P53: a fondo nei sistemi di sicurezza del genoma

Il corpo umano è in equilibrio dinamico

La natura intrinseca della vita stessa si basa su due principi cardine: il risparmio energetico e l’equilibrio. In particolar modo la ricerca di equilibrio, può essere inserita nel concetto più complesso di “omeostasi” che descrive il corpo umano come un sistema aperto e perciò lo disegna come un’entità in equilibrio dinamico. Il corpo ha la capacità di opporsi spontaneamente alle perturbazioni che mirano alla disregolazione dell’assetto stabile in cui dimora; nel momento in cui i tentativi di controllo falliscono o gli agenti perturbanti prevalgono, esso ricade in uno “stato patologico”.

Uno dei momenti più delicati che il nostro corpo attraversa, è il ciclo cellulare. L’integrità che risiede nel susseguirsi delle fasi che portano alla divisione delle cellule, ha permesso l’attuazione di sistemi di sicurezza che hanno il compito di vagliare attentamente lo stato del DNA in ogni fase del ciclo. I fattori che costituiscono i sistemi di sicurezza del genoma sono molteplici e a volte fanno parte di complesse cascate di regolazione, come nel caso delle Cicline-Chinasi-dipendenti (cdk), ma uno dei principali responsabili del nostro perfetto funzionamento è la proteina P53.

Scoperta della P53

Il gene che codifica per la P53 è TP53 ed è localizzato sul cromosoma 17. I primi ad identificare la proteina furono Arnold Levine (della “Princenton University“) e David Lane (dell’ “imperial cancer research“) nel 1979, solo molti anni dopo però vennero alla luce le numerose caratteristiche che fanno di questa molecola un oncosoppressore.

Un contributo dato agli studi che hanno permesso la ricostruzione degli eventi alla base del meccanismo di azione della P53, e connessi ad essi la struttura di base della molecola, è stato quello offerto dai ricercatori del CNR di Roma che grazie all’applicazione di sistemi di calcolo ed equazioni differenziali, hanno dimostrato l’aumento delle concentrazioni di base intracellulari della P53 in seguito ad un danno al DNA.

David Lane
Figura 1 – David Lane
Arnold J. Levine
Figura 2 – Arnold J. Levine

Struttura della proteina

Possono essere distinti tre domini principali che compongono il prodotto proteico del gene e sono:

  • una porzione N-terminale definita come “dominio TAD” ossia di attivazione trascrizionale, dal momento che ha il compito di attivare i fattori di trascrizione;
  • un dominio centrale e un dominio C-terminale che hanno il compito di legare il DNA ed interagire con esso.

La P53 risulta essere un punto di controllo tra le fasi G1/S del ciclo cellulare e come tale ha il compito di bloccare il proseguimento dello stesso in presenza di danni al DNA.

I meccanismi principali con cui opera risultano essere:

  • INIBIZIONE DELLE CDK, le cicline chinasi dipendenti sono dei complessi molecolari importanti che favoriscono la transizione della cellula dalla fase G1 ad S promuovendo così la trascrizione genica.
  • ATTIVAZIONE DI P21, la proteina P21 assieme alla P27 inattiva le CDK.

Se il blocco del ciclo cellulare e l’attivazione dei fattori di riparazione non risultano essere sufficienti, la P53 promuove l’innesco della morte cellulare programmata ossia l’ “apoptosi”. Il sistema grazie al quale la proteina stimola la morte cellulare, è l’inattivazione trascrizionale del gene per il fattore anti-apoptotico Bcl-2. Questo evento richiama l’azione dei fattori pro-apoptotici BAX e BAC che concludono il lavoro iniziato dalla P53. La mancata proporzionalità inversa nei valori di P53 e Bcl-2 è osservabile nei tumori colon-rettali.

La P53 agisce sul DNA come omotetramero e le mutazioni che risultano essere alla base della perdita di funzione del fattore agiscono con fenotipo dominante, compromettendo l’associazione delle quattro subunità proteiche.

subunità della P53 complessate con il DNA
Figura 3 – subunità della P53 complessate con il DNA

Papillomavirus e danni alla P53

Uno degli esempi più esplicativi che possono descrivere la correlazione tra la tumorigenesi e i danni ai meccanismi d’azione della P53 o alla sua struttura proteica, è sicuramente quello di HPV. Il Papillomavirus è un ceppo virale trasmesso per via sessuale che può provocare la comparsa di tumore alla cervice, fenotipo associato maggiormente ai ceppi 16 e 18. L’epitelio della cervice, è soggetto a ricambio cellulare frequente e il virus sfrutta proprio questo meccanismo fisiologico per liberare i propri virioni.

Esso infetta le cellule basali dell’epitelio, penetrando meglio quando l’epitelio squamoso della cervice risulta essere fragile o danneggiato, quando poi queste migrano verso la superficie per adoperare il ricambio cellulare i virioni sono liberati. La proteine virali che favoriscono l’instaurarsi del fenotipo maligno sono: E5, E6 ed E7. L’oncoproteina E6 ,in particolar modo, interferisce con l’attivazione della P53 e dei relativi meccanismi d’azione in tre modi principali:

  • Ubiquitina la P53 promuovendone la degradazione in quanto i segnali di ubiquitinazione prevedono l’attivazione del proteosoma intracellulare;
  • Si associa ad alcune proteine cellulari per trasformare la P53;
  • Velocizza il turn-over cellulare della P53;
  • Interferisce con la regolazione del ciclo cellulare.

Terapie del futuro

Le terapie in atto per la riparazione del sistema di controllo della P53, prevedono l’utilizzo di alcuni particolari virus come vettori di espressione. I virus che sono modificati affinché funzionino da carrier, sono nello specifico gli Adenovirus dotati di un genoma facilmente modificabile. Questa terapia genica consiste nell’eliminazione, all’interno del genoma virale, di tutte le sequenze accessorie e/o patologiche, per far spazio all’inserimento di una copia corretta del gene che codifichi per la P53. Una volta favorito l’aumento del titolo virale, è promossa la trasfezione da parte dei virioni ricombinanti verso delle cellule target.

Le cellule trasfettate, al raggiungimento di un numero sufficiente vengono iniettate in vivo nel paziente in modo che replicandosi possano trasmettere la copia corretta del gene. Questo genere di innovazione farmacologica, è suggerita per il trattamento di particolari tipi di tumore e già molti farmaci biologici sono stati considerati efficaci dall’ EMA.

Un esempio di farmaco biologico basato sulla correzione del gene codificante l’oncosoppressore P53 mediante Adenovirus, è Gendicine. E’ rivolto al trattamento del carcinoma della testa; i pazienti sono trattati con iniezioni intratumorali del farmaco una volta a settimana per otto settimane continuando contestualmente un trattamento radioterapico.

meccanismo d'azione di un vettore virale con gene terapeutico
Figura 4 – meccanismo d’azione di un vettore virale con gene terapeutico

Gaia Bruno

Fonti

  • “Le basi cellulari e molecolari delle malattie, Albi, Curcio, Ambesi-Impiombato, Moncharmont, Palese (a cura di), Sorbona
  • “Terapia genica”, Mauro Giacca (a cura di), Springer
  • https://www.cnr.it/it/focus/004-7/p53-un-numero-antitumorale
  • http://www.bioinformatics.org/p53/introduction.html
  • https://www.eurocytology.eu/it/course/966

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