Proteína p53 y cáncer

Trabajo realizado por: María Agudo Lera y Candela Fernández. 3º Biología Sanitaria (2019).

1. Introducción.

La tumorogénesis es el proceso de adquisición de mutaciones sucesivas que transforman una célula normal en una célula maligna. Estas mutaciones dan lugar a oncogenes activos y genes supresores de tumores inactivos o reprimidos funcionalmente[1]. La acumulación de errores en el genoma activa una señalización sostenida de la proliferación, que permite la replicación inmortal de la célula y confiere resistencia frete a los factores de supresión del crecimiento y los mecanismos de muerte celular. Además, favorece la angiogénesis tumoral. Todas estas condiciones aceleran los procesos de invasión tumoral de células sanas y metástasis[2].

Figura 1. Capacidades adquiridas por una célula tumoral.

La expresión relativa de proteínas que actúan como factores de transcripción está alterada en las células cancerígenas, en comparación con las células sanas[2]. Un ejemplo de ello es la proteína supresora de tumores p53. Esta proteína actúa como un regulador del ciclo celular, manteniendo la integridad genética de la célula. Ante condiciones de hipoxia, daño en el ADN o shock térmico, entre otras, se produce la activación de esta proteína, provocando una respuesta antitumoral: detención del ciclo celular, reparación del ADN y apoptosis[3]. La activación de la proteína implica modificaciones estructurales[4]. Las mutaciones que afectan a la estructura tridimensional de la proteína inhiben, parcial o totalmente, su actividad supresora de tumores, desencadenando varios tipos de cáncer: cáncer de mama, tumores cerebrales, síndrome de Li-Fraumeni[5]

La proteína p53 forma parte de una familia de factores de transcripción que comprende los productos génicos de tres genes: TP53, TP63 y TP73. Estas proteínas comparten un alto grado de homología estructural, debido a su origen evolutivo. Todas ellas son el resultado de un proceso evolutivo que parte de un ancestro común. Este precursor está presente en las anémonas marinas, donde protege la línea germinal de las mutaciones genómicas producidas en respuesta al estrés[6]. Los factores de transcripción de la familia p53 no están presentes solo en vertebrados, también aparecen en otros grupos animales como moluscos, insectos o gusanos[7].

En los grandes vertebrados, las proteínas p63 y p73 están implicadas en el desarrollo de órganos y tejidos. Así, mutaciones estructurales en el gen de la proteína p63 se relacionan con trastornos del desarrollo como el paladar hendido o anormalidades esqueléticas[8]. p73 está implicada, fundamentalmente, en el desarrollo del sistema nervioso y el sistema inmune[9]. Sin embargo, podría actuar respaldando la acción de p53 en respuesta a varios tipos de estrés, mediante la inducción de apoptosis[7].

2. Estructura, función y mutaciones.

La proteína p53 es un factor de transcripción, compuesto por 393 aminoácidos y codificado en el gen TP53, localizado en el cromosoma 17[10].  Las alteraciones relacionadas con esta proteína son consideradas la causa más común de cáncer.

La proteína p53 es una proteína intrínsecamente desestructurada, esto significa que no posee una estructura terciaria estable cuando está en forma de cadena peptídica aislada bajo condiciones fisiológicas in vitro. Esto, claramente no supone ningún tipo de impedimento, ya que este tipo de proteínas sigue mantenido su funcionalidad completa. Generalmente, dicha funcionalidad viene dada mediante la unión a otras macromoléculas, como en el caso de la p53 es la unión al ADN. Por lo tanto, la unión al ADN permite a la proteína p53 adoptar una estructura tridimensional diferenciada, la cual puede variar en función de cómo sea la cadena de nucleótidos a la que se una. Por otro lado, dependiendo de qué estructura tridimensional se forme, la p53 podrá adoptar diferentes funciones que vendrán determinadas por dicha estructura tridimensional. En definitiva, se trata de una proteína muy versátil, poseedora de estructuras dinámicas que dependen de la macromolécula a la que se una, lo que le confiere una gran variedad de funciones.

El estado funcional de p53 es un homotetrámero, en el que cada monómero consiste en un dominio de transactivación N – terminal (metionina – aspártico), al que se le pueden unir proteínas correguladoras; un dominio rico en prolina (aspártico – serina); un núcleo de unión a ADN (treonina – lisina) y un dominio C – terminal (prolina – aspártico).

Figura 1. Representa la secuencia y estructura de la proteína p53. Los dominios individuales de la proteína se han resaltado usando varios colores. Imagen obtenida por modelado de homología y simulación de dinámica molecular.
Figura 2. Secuencia y estructura de la proteína p53. Los dominios individuales de la proteína se han resaltado usando varios colores. Imagen obtenida por modelado de homología y simulación de dinámica molecular.

El dominio de transactivación N – terminal es fundamental para establecer uniones con otros componentes transcripcionales (activadores o represores), por ejemplo, es el lugar de unión del inhibidor MDM2. Esta unión provoca un cambio conformacional en la estructura secundaria de p53, de manera que un bucle desorganizado pasa a formar una hélice estructurada[11]. La unión de MDM2 a la p53 produce la inactivación de la proteína, ya que impide su unión a otros componentes macromoleculares como el ADN, y por tanto su activación. Debido a esta razón, el dominio N – terminal es un buen objetivo de terapias centradas en la creación de pequeños péptidos o moléculas que alteren e impidan dicha unión con MDM2, permitiendo así el correcto funcionamiento de la p53.

El dominio de unión al surco menor del ADN también posee una gran importancia, ya que en él encontramos dos bucles encargados de mantener la unión al ADN, de la cual depende la funcionalidad de la proteína[12]. En esta unión tiene un importante papel el zinc, ya que la insuficiencia o el exceso de este metal podría provocar alteraciones en la unión de la p53 al ADN, pudiendo desembocar en una malignización de las células[13]. Por otro lado, los aminoácidos que componen la proteína p53 están coordinados por este metal, por lo que unos niveles alterados podrían provocar plegamientos erróneos de la proteína. Esto impediría que p53 pudiese adoptar una forma funcional y por tanto no podría reparar los daños producidos en las células.

De acuerdo la Agencia Internacional de Investigación del Cáncer (IARC), más del 95% de mutaciones producidas en p53 que desembocan en un cáncer se producen en este dominio[14]. Dichas mutaciones se concentran en unos determinados aminoácidos presentes en el dominio, los cuales se denominan “hot spots”[15].

Figura 3. Sitios específicos de mutación (fosforilación, acetilación, ubiquitinación y sumoilación) en p53 y sus respectivas consecuencias celulares.

3. p53 y diversos tipos de cáncer.

Síndrome de Li-Fraumeni.

Las mutaciones producidas en la proteína p53 pueden desencadenar diversos tipos de cánceres. Entre ellos encontramos un síndrome no muy conocido, denominado Síndrome de Li-Fraumeni.

El síndrome de Li-Fraumeni (LFS) es una enfermedad rara, autosómica dominante que afecta a pacientes jóvenes. Consiste en una predisposición a desarrollar un amplio rango de tumores. En un primer lugar, este síndrome fue designado como un síndrome de cáncer familiar en 1982, cuando unos investigadores en Reino Unido describieron a dos familias independientes, cuyos hijos padecían múltiples formas de cáncer, incluyendo carcinomas adrenocorticales, meduloblastomas y sarcomas[16].

Actualmente se sabe que los tumores más característicos provocados por este síndrome son: osteosarcomas, sarcomas de tejido blando, cáncer de mama en sujetos jóvenes, leucemias/linfomas, tumores cerebrales y adenocarcinoma. Sin embargo, también puede observarse cualquier tipo de tumor.

El 70% de las familias con este síndrome poseen una mutación germinal del gen TP53. El riesgo de desarrollar cáncer para un paciente portador de una mutación deletérea en el gen TP53 es del 15% a los 15 años, del 80% para las mujeres de 50 años, y del 40% para los hombres de la misma edad. La significativa diferencia entre sexos se explica casi enteramente debido a los cánceres de mama. El riesgo de desarrollar un segundo cáncer, especialmente un cáncer inducido por radiaciones, es muy alto[17].

Figura 4. Diagrama de las mutaciones asociadas a tumores cerebrales (LFS) en función de su frecuencia relativa y su posición en el gen TP53 (base de datos IARC).

Cáncer de mama.

El cáncer de mama es el tipo de cáncer más frecuente en mujeres. Además, se prevé que sus ratios de incidencia y mortalidad aumenten en los próximos años, por lo que constituye uno de los mayores problemas de salud a nivel mundial.

Los casos de cáncer de mama producidos por causas ajenas a mutaciones estructurales de p53 tienen mejor pronóstico que aquellos en los que se detectan proteínas p53 mutadas, que se acumulan en el citoplasma de las células, debido a su vida media más larga[18]. Además, se ha observado que las células con p53 mutada son resistentes al tratamiento con radiaciones ionizantes[19].

4. Terapias de reversión de mutaciones.

La plasticidad estructural del dominio nuclear de la proteína está relacionada con su interacción con otras proteínas, que intervienen en su regulación. Gracias a la capacidad de interacción de p53 con otras moléculas, se ha abierto una línea de investigación en el diseño de fármacos antitumorales, cuyo objetivo es reactivar la actividad supresora de tumores de p53 mediante su unión a péptidos y moléculas pequeñas[20].

a. Moléculas pequeñas que desestabilizan la interacción MDM2 – p53.

La proteína MDM2 es un regulador negativo de la proteína p53, sobreexpresado en cáncer[21]. En condiciones normales, MDM2 se está unida a p53, favoreciendo su ubiquitinación y destrucción. La unión se produce entre el dominio de transactivación N-terminal de p53 y una hendidura presente en la superficie N-terminal de MDM2. Esta hendidura constituye el sitio de unión de pequeños péptidos y moléculas que rescatan p53.

Las nutlins son moléculas análogas de cisimidazolina que compiten con p53 por la unión a la hendidura N-terminal de MDM2, activando p53[22]. Sin embargo, ciertas mutaciones (Met62Ala y Gln24Arg) de MDM2 disminuyen su actividad por este tipo de compuestos, dificultando la unión y, por tanto, la activación de p53[23].

RITA es una molécula pequeña muy afín al extremo N-terminal de p53[24]. Su unión impide la interacción MDM2 – p53, suprimiendo el crecimiento del tumor in vitro e in vivo, por inducción de apoptosis[25].

Otras moléculas que impiden la interacción entre MDM2 y p53 son: la clorofusina y los compuestos espiro-oxindólicos. La clorofusina es un antifúngico que se une a la región N-terminal de MDM2, impidiendo su interacción con p53[26]. Los compuestos espiro-oxindólicos (serie MI) simulan estructuralmente los residuos de unión a MDM2[27].

Figura 5. Rescate de p53 por moléculas pequeñas. Enfoque de inhibición de MDM2. A. Interacción MDM2 – p53. B. Interacción nutlin – MDM2. C. Interacción MI-63 – MDM2.

b. Moléculas pequeñas que reactivan mutaciones en p53.

El grupo de investigación de Joel Kaar ha propuesto recientemente una serie de moléculas, con un doble enlace α, β insaturado, capaces de revertir las mutaciones estructurales de la proteína p53 mutada[28]. Estos compuestos se unen covalentemente a residuos de cisteína de la proteína mutada, aumentado su temperatura de fusión. Las moléculas más estudiadas y prometedoras son PRIMA-1 y PRIMA-1met. Los estudios con PRIMA-1 han revelado que esta molécula es capaz de inducir apoptosis en células tumorales humanas, de forma dependiente de p53, siendo capaz, por tanto, de reactivar la función de p53[29].

La proteína p53 tiene un bolsillo de reactivación en la región de unión al ADN, abierto de forma transitoria[30]. La mutación de un residuo de cisteína en este bolsillo, impide la reactivación de la proteína por acción de PRIMA-1[31].

Otras moléculas interesantes, implicadas en la reactivación de p53 son: STIMA-1[32], MIRA-1[33] y NSC319726. Este último restaura la estructura y función normal de mutantes de p53 en Arg175His y es capaz de inducir apoptosis. Se cree que su eficacia funcional está relacionada con su actividad como agente quelante de Zn2+[34].

c. Reactivación mediante explotación de otras interacciones proteína-proteína.

Las moléculas que desestabilizan complejos de unión entre la proteína p53 y otros miembros de la familia p53, también tienen potencial como fármacos antitumorales. Péptidos cortos de interferencia diseñados en el laboratorio son capaces de desestabilizar la interacción entre p53 y p73, rescatando p73 y restaurando su función supresora de tumores[35].

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Figuras

Figura 1. Hanahan D, Weinberg R. Hallmarks of Cancer: The Next Generation. Cell 2011;144(5):646-674.

Figura 2. Saha T, Kar RK, Sa G. Structural and sequential context of p53: A review of experimental and theoretical evidence. Progress in Biophysics and Molecular Biology 2015 March 1,;117(2):250-263.

Figura 3. Saha T, Kar RK, Sa G. Structural and sequential context of p53: A review of experimental and theoretical evidence. Progress in Biophysics and Molecular Biology 2015 March 1,;117(2):250-263.

Figura 4. Orr BA, Clay MR, Pinto EM, Kesserwan C. An update on the central nervous system manifestations of Li-Fraumeni syndrome. Acta Neuropathol 2019 Aug 30,.

Figura 5. Modificado de: Saha T, Kar RK, Sa G. Structural and sequential context of p53: A review of experimental and theoretical evidence. Progress in Biophysics and Molecular Biology 2015 March 1,;117(2):250-263.

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