La proteina-antitumorale p53: il veloce passaggio da alleata a nemica dei tumori

Le proteine costituiscono una notevole parte della sostanza secca di una cellula. Il loro ruolo all’interno di un organismo vivente, quale animale o vegetale, assume un significato di estrema importanza per garantire processi fisiologici e metabolici essenziali alla sopravvivenza dello stesso. A differenza della maggior parte dei macronutrienti composti esclusivamente da atomi di carbonio, ossigeno e idrogeno, le proteine sono costituite oltre che da un gruppo carbossilico (-COOH) anche da uno amminico (-NH2) e ciascun polipeptide differisce nella sequenza e nel numero di amminoacidi favorendone l’unicità della stessa sia a livello conformazionale sia funzionale.

Le proteine e le alterazioni geniche

Con il termine proteina, ci si riferisce ad una macromolecola biologica, chiamata anche polipeptide, costituita da una lunga catena di amminoacidi a loro volta legati l’uno all’altro tramite legami peptidici covalenti. In natura esistono 20 tipi di amminoacidi proteinogenici che risultano essere specifici per ogni singola proteina e compongono l’ossatura polipeptidica stabilendone la sua conformazione che nella maggior parte dei casi è tridimensionale. La struttura può essere primaria, secondaria o terziaria insieme ad un dominio proteico che si definisce come una sottostruttura prodotta da qualsiasi parte di una catena polipeptidica che si possa ripiegare indipendentemente in una struttura compatta e stabile. All’interno del sistema tridimensionale delle proteine spiccano due tipi di schemi conformazionali: l’α elica, identificabile come una forma cilindrica data dall’auto avvolgimento della catena polipeptidica; il foglietto β riconoscibile dall’andamento direzionale parallelo o antiparallelo con ripiegamento su sè stesse delle catene polipeptidiche adiacenti (fig. 1).

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Fig. 1: Rappresentazione della conformazione Alfa-elica e Beta-foglietta di una proteina tridimensionale

Le proteine assumono svariate funzioni essenziali all’interno della cellula e, complessivamente, in un organismo vivente. Per favorire i processi metabolici e fisiologici si esprimono sotto forma di enzimi, agendo come biocatalizzatori ed aumentando conseguentemente la velocità delle reazioni di catalisi delle reazioni chimiche. Un esempio sono i processi digestivi, in cui gli enzimi sono essenziali per la degradazione e scissione di macromolecole per permetterne l’assorbimento intestinale, l’enzima amilasi situato direttamente nella saliva ne è un esempio. Le proteine hanno inoltre una funzione regolatrice dell’espressione di alcuni geni e della divisione cellulare, una funzione di trasporto di elementi vitali per l’organismo, come l’ossigeno trasportato dall’emoglobina, e hanno la peculiarità di costituire non solo diversi composti quali ormoni o proteine plasmatiche ma anche differenti tessuti di un organismo, come il collagene e l’elastina, conferendone conseguentemente resistenza ed elasticità. Ultimo ma non meno importante è la funzione di difesa dell’organismo tramite l’incremento dell’espressione genica di mediatori polipeptidici o glicoproteine, ad esempio anticorpi e citochine, in grado di proteggere l’organismo da infezioni causate da microrganismi patogeni o da alterazioni cellulari, date da diversi meccanismi che agiscono simultaneamente e che nella maggior parte dei casi coinvolgono l’alterazione dell’espressione genica e portano la cellula ad essere definita neoplastica. Quando si parla di alterazione genica coinvolta nei processi neoplastici prevalentemente maligni, ci si riferisce ad una serie di alterazioni a carico del DNA che comportano un’anormale proliferazione cellulare con conseguente sviluppo tumorale. Per ovviare alla situazione, tenendo presente che la causa di neoplasia non è attribuibile solo ad errati processi endogeni ma anche all’esposizione dell’organismo ad elementi esogeni (es. sostanze tossiche e nocive), la corretta funzionalità di una proteina sia dal punto di vista regolatorio sia anti-tumorale è di basilare importanza e contribuisce a favorire il giusto equilibrio di un organismo vivente.

La proteina anti-tumorale p53

Il ruolo chiave nella soppressione dei tumori

Fig. 2: Proteina codificata dal gene oncosoppresore TP53

La proteina anti-tumorale venne scoperta intorno alla seconda metà degli anni ’70 e denominata p53 nel 1938. Riconosciuta ed essenziale per la sua funzione primaria oncosoppressoria, derivante infatti come prodotto di geni oncosoppressori (fig. 2), è protagonista da più di dieci anni nel campo della prevenzione e della ricerca oncologica. La proteina risulta avere meccanismi d’azione e funzioni alquanto essenziali per la vita cellulare e complessivamente di un organismo, determinando e regolando il ciclo cellulare, la differenziazione, l’espressione di geni che attivano processi apoptotici ovvero la morte cellulare programmata. In caso di necessità, la proteina è in grado di riparare eventuali danni del DNA con relativa sintesi e stabilizzazione della sequenza nucleotidica normale e della stereochimica dello stesso. La caratteristica principale su cui si pone maggiore rilievo in campo sperimentale è la capacità di contrastare fisiologicamente l’espansione clonale cellulare, inibendo inevitabilmente una possibile crescita e successiva metastasi da parte delle cellule soggette ad una incontrollata proliferazione determinata dall’insorgenza di mutazioni. Qualsiasi stress indotto all’interno di una cellula, quali per esempio la perdita dei normali segnali di crescita e sopravvivenza o il deterioramento dei telomeri, possono comportare l’attivazione della proteina p53, poiché uno stato di tensione e sofferenza cellulare può essere causato dalla presenza di una neoplasia in via di sviluppo nelle differenti fasi di carcinogenesi comportate da una mutazione del DNA che causa un disequilibrio dell’omeostasi e del sottile processo che coinvolge la morte programmata di una cellula vivente. La proteina ha quindi la facoltà di arrestare la crescita e la proliferazione di cellule geneticamente alterate.

Leffetto delle mutazioni sulla proteina p53

È da tempo stabilito in campo di ricerca medica e oncologica che le mutazioni del materiale genetico di cellule normali possono causare lo sviluppo di neoplasie benigne e maligne; quest’ultime possono degenerare in possibili metastasi, alterando il delicato equilibrio tra la proliferazione e la morte cellulare programmata e comportando l’insorgenza di un numero elevato di cloni cellulari. Per mutazione genetica ci si riferisce ad un’alterazione stabile o reversibile di una sequenza nucleotidica del genoma, ereditabile o acquisibile tramite cause esogene con cui l’organismo viene a contatto. Gran parte delle mutazioni che comportano carcinomi fanno parte della classe delle “puntiformi”, ossia le mutazioni divisibili in silenti, missenso, nonsenso, frame o splicing, consistenti in un’alterazione quale sostituzione, delezione o inserzione di una singola coppia di basi del DNA. Le mutazioni più frequenti che interessano la proteina p53 sono a carico di 6 tipi di residui amminoacidi (Arg 248; Arg 273; Gly 245; Arg 249; Arg 282) che si trovano direttamente a contatto con il DNA, o a carico di residui essenziali per la conformazione della proteina stessa, causando un’alterazione della struttura e di conseguenza della sua funzionalità. È scientificamente provato, infatti, che le proteine anti-tumorali p53 alterate hanno una specifica e singola conformazione che le rende uniche e facilmente riconoscibili dagli anticorpi monoclonali rispetto alle wild-type, ovvero le proteine normali e non mutate. Per l’identificazione di una possibile mutazione di p53 sia a livello di proteina sia di gene ci si riferisce a due metodi principali: il sequenziamento del DNA e, più efficiente, l’uso di test immunologici. Tramite questi ultimi test si ha un risultato altamente attendibile, dedotto dal fatto che una proteina p53 normale situata nel nucleo cellulare, ha un’emivita molto breve e pone difficoltà nel suo rilevamento essendo presente in piccole quantità. Al contrario una proteina p53 mutata ha un’emivita ed un’espressione maggiore, facilmente rilevabile con le tecniche di immunoistochimica.

Per concludere, risulta evidente come la proteina p53 possa essere nella sua forma wild-type una nemica per il cancro e nella sua forma mutata un’alleata dello stesso. Dal momento in cui la proteina p53 subisce delle mutazioni si ha la rottura a cascata di innumerevoli equilibri che normalmente stabilizzano e regolano la vita della cellula stessa. Una delle conseguenze sarà un’errata proliferazione cellulare e una mancata morte programmata delle cellule che hanno subito un’alterazione con successivo sviluppo di una possibile neoplasia e, se maligna, di una metastasi.

Elisa Mapelli Mozzi


Bibliografia:

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Zilfou Jack T., Lowe S. W.,2009. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology.

 

Video per approfondimento: https://www.youtube.com/watch?v=8Mp7D7qWxG4

Laure magistrale in Biotecnologie con corso di specializzazione in colture cellulari 3D.
Ho effettuato un tirocinio di 6 mesi presso l’Università Statale di Milano lavorando su colture cellulari renali, purificazione ed estrazione di DNA e RNA ed elettroforesi bidimensionale.

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