p53: il Guardiano del Genoma

Che titolo altisonante, anche se ci tengo a precisare che, purtroppo, non è una mia invenzione. Pomposità a parte, il titolo dice il vero, e dice il vero perchè la proteina p53 (che si chiama così perchè pesa 53 Kd.. Fantasia portami via) è una delle maggiori attrici nella salvaguardia dell’integrità del genoma. Quindi ritengo opportuno dedicarle un modesto post in questo sito. All’inizio degli anni 90 del secolo scorso, si è scoperto che una malattia ereditaria, la sindrome di Li-Fraumeni, era dovuta a delle mutazioni del gene TP53, che codifica appunto per p53. I portatori di questa grave patologia hanno un’incidenza mostruosa di determinati tipi di tumori (leucemie, cancro al seno, al cervello, ecc..).
In oncologia molecolare, i geni si classificano in proto-oncogeni e in oncosoppressori. I primi sono dei geni che, normalmente, sono indispensabili alla fisiologia cellulare, ma in determinati casi, se mutati, ed iperattivati si trasformano in oncogeni, ovverossia in geni responsabili nella generazione e /o nella progressione di un tumore. Appartengono a questa classe geni che codificano per fattori di crescita, per i recettori dei fattori di crescita e molti altri ancora: le mutazioni a questi geni si comportano come mutazioni dominanti. Gli oncosoppressori sono il contropeso degli oncogeni. Sono dei geni che normalmente hanno una funzione negativa sulla crescita e sulla proliferazione cellulare e molti di loro sono mutati ed inattivati in numerosi tipi di tumori. In questo caso, le mutazioni seguono il modello recessivo. Questa teoria viene anche detta la “teoria dei due colpi”  (two hits, in inglese) di Knudson, ovvero che sono necessarie due lesioni genetiche per inattivare  un oncosoppressore. P53 si comporta come un oncosoppressore.
L’importanza di p53 come oncosoppressore è stata dimostrata dal fatto che  circa la metà dei tumori umani è costituita da cellule che portano una mutazione (puntiforme od estesa) ad entrambi gli alleli di p53.  Il ruolo di p53 nei tumori è stato chiarito dal medico Bert Vogelstein (Laureato, tra le altre cose in matematica). Questo ci dice anche però che p53 non è l’unico oncosoppressore, perchè rimane fuori l’altra metà.
Qual’è la funzione di p53? Quando sottoponiamo una cellula a stress (ossidativo, chimico, o ad esempio sottoponendola a raggi gamma o UV, ovviamente in dosi subletali) notiamo che la cellula, se prima proliferava, cessa di proliferare, entra in senescenza, e molto probabilmente terminerà la sua vita attraverso l’apoptosi. Se andiamo a vedere cosa succede a livello molecolare in questi processi, noteremo, tra le altre cose, un aumento di concentrazione di p53.
Per capire meglio la funzione di P53 devo introdurre il concetto di punto di controllo, o check point. Sono delle fasi del ciclo cellulare in cui si verifica se è tutto ok (se il DNA è integro, perfettamente replicato, se c’è tutto il necessario alla cellula per procedere oltre). Se è tutto ok, la cellula procede oltre e terminerà con la mitosi. Se invece qualcosa dentro la cellula urla: “Huston, abbiamo un problema” tutto viene bloccato. Se si riescono a “correggere gli errori” si può procedere, altrimenti la cellula si blocca irreversibilmente. Questi check point sono stati descritti anche dal punto di vista molecolare. In diversi casi, quindi, un danno al DNA (che può essere una rottura del doppio filamento dovuto a radiazioni ionizzanti)  non porta, come si potrebbe pensare, ad un’attivazione del suo gene, ma soltanto alla stabilizzazione ed alla attivazione funzionale della proteina già presente nel citoplasma. La sua stabilizzazione si ottiene inibendo la sua degradazione. L’attivazione di p53 porta al suo legame al DNA e alla trascrizione di numerosi altri geni. P53 si comporta quindi come un fattore di trascrizione. Questa proteina è stata studiata anche dal punto di vista strutturale e si è visto che il suo dominio di legame con il DNA (DNA-Binding-Domain) è quello più frequentemente colpito dalle mutazioni (in particolare la regione compresa tra l’amminoacido 102 all’amminoacido 292). Questo video è molto interessante, perchè oltre a mostrare la struttura tridimensionale della proteina, mostra come interagisce col DNA.

p53-DNA Complex

Pensate che è possibile aumentare la concentrazione di p53 iniettando nella cellula del DNA a doppio filamento danneggiato., dimostrando che la via di attivazione di p53 è proprio quella del danneggiamento del DNA.
Uno dei geni attivati da p53 è il gene di p21 (lascio voi indovinare perchè si chiami così..). P21 è la responsabile dell’arresto del ciclo cellulare. infatti, come aumenta p53, aumenta anche p21. Se la cellula riesce a riparare il danno, il blocco può essere rimosso, altrimenti p53 promuove l’apoptosi della cellula. Questo è un meccanismo di sicurezza notevole: se la cellula col DNA danneggiato viene eliminata si abbassano notevolmente i rischi che le cellule si trasformino in cellule neoplastiche.
Questo schema, tratto da una review, riassume molto bene la centralità di p53 nei meccanismi preposti al controllo dell’integrità genomica:

Bai, L., Zhu, W., G., p53: Structure, Function and Therapeutic Applications

Capirete dunque quale sia l’importanza di questa proteina nella fisiologia cellulare! Certo che non è l’unica attrice, ma agendo come fattore trascrizionale, un suo mancato funzionamento compromette la funzione di moltissimi altri geni. Inoltre, essendo attivata dal danno al DNA, viene giustamente chiamata guardiano del genoma.
P53 è una proteina molto studiata. E’ nota la sua funzione ed è noto il suo ruolo nella genetica del cancro. Sono addirittura in fase di sperimentazione delle terapie contro il cancro che si basano sul riprsitino della funzione di p53. Sono stati infatti progettati dei vettori virali, degli adenovirus, (dei virus ingegnerizzati, tanto per intenderci.. potete leggervi il post precedente su Baculovirus) che contengono nel loro genoma la versione p53 normale e funzionante. Infettando le cellule tumorali con questi virus, si ripristinerebbe la funzione di p53 e questo porterebbe ad una regressione del tumore. Inoltre, i virus usati non sono pericolosi per l’uomo e soprattutto non integrano il loro genoma nel nostro, evitando quindi una serie di problemi, come la generazione stessa di altri tumori.
Spero di non avervi annoiato. se notate errori o avete domande, sapete cosa fare!