Regulacja aktywności p53 przez miRNA

W warunkach fizjologicznych białko p53 występuje w niskim stężeniu i w formie nieaktywnej. W czasie kolejnych faz cyklu komórkowego, stężenie omawianego białka jest ściśle kontrolowane. Okres półtrwania p53 w prawidłowym stanie komórki jest krótki, określany w minutach, natomiast w przypadku narażenia na czynniki uszkadzające DNA, czas biologicznego półtrwania znacząco się wydłuża przez co zwiększa się jego poziom w komórce (Sznarkowska i in.

2010).

Regulacja aktywności i poziomu p53 odbywa się za pośrednictwem wielu białek w tym:

WT-1, MDM2, MDM4, PARP-1, JNK, Pirh-2. Ważną rolę w regulacji, zarówno bezpośrednio jak i pośrednio, odgrywają cząsteczki miRNA.

Pierwszymi zidentyfikowanymi cząsteczkami miRNA, bezpośrednio regulującymi aktywność białka p53 były 125b oraz 504 (Hu i in. 2010; Le i in. 2009). Cząsteczki miR-125b są negatywnymi regulatorami p53, które łącząc się z 3’UTR mRNA p53 zmniejszają ostatecznie jego ilość w komórce. Obniżenie poziomu miR-125b powoduje tym samym indukcję apoptozy w wyniku zwiększenia poziomu p53, natomiast nadekspresja miR-125b zmniejsza poziom endogennego p53 hamując programowaną śmierć komórki (Le i in. 2009). Kolejnym negatywnym regulatorem p53 jest cząsteczka miR-504, która poprzez bezpośrednie wiązanie z dwoma miejscami w regionie 3'UTR p53, tłumi jego ekspresję. Nadekspresja tego typu cząsteczki miRNA wykazuje odwrotną korelację z p53, upośledzając tym samym jego funkcje komórkowe ze szczególnym uwzględnieniem procesu apoptozy (Hu i in. 2010).

Poza bezpośrednią regulacją, białko p53 może być regulowane w sposób pośredni przez wpływ określonych miRNA na inne czynniki regulatorowe. Jedną z cząsteczek jest miR-34a, która reguluje pozytywnie omawiane białko. Udowodniono, że mi-34a oddziałuje z czynnikiem SIRT1 – ujemnym regulatorem p53 (Yamakuchi i in. 2008). SIRT1 jest zależną od dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NAD) deacetylazą regulującą proces apoptozy pod wpływem działania czynników tj.: stres oksydacyjny i genotoksyczny. SIRT1 fizycznie oddziałuje z p53 a poprzez deacetylację jego C-końcowej reszty Lys382 prowadzi do osłabienia funkcji w których pośredniczy białko p53. Zwiększona ekspresja miR-34a wpływa na obniżenie transkrypcji genu czynnika SIRT1 poprzez wiązanie miR-34a w obrębie 3ˈUTR SIRT1 w regionie 1414-1439 pz. Dochodzi więc do wzrostu poziomu i aktywności acetylowanego p53 indukującego m.in. programowaną śmierć komórki. Ponadto wykazano, że białko p53 indukuje transkrypcję miR34a, który następnie poprzez obniżenie ekspresji SIRT1 zwiększa aktywność białka p53. Sugeruje to istnienie dodatniej pętli sprzężenia zwrotnego. Zatem wnioskuje się, iż zwiększona aktywność SIRT1 może zwiększać ryzyko rozwoju nowotworu a znaczna aktywność miR-34 może działać jako supresor nowotworu blokując SIRT1 oraz zwiększając aktywność białka p53 (Yamakuchi i in. 2008).

Kolejnym poznanym regulatorem p53 jest miR-29. Członkowie rodziny miR-29, złożonej z miR-29a, miR-29b oraz miR-29c, wykazują zdolność zwiększania poziomu p53 wpływając tym

(podjednostkę regulacyjną kinazy PI3) (Park i in. 2009). PI3K składa się z podjednostki regulacyjnej p110 oraz podjednostki regulacyjnej p85α stabilizującej podjednostkę p110. PI3K jest częścią szlaku PI3K/AKT wpływającego negatywnie na aktywność białka p53 poprzez fosforylację i aktywację MDM2 przez AKT (Feng i in. 2011). MDM2 to białko będące E3 ligazą ubikwitynową kontrolującą poziom białka supresorowego p53. Kinaza AKT fosforyluje MDM2 na serynach 166 oraz 186 promując jego transport do jądra komórkowego. MDM2 wykazuje zdolność przyłączania ubikwityny do p53 powodując tym samym degradację proteolityczną tego białka supresorowego. Członkowie rodziny miR-29 celując w p85α zmniejszają aktywność szlaku PI3K/AKT co wpływa na zmniejszenie fosforylacji AKT i MDM2 a tym samym prowadzi do aktywacji p53 oraz indukcji apoptozy. Obecnie wiadomo, że obniżenie poziomu miR-29 obserwuje się w raku piersi, płuc oraz w białaczce (Feng i in. 2011).

Zwiększenie poziomu oraz aktywności p53 jest również możliwe dzięki cząsteczce miR-122, która ujemnie reguluje cyklinę G1 – białko uczestniczące w regulacji proliferacji komórek (Fornari i in. 2009). MiR-122 jest cząsteczką specyficzną dla wątroby, stanowiącą 70% całkowitej populacji miRNA, której obniżenie jest cechą charakterystyczną raka wątrobowokomórkowego (HCC ang. hepatocellular carcinoma). Cyklina G1 tworzy kompleks z fosfatazą PP2A i usuwa resztę fosforanową z MDM2 zwiększając jego aktywność a tym samym hamując aktywność p53. Ponadto wykazano, że cyklina A/CDK2 powoduje fosforylację MDM2 hamując jego aktywność a stymulując p53. Poprzez bezpośrednie tłumienie cykliny G1 przez miR-122 zwiększa się poziom i aktywność białka p53 (Feng i in. 2011).

5. Podsumowanie

Białko supresorowe p53, nazywane strażnikiem genomu, odgrywa kluczową rolę w regulacji cyklu komórkowego. Działając jako czynnik transkrypcyjny wpływa na aktywność wielu genów docelowych w celu zainicjowania różnych odpowiedzi komórkowych. Sam gen p53 podlega jednak ścisłej kontroli przez liczne czynniki w tym miRNA, będące krótkimi, niekodującymi cząsteczkami RNA regulującymi ekspresję genów na poziomie potranskrypcyjnym. Ostatnie badania wykazują że p53 nie tylko samo reguluje cząsteczki miRNA ale ulega hamowaniu lub indukcji przez miRNA takie jak: miR125b, miR504, miR-34a, miR29 oraz miR122. Poprzez wspomnianą regulację p53 oraz cząsteczki miRNA istotnie wpływają na proces apoptozy a tym samym na proces indukcji lub hamowania nowotworzenia co może stanowić podstawę do tworzenia ukierunkowanych schematów terapeutycznych.

6. Bibliografia

Chendrimada TP, Finn KJ, Ji X, et al. (2007) MicroRNA silencing through RISC recruitment of eIF6. Nature, 447(7146): 823-828.

Feng Z, Zhang C, Wu R, Hu W (2011) Tumor suppressor p53 meets microRNAs. Journal of molecular cell biology 3(1): 44-50.

Filip A (2007) MikroRNA: nowe mechanizmy regulacji ekspresji genów. Postępy Biochemii 53(4):413-419.

Filip A (2006) Mikro-RNA - małe cząsteczki o wielkim znaczeniu. Postępy Biologii Komórki 33(1): 45-57.

Fornari F, Gramantieri L, Giovannini C, et al. (2009) MiR-122/cyclin G1 interaction modulates p53 activity and affects doxorubicin sensitivity of human hepatocarcinoma cells. Cancer Research 69(14): 5761–5767.

Harms KL, Chen X (2005) The C terminus of p53 family proteins is a cell fate determinant.

Molecular and Cellular Biology 25(5): 2014–2030.

Hoh J, Jin S, Parrado T, et al. (2002) The p53 MH algorithm and its application in detecting p53-responsive genes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 99(13): 8467–8472.

Hu W, Chan CS, Wu R, et al. (2010) Negative regulation of tumor suppressor p53 by microRNA miR-504. Molecular Cell 38(5): 689–699.

Hukowska-Szematowicz B, Deptuła W (2010) Biologiczna rola mikroRNA (miRNA). Nowe dane.

Postępy Biologii Komórki 37(3): 585-597.

Le MT, Teh C, Shyh-Chang N, et al. (2009). MicroRNA-125b is a novel negative regulator of p53.

Genes and Development 23(7): 862–876.

Li SC, Tang P, Lin WC (2007) Intronic microRNA: discovery and biological implications. DNA and Cell Biology 26(4): 195-207.

Paduch R, Klatka M, Klatka J (2015) Rodzaje śmierci komórki. Pomeranian Journal of Life Sciences 61(4): 411–418.

Park SY, Lee JH, Ha M, et al. (2009) MiR-29 miRNAs activate p53 by targeting p85 alpha and CDC42. Nature Structural and Molecular Biology 16(1): 23–29.

Oda E, Ohki R, Murasawa H, et al. (2000) Noxa, a BH3-only member of the Bcl-2 family and candidate mediator of p53-induced apoptosis. Science 288(5468): 1053–1058.

Ouellet DL, Perron MP, Gobeil LA, et al. (2006) MicroRNAs in gene regulation: when the smallest governs it all. Journal of Biomedicine and Biotechnology, 2006: 1-20.

Stępień A, Izdebska M, Grzanka A (2007) Rodzaje śmierci komórki. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej 61:420-428.

Sznarkowska A, Olszewski R, Zawacka-Pankau J (2010) Farmakologiczna aktywacja supresora nowotworu, natywnego białka p53 jako obiecująca strategia zwalczania nowotworów. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej (online) 64: 396-407.

Vousden KH, Lu X (2002) Live or let die: the cell’s response to p53. Nature Reviews Cancer 2(8):

594–604.

Yamakuchi M, Ferlito M, Lowenstein CJ (2008) MiR-34a repression of SIRT1 regulates apoptosis.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105(36):

13421–13426.

Zhang B, Pan X, Cobb GP, Anderson TA (2007) MicroRNAs as oncogenes and tumor suppressors.

Developmental Biology 302(1): 1-12.