从果蝇到人类： 肿瘤抑制者p53.doc

从果蝇到人类，从果蝇到人类，p53p53 抗癌基因抗癌基因Josephine E. Sutcliffe, Alexander Brehm*摘要：果蝇基因序列测定的完成[Science 287 (2000)，确定了果蝇可以作为研究人类疾病的生 物模型比较研究表明，三分之二和人类癌症相关的基因与果蝇体内相应基因极为相似[Curr. Opin. Genet. Dev. 11 (2001) 274; J. Cell Biol. 150 (2000) F23]其中便包括了p53抗癌基因由 于在果蝇体内缺少p53基因家族成员，比如p63 和p73基因的缺失，没有冗余的p53家族基因 对p53功能的分析产生影响，使得在果蝇中研究p53基因功能变得更加容易另外，对果蝇p53 基因的研究，将有助于我们了解抗癌基因的演化过程本文将讨论已知与人类p53抗癌基因 相关的果蝇p53基因关键词：p53； 细胞凋亡； 细胞循环； DNA 修补； 黑腹果蝇1 1．．人类人类 p53p53 抗癌基因抗癌基因人类的P53基因表达产物P53蛋白由393个氨基酸残基构成， N一端为酸性区1～80位 氨基酸残基；核心区位于P53蛋白分子中心，由102－290位氨基酸残基组成；C-端为碱性区 319～393位氨基酸残基。

现在已经有无数关于阐述p53基因功能的研究这是因为尽管p53 基因在细胞正常生长和增殖中不起作用，但它却在遏制肿瘤形成中起到关键性作用事实 上，在人类所有的癌症病例中，都伴随着正常p53基因功能的丧失[4]目前，对于p53基因功能的描述有一种大致统一的方式：p53基因在正常的细胞中不活 跃在接收到各种致癌转变信号，比如DNA遭到损害，组织缺氧或者核苷酸突变，p53基因 将迅速被激活p53基因激活的结果将作用于细胞内部的转换中，改变并使细胞周期停滞， 对细胞进行修复；或者启动程序性死亡过程，引起细胞凋亡，诱导细胞自杀然而，目前 为止p53基因的激活，其对细胞周期停滞的作用以及引发的细胞凋亡的分子作用过程还没有 得到很好的阐述1 1．．1 1p53p53的功能的功能如前所述，通过停止细胞周期以及引发细胞凋亡，p53在细胞生长中起到抑制的作用[5] 因此，p53基因的作用必须被严格控制，这样才能在细胞的正常生长和细胞凋亡，以及两者 的转换中得到良好的平衡p53在基因编译和转录的层面都受到控制[6]然而，下面将讨 论三种主要的机制，它们是p53基因活动的主要决定因素；控制p53基因的蛋白表达水平， 控制它的细胞转化，以及作为特异序列转化因子的功能。

这些功能都被前期的细胞编译调 节所控制1 1．．2 2p53p53蛋白质的稳定性蛋白质的稳定性在正常细胞中，p53是一种存在周期短暂的蛋白质，在细胞中通常处于很低甚至无法 检测的水平在细胞的生长和增殖中，p53必须被严格地控制在一定的水平上在缺乏信号激活的情况下，通过与连接蛋白MDM2的作用，p53被抑制通过与p53基因N-端的连接， MDM2把一些特定的泛素传送到p53基因C-端的相应表位泛肽化的p53基因持续从细胞核中 生成，并被蛋白质降解体所降解[7]P53控制MDM2的表达，因此，这种抑制的循环方式使 得p53在未强化的细胞中一直保持在较低的水平；而在强化的细胞中，一旦受损的部位得到 修复，也及时降低p53的表达[8,9 ] 应该指出的是，在人体细胞中，也存在相同的蛋白质降解体依赖性的p53降解途径 比如，存在于果蝇和人类中的钙激活中性蛋白酶是泛素多肽家族中的一员，它用以降解 p53并且，在特定的环境下，钙激活中性蛋白酶抑制剂可以诱导产生细胞凋亡[10-12] 在细胞强化信号的影响下，p53被激活激活的过程伴随着细胞蛋白质稳定性的增强 尽管p53/ MDM2复合体在保持细胞稳定性，保持p53低水平表达方面有重要作用，但在另一 方面p53的增强表达也是至关重要的。

因此，有几条活化p53的途径与p53/ MDM2作用途径相 冲突在细胞的强化信号作用下，属于磷脂酰肌醇3激酶家族的激酶被激活比如，在电离 辐射的情况下，导致AT 症状发生的遗传基因ATM被激活，蛋白质被磷酸化[13]ATM相关蛋 白在DNA被损坏的情况下发生重降解[14]在信号的作用下这些激酶的激活方式目前还没有 完全弄清楚直接对于被损坏的DNA的作用方式，不管是在ATM和ATR中，以及间接的作用方 式，都在DNA的修复和一些特定蛋白质的维持中起作用[15]这些激酶可以通过直接和间接 的方式来激活p53ATM/ATR可以通过在第15个位点磷酸化p53，这样可以增加p53的稳定性 同时，它们引起磷酸级联反应ATM/ATR分别针对影响激酶位点Chk2和Chk1，分别控制细胞 的生长周期（对于Chk2和Chk1的介绍请见[16]） Chk2和Chk1持续磷酸化p53，使得MDM2从 p53中分解出来这样，MDM2和p53的作用便被瓦解了，MDM2不再特异性作用于p53上 除了特异性磷酸化p53之外，ATM激酶还作用于MDM2虽然这种作用发生在p53绑定区 域外，但该作用仍然对p53起到影响[17]。

事实上其他的激酶，比如DNA PK，也起到了磷酸 化MDM2影响它和p53相互作用的效果[18]除磷酸化以外还有许多别的方法可以影响p53的 稳定性例如在DNA受到损伤以后c-Abl可以结合到p53上并增强p53的稳定性这种结合并 不能阻止MDM2结合到p53上，但是可以防止p53大量地与MDM2结合[19]1 1．．3 3p53p53的分布的分布除了p53的稳定性之外，它还在细胞的特定部位受到一定调节p53作为在转录过程中 起作用的一个因素，p53与细胞核的位置关系很大程度上决定了对p53活性的调节作用有 几种不同的机制可以将p53导入或者导出细胞核首先，将p53导入细胞核有两种方式其 一是p53可以通过驱动蛋白Dynein以及微管结构结合到N-端，以此进入细胞核[20]另外， p53的C-端含有多种可以被主导细胞核导入因子所识别的位点[6]在p53进入细胞核之后， 也有几种方式可以将其导出核外，进入细胞质这主要包括两种主要的顺序，一种是通过 C-端的位点作用[21]而另外一种是通过N-端与MDM2结合绑定位点的作用[22]然而p53的 导出并不受MDM2的影响，MDM2在这个过程中也不会起作用。

C-端细胞核导出信号与整个导 出的途径没有关联，可以推测的是在泛肽的作用下p53的C-端发出导出信号，使得p53能够 进入细胞质[23] 通过N-端的信号导出细胞核的过程是磷酸化的过程，这是由于磷酸化是调节细胞核导 出的主要因素因此通过N-端导出p53的方式主要有两种：一种是通过激活N-端的相应位点 产生信号，另外一种则是通过MDM2的结合位点使N-端被激活，从而引发相应的导出过程[图 1]1 1．．4 4p53p53活动的调节活动的调节通过转录和非转录的机制，p53完成它的作用[6]可以这样来理解p53的作用，即 p53是一种经典的转录作用因子，对一些作用于细胞周期的基因的表达产生作用，例如抑癌 蛋白CIP/KIP；或者引发细胞凋亡，比如Bax1p53怎样分清情况在细胞周期控制和细胞凋 亡之间进行选择，现在还没有弄清楚现在已有的一种说法是在p53上结合的某种因子参与 到了途径的选择中，包括JMY[24]，细胞凋亡刺激蛋白质p53-1(ASPP1)和ASPP2[25]在UV 处理条件下，ASPP2对于p53的刺激表达使得Bax基因蛋白质磷酸化另一方面，p53与细胞 周期作用相绑定的p21基因在这个过程中并不受到影响。

p53转录因子的刺激功能在某些前转录机制之下被调节，可以结合DNA，影响转录的 细胞机制（相关报道请见[26]） 在p53基因中有两个特定区域是与细胞的前转录机制密切相关的其中一个区域是与 磷酸化相关的N-端，另一个是能够被乙酰化，磷酸化和蛋白质糖基化的C-端，其中每一种 作用都能够使p53的活化受到影响[6] 如上所述，p53N-端的磷酸化不仅使它与MDM2的结合瓦解从而获得稳定，调节自身在 细胞中与细胞核之间的位置关系，而且刺激p53的转录活性另外对于p53N-端的磷酸化的 调节促使了p53与HATs之间的结合，比如CREB结合蛋白(CBP)/以及p300 and和p300/CBP 联 合因子(P/CAF) 尽管p53的N-端只能通过磷酸化起作用，其C-端在许多转录过程中得到修饰比如， 包含酪蛋白激酶2以及核染色质转录延长因子的DNA损伤修复复合体在UV诱导的的磷酸化环 境下，作用于p53的C-端第392个碱基[27]，从而引发激活DNA结合[28]另外，SUMO在赖氨 酸386上对p53的修饰同样可以活化p53[29-31]如前所述，HATs通过诱导强化的乙酰化作 用于p53[32-34]。

HATs在C-端上寻找靶点p300/CBP乙酰化赖氨酸373和382，同时轻微作 用于赖氨酸372和381同时，P/CAF识别赖氨酸320[35]通过强调特异性序列的DNA位点结 合，p53乙酰化使得p53的转录活性增强 最近，新的发现冲击了这种模型许多发现表明p53乙酰化促使其强制性地补充，而 不是以DNA结合的方式，来使得其对目标基因乙酰化以及获得转录活性Barlev和其同事让 p53内的乙酰化位点产生突变，分析了细胞中修复核染色质的p21促进子的位点他们观察 到突变的p53在转录活性和G1细胞周期的作用上产生了功能缺陷其DNA结合能力并 没有受到影响进一步的研究表明，与野生态p53相比，在p53相对应的乙酰化位点乙酰化 组织蛋白的程度可以得到动态地降低因此，他们总结出p53乙酰化需要相应的强制性/HAT 启动子 有趣的是Espinosa和Emerson的独立研究表明，p53是一种活跃的DNA结合蛋白，它不 需要C-端的修饰来结合DNA他们发现C-端区域并不存在抗化效果，而是在p53的结合过程 中所需要的一些特定的启动子另外，他们比较了p53和p300的转录活性P300被p53的复 合结构所吸收，导致了一片区域的核乙酰化。

因此，与其说p300通过p53特异性核乙酰化表 达，不如说是直接通过p53乙酰化来完成[41]要辨别哪一种模型是正确的，还需要进一步 的研究 虽然乙酰化的效果是p53转录活化中的一种，在特定赖氨酸中乙酰化的效果必须依赖 于p53活化子活化子CBP特异性地与赖氨酸382结合，在DNA损伤的修补过程中它起到了一 定 作用这种结合在细胞周期调控p53诱导转录激活p21的过程中显得犹为重要 p53乙酰化的重要功能被认为是下一步实验的首要研究目标，其中包括p53调节中 HDACs所起到的作用这些发现显示了p53通过其诱导因子乙酰化诱导产生了细胞内相应的 复合体[43]事实上，MTA2的过度表达不仅依赖于p53的细胞周期调节和过程，同样依赖于 p53的细胞碉亡过程，据推测这导致了p53的去乙酰化另外，MDM2通过结合HDAC1[44]形成复合体，调节了p53的去乙酰化除此之外，人类基因组中沉默调节基因SIRT1的过度表达， 导致p53去乙酰化并降低了p53的调节活性[45]2 2．．果蝇果蝇p53p53基因基因2 2．．1 1 果蝇的果蝇的p53p53基因测序基因测序现已有三个小组报告完成了果蝇的p53基因（dmp53）测序[46-48]。

在这三份报告中， 人与果蝇在N和C-端有一些细小的差异但在中央部位非常相似事实上，果蝇p53基因可 以特异化结合到人p53与DNA的结合位点除此之外，果蝇p53基因也包含了人类p53基因的 结合位点这表明果蝇p53基因可以象人p53基因一样激活DNA结合转录进一步的研究发现 在果蝇p53基因N-端的差异和C-端的活跃区域这样，人p53基因与果蝇p53基因具有相似的 碱基：N-端的转录区域，中央DNA。