizace p53 v buňce je spuštěna abnormálními růstovými signály (zejména nadměrnou expresí onkogenů, např. Ras, Myc), které vyvolají stabilizaci a akumulaci proteinu p14/arf(29), který je lokalizován v jadérku, kam také vychytává protein MDM2, čímž se zabrání degradaci p53. Třetí cesta stabilizace p53 v buňce zahrnuje kinasy ATR a CK II (kasein kinasa II) a je spouštěna širokým spektrem chemoterapeutik, UV-zářením nebo inhibitory protein kinas. Vede opět k fosforylaci p53 na Ser15 a Ser20. obr. 4: Regulace a funkce proteinu p53. Aktivace p53 působením stresových faktorů na buňku je spojena s rozpojením p53-mdm2 zpětnovazebné smyčky. Funkcí proteinu p53 je pak především aktivovat skupiny genů, jejichž produkty vedou k různým biologickým funkcím. (30) 15

16 2. 3. Funkce proteinu p53 Protein p53 se svou funkcí účastní při regulaci buněčného cyklu, apoptóze, opravě DNA, udržení stability genomu a angiogenezi. Jednou z nejdůležitějších funkcí proteinu p53 je jeho schopnost vázat se na určité promotorové sekvence DNA a aktivovat transkripci příslušných genů. Geny pod přímou kontrolou p53 lze rozdělit do 4 skupin: A) geny vyvolávající zástavu buněčného cyklu; B) geny udržující stabilitu genomu - reparace DNA; C) geny indukující apoptózu a D) geny inhibující angiogenesi vznikajícího nádoru. Po působení stresového faktoru je jednou z prvních reakcí buněk zástava buněčného cyklu. Protein p53 indukuje expresi inhibitoru cyklin-dependentních kinas p21/waf1/cip1. Protein p21 pak způsobuje zástavu buněčného cyklu v G1 fázi inhibicí několika cyklin-dependentních kinas (CDKs) cyklin D-CDK4/6, cyklin E-CDK2 a cyklin A-CDK2 (31), které regulují průchod z G1 do S fáze cyklu. Následkem inhibice CDKs nedojde k fosforylaci retinoblastoma proteinu (RB). Ten je v průběhu G1 fáze hypofosforylován v tomto stavu se váže na E2F transkripční faktor nezbytný pro vstup buňky do S fáze. Pokud nedojde k uvolnění E2F transkripčního faktoru z RB proteinu, zastaví se buněčný cyklus před vstupem do S fáze a to umožní opravu poškozené DNA. Druhým možným místem zástavy buněčného cyklu je průchod z G2 fáze do mitózy, kde je hlavním regulátorem komplex cyklinu B1 s CDK1 kinasou. Na epiteliálních buňkách bylo prokázáno, že po aktivaci proteinu p53 v buňce dojde k transkripci genu pro protein σ, který se svou vazbou na komplex cyklinu B1 s CDK1 kinasou izoluje mimo jádro buňky a napomáhá tím zástavě buněčného cyklu v G2 fázi. (32) V závislosti na buněčném typu, povaze a intenzitě působení stresového faktoru a rozsahu následného poškození DNA, je protein p53 schopen vyvolat apoptózu. Mechanismus spuštění apoptotických dějů je velmi komplexní. Protein p53 se váže na p53-responzivní promotorové sekvence proapoptických genů a stimuluje jejich expresi. Stimulací exprese pro-apoptických proteinů Bax, PUMA, NOXA a p53aip1 a jejich následnou lokalizací do mitochondrií dochází ke ztrátě potenciálu na mitochondriální membráně a uvolňování cytochromu c. Uvolněný cytochrom c společně s dalším p53-indukovaným proteinem APAF-1 (apoptosis protease-activating factor-1) a kaspasou 9 vytváří apoptozomový 16

17 komplex, který dále aktivuje kaskádu cysteinových apoptických proteas kaspas. Další možností je stimulace transkripce receptorů pro-apoptických molekul (Fas/CD95, death receptor 4 - DR4, death receptor 5 - DR5) (33,34,35), které po vazbě ligandu aktivují kaspasu 8 a zvyšují tak schopnost buňky reagovat na apoptické signály z okolního prostředí. Protein p53 může také podporovat rozvoj apoptózy prostřednictvím transkripčně nezávislého mechanismu. Tímto mechanismem může být přímá interakce s anti-apoptickými mitochondriálními proteiny Bcl-2 a Bcl-XL a jejich inatkivace, vedoucí opět k uvolnění cytochromu c z mitochodrií a následné apoptóze (36). Obr. 5: Znázornění p53-dependentní apoptosy. Popis v textu. (37) K nádorové transformaci buňky přispívá také inaktivace genů udržujících stálost genomu. Tyto geny přímo neovlivňují dělení a zánik buněk, ale v případě jejich inaktivace nebo změny funkce dochází k hromadění chyb ve všech genech - tedy i těch, které regulují proliferaci a diferenciaci. Z genů podílejících se na reparaci DNA byla identifikována skupina pod přímou kontrolou p53 (např. GADD45). (38) 17

18 2. 4. Mutace proteinu p53 Mutace genu TP53 jsou nejčastější se vyskytující somatickou mutací nalezenou ve zhoubných nádorech člověka. Mutace se vyskytuje ve více než 50% všech nádorů. Do oblasti DNA-vazebné domény náleží asi 95% těchto mutací, přičemž u 75% z nich se jedná o jednobodové mutace v centrální DNA-vazebné doméně (39). Mutace lze rozdělit do dvou tříd. První třída obsahuje mutace v místě kontaktu s DNA, tzv. DNA-kontaktní mutace - R248 (L3) a R273 (S10 v LSH). Druhá pak obsahuje mutace v oblasti stabilizující okolní strukturu tzv. strukturní mutace R175 (L2), G245 (L3), R249 (L3) a R282 (H2 v LSH). obr. 6: Frekvence somatických mutací v jednotlivých kodonech genu TP53 nalezených u lidských nádorů. Vyznačeny jsou tzv. hot-spot mutace (v kodonech 175, 245, 248, 249, 273 a 282), které tvoří více než 40% z celkového počtu nalezených mutací. Většina mutací se nachází v centrální DNA vazebné doméně (oblast kodonů ). (39) Oba dva tyto typy mutací mohou být rozlišeny pomocí polyklonálních protilátek. DNAkontaktní mutace specificky vážou protilátku PAb1620, která rozpoznává nativní konformaci proteinu p53. Zatímco strukturní mutace specificky vážou protilátku PAb240, která rozpoznává pouze nesprávný folding proteinu p53 a nebo denaturovaný p53 (40). 18

19 Lze tedy říci, že některé mutace v oblasti centrální DNA-vazebné domény znemožňují vazbu na specifické oblasti DNA změnou z nativní konformace na denaturovanou zatímco jiné mutací přímo v místě kontaktu s DNA. O tom, zda mutace ovlivňuje vazbu na DNA změnou foldingu nebo mutací v místě kontaktu rozhoduje také termodynamická stabilita centrální DNA-vazebné domény. Při teplotách nad 42 C se wild-type p53 agreguje do velkých komplexů a mění svou nativní strukturu (váže se na PAb240) (41). Stabilita wild-type p53 centrální DNA-vazebné domény byla stanovena pomocí reverzibilní denaturace močovinou na 7,5 kcal.mol -1 při 25 C (je to hodnota, která udává G potřebnou na přechod z denaturované do nativní formy). Mutantní formy p53 tuto hodnotu mají při 37 C rozdílnou a lze je tedy rozdělit do tří různých fenotypů: DNA-kontaktní mutace (bez efektu na folding), mutace narušující lokální strukturu ( G menší než 2 kcal.mol -1 ) a mutace způsobující denaturaci ( G větší než 3 kcal/mol, více než 50% proteinu p53 je denaturováno) (42). Pro některé mutantní formy bude tedy termodynamicky výhodnější mít jiný než nativní folding. 19

20 3. Protein p Struktura genu pro protein p73 Gen pro protein p73 (TP73) se nachází v chromozomové oblasti 1p36.2-3, což je předpokládaný tumor supressorový genový lokus (43). Na rozdíl od genu TP53, který má pouze jeden promotor, gen TP73 může být transkribován ze dvou různých promotorových sekvencí. Promotor P1 se nachází v 5 -netranslatatované oblasti nekódujícího exonu 1, zatímco promotor P2 se nachází uvnitř 23 kb oblasti intronu 3. Transkripce genu TP73 z promotoru P1 pak vede ke vzniku proteinu TA-p73, který obsahuje transaktivační doménu (TA), transkripce z promotoru P2 vede ke vzniku proteinu N-p73, který TA doménu postrádá. obr. 7: Schématické znázornění 5' konce genu TP73. Bílé oblasti reprezentují exony, šrafované oblasti 5' netranslatované oblasti. Šedé oblasti znázorňují promotory: P1 (pro TAp73) and P2 (pro Np73). Gen TP73 obsahuje 14 exonů a různým sestřihem mrna a následnou translací pak dochází ke vzniku různých isoforem proteinu p73, odlišných na N- terminální nebo C-terminální části. Kromě isoformy α, která obsahuje všech 14 exonů jsou v současnosti známy formy zkrácené na C-terminální části: isoforma β (neobsahuje exon 13), isoforma γ (neobsahuje exon 11), isoforma δ (neobsahuje exony 11, 12 a 13), isoforma ε (neobsahuje exony 11 a 13), isoforma ζ (neobsahuje exony 11 a 12) a isoforma η dále také formy zkrácené na N-terminální části: N-p73, p73 exon2/3 a p73 exon2 (7,44,45,46) (obr.1). Strukturně se nejvíce podobá proteinu p53 isoforma p73γ, která má jen o něco málo delší C-terminální oblast než je 30 AK dlouhá C-terminální oblast p53. 20

21 obr. 8: V horní části jsou zobrazeny různé isoformy isoformy proteinu p73, vznikající přepisem do mrna z promotoru P1 a nebo P2 a alternativním sestřihem 14 exonů genu TP73. Ve spodní části jsou pak porovnány struktury proteinů p53, p63α a p73α se znázorněnými nejdůležitějšími strukturními a funkčními oblastmi. (47) Struktura proteinu p73 Protein p73 vykazuje vysoký stupeň homologie s proteinem p53 i na úrovni aminokyselinové sekvence. Protein p73 obsahuje tři strukturně a funkčně odlišné oblasti: N-terminální transaktivační doménu (TAD), centrální DNA-vazebnou doménu (DBD) a C-terminální oligomerizační doménu (OD). Na rozdíl od proteinu p53 má p73 delší C-terminální oblast obsahující další strukturní motivy (u p73α je to např. SAM doména). Nejvyšší stupeň homologie s proteinem p53 (63%) je u centrální DNAvazebné domény. 21

22 Transaktivační doména (TAD) Strukturní homologie mezi transaktivačními doménami proteinů p53 a p73 je 29%. Gen TP73 kóduje dvě varianty proteinu p73 s rozdílnou N-terminální oblast a odlišnou transaktivační schopností - TAp73 a Np73. TAp73 formy proteinu p73 jsou funkční formy proteinu p73, zatímco Np73 formy působí jako dominantně negativní inhibitory ostatních isoforem p73 i ostatních členů p53-genové rodiny in vivo u myší i u transfekovaných lidských buněčných linií (48,49). Tyto inhibiční funkce mohou být způsobeny schopností vytvářet inaktivní tetramery proteinu p73, kde inaktivace je způsobena přítomností jedním nebo více monomery Np73 a nebo tím, že Np73 může kompetitovat (a tím inhibovat transaktivaci) na některých stejných cílových sekvencích jako má protein p53. (50) DNA vazebná doména (DBD) Mnoho nezávislých experimentů dokázalo, že protein p73 se svou DNAvazebnou doménou váže na různé p53-respozivní promotory a aktivuje transkripci různých p53-responzivních genů (včetně p21 Waf1/Cip1, bax, mdm2, cyclin-g, GADD45, IGFBP3) (7,8,45,51,52,53,54), ale některé cílové geny odpovídají rozdílně na aktivaci p53 nebo p Oligomerizační doména (OD) Oligomerizační doména proteinu p53 je protein-protein interakční doménou umožňující oligomerizaci monomerů p53 do aktivních homotetramerů. Vzhledem k vysokému stupni homologie oligomerizačních domén proteinů p53 a p73 (38%) se předpokládalo, že budou schopny vytvářet heteroteramery. Pro stanovení zda oligomerizační domény navzájem interagují byly použity protein-protein interakční assaye s poly-histidinem značenými oligomerizačními doménami proteinů p53, p63 a p73. Bylo prokázáno, na úrovni exprimovaných samostatných OD protein p73 vytváří aktivní homotetramery (55). I přes značnou homologii nebyla pozorována tvorba funkčních heterotetramerů mezi wt p53 a p73 a pouze velmi slabá interakce mezi oligomerizačními doménami proteinů p63 a p73 22

23 (56). Pouze pokud je 15krát vyšší koncentrace proteinu p53 než proteinu p73, tak se mohou in vitro vytvářet heterotetramery mezi monomerními proteiny p53 a p73 (55). obr. 9: Dvourozměrné schéma interakce oligomerizačních domén produktů p53-genové rodiny. Vysoká homologie v sekvenci AK (asi 58%) a tím i v terciální struktuře mezi oligomerizačními doménami p63 a p73 umožňuje slabé interakce mezi monomery proteinů p63 a p73 (56) C-terminální SAM (Sterile Alpha Motif) doména Tato doména se vyskytuje v C-terminální oblasti proteinů p73α, p63α a u olihního p53, ale nikoliv u lidského p53. Přibližně 70 AK dlouhá SAM doména byla poprvé popsána v roce 1995 jako doména zapojující se do sexuální diferenciace u kvasinek a jako součást polyhomeotických proteinů (produkty genů kódujících chromatinové proteiny) u Drosophyly u kterých se předpokládá, že jsou zapojeny v počátečních fázích embryogeneze (57). SAM doména je protein-protein interakční doménou, která je schopna vazby na ostatní SAM domény. Konzervované tyrosiny jiné SAM domény (nalezené u Ephreceptoru protein tyrosinových kinas) jsou také schopny protein-protein interakcí vazbou na SH2 domény (58). Identita mezi SAM doménou nalezenou u proteinu p73 a ostatními SAM doménami je sice celkem nízká (15 17%), ovšem terciální uspořádání α-helixů a smyček interakci s ostatními SAM doménami umožňuje. Zatím nebylo prokázáno, že by SAM domény proteinů p63 a p73 vytvářely homooligomery ani heterooligomery. Důležité ovšem je, že aby se SAM doména proteinu p73 nebo p63 mohla zapojit do protein-proteinových interakcí, musí být její vazební partneři stejně strukturně vzdálení od ostatních SAM domén. Další možností je pak interakce s proteiny neobsahujícími SAM doménu (59). 23

24 Poly-prolinová oblast (PY) V blízkosti SAM domény proteinu p73 se nachází oblast bohatá na prolin (PY). Tato oblast je specifická pro isoformy p73α a p73β a může interagovat s SH3 a WW doménami. Interakce byla prokázána pro poly-prolinovou (PY) oblast proteinu p73α a SH3 domény non-receptorové tyrosin kinasy c-abl (aktivuje se při poškození DNA) (60). Byla také popsána interakce mezi isoformou p73β (oblastí AK ) a SH3 doménou proteinu amphiphysin IIb-1 (ten inaktivuje apoptickou funkci p73β a je pravděpodobně zapojen do clathrinem-mediated endocytózy) (61). Interakce mezi PY oblastí p73α a doménou WW byla prokázána u YAP proteinu (Yes-associated protein). YAP je fosfoprotein interagující svou SH3 doménou s protoonkogenním proteinem c-yes, což je non-receptorová kináza, náležící do Src-rodiny (62) Regulace stability a degradace proteinu p Interakce s proteinem MDM2 E3 ubikvitin ligasa MDM2 udržuje nízkou hladinu proteinu p53 zpětnovazebnou smyčkou, při které je indukována proteinem p53 a zároveň způsobuje jeho ubikvitinaci a degradaci. Protein p73 je homologní s proteinem p53 v N-terminální oblasti zodpovědné za vazbu na MDM2. Předpokládalo se, že MDM2 se bude stejným způsobem jako u p53 podílet na regulaci a degradaci proteinu p73. Vazba isoforem p73α a p73β na MDM2 prostřednictvím N-terminální oblasti byla prokázána (62,63). Vazba proteinu MDM2 na p53 způsobuje degradaci proteinu p53, ovšem vazba na protein p73 nezpůsobuje degradaci, ale naopak stabilizaci proteinu p73. Jedno z možných vysvětlení je takové, že C-terminální oblast proteinu p53, která je nezbytná pro úspěšnou MDM2-degradaci není zachována u proteinu p73 a 243 AK dlouhá C-terminální oblast proteinu p73α tak patrně inhibuje proteozomální degradaci. Inhibice degradace v proteazomech vede ke zvýšení hladiny proteinu p73α a je nezbytné ji regulovat jiným proteinem s podobnou funkcí, jakou má MDM2. 24