TP53 — наиболее часто мутируемый ген среди всех видов рака человека. Он кодирует инструкции по созданию белка, называемого опухолевым белком p53, просто p53, который обычно подавляет опухоли, регулируя циклы деления клеток. Белок p53 делает это, удерживая клетки от слишком быстрого или неконтролируемого роста и деления.
Когда ДНК повреждается, p53 вызывает серию защитных реакций для восстановления клетки или, если повреждение слишком серьезное, вызывает самоубийство клетки. Мутации в гене TP53 могут нарушить эту нормальную функцию и позволить клеткам с поврежденной ДНК продолжать делиться, что приводит к раку.В большинстве случаев мутантные белки p53 вызываются единственной мутацией в одном из строительных блоков ДНК, приводящей к единственной аминокислотной замене в белке p53.
В дополнение к потере нормальной опухолевой супрессивной функции р53, замещенные формы р53 также приобрели функции, способствующие более агрессивному развитию рака.Чтобы лучше понять, как работает «усиление функции» (GOF) мутантного р53, команда Пенна исследовала линии раковых клеток, полученные из опухолей пациентов с различными типами аминокислотных замен р53 GOF, чтобы увидеть, где эти мутантные формы р53 фактически связываются в геном рака.
«Мы были удивлены, обнаружив, что мутантный p53 связывается и активирует группу генов, которые содержат эпигенетическую сигнатуру, особенно те, которые связаны с метилированием гистонов и ацетилированием гистонов», — сказал Бергер. В частности, мутированные белки GOF p53 непосредственно нацелены на гены, кодирующие ключевые эпигенетические ферменты, включая MLL1, MLL2 и MOZ.
В подтверждение своих наблюдений команда обратилась к Атласу генома рака (TCGA), общедоступной базе данных Национального института рака, содержащей генетические характеристики нескольких типов опухолей пациентов. Их анализ данных TCGA показал повышенную экспрессию эпигенетических регуляторных генов MLL1, MLL2 и MOZ в опухолях GOF p53 по сравнению с опухолями с нормальным белком p53 или опухолями без белка p53.
Экспрессия генов регулируется химическими модификациями (включая метилирование и ацетилирование) хроматина — гистоновых белков, тесно связанных с ДНК. Некоторые химические группы на гистонах позволяют ДНК открываться, а другие — сжимать хроматин. Эти группы изменяют степень компактности ДНК в определенных областях генома, что, в свою очередь, влияет на то, какие гены доступны для превращения в РНК (процесс, называемый транскрипцией) и, в конечном итоге, в белки, что является первым шагом во многих процессах, включая пролиферацию клеток.
Обычно, как эпигенетический фермент, MLL1 помещает метильную группу на гистон в место, которое способствует транскрипции и способствует росту клеток. Они обнаружили, что, например, мутантные белки p53 задействованы в пути MLL1, что приводит к изменениям метилирования гистонов во всем геноме и, следовательно, делает возможным неконтролируемую репликацию клеток.Измененные эпигенетические пути участвуют в различных аспектах рака, что может быть разумным механизмом для объяснения неконтролируемой репликации клеток, учитывая регуляцию программ транскрипции всего генома с помощью связанных с эпигенетикой белков. Это открытие является первым доказательством того, что мутантный р53 по GOF напрямую регулирует ключевые эпигенетические факторы.
С этой целью и, что наиболее важно, команда обнаружила, что пролиферация раковых клеток резко снизилась за счет отключения гена MLL1, что имело тот же результат, что и снижение пролиферации клеток, вызванное отключением мутантного гена GOF p53.«Теперь, когда мы определили, что можем ингибировать пролиферацию клеток путем генетического ингибирования MLL1, особенно в опухолях с мутантом p53, мы также проверили, можем ли мы ингибировать MLL1 фармакологически», — сказал Бергер. «Мы обнаружили, что эти клеточные линии чрезвычайно чувствительны».
Используя препараты, нацеленные на активность MLL1, команда обнаружила аналогичные ингибирующие эффекты на скорость роста клеток с мутантным p53.«Наше исследование раскрывает новый эпигенетический механизм, лежащий в основе прогрессирования опухолей с мутациями р53, вызывающими усиление функции», — сказал Бергер. «Эти данные показывают, что эти типы раковых клеток процветают благодаря этим специфическим изменениям. Опухолевые клетки р53 с избыточной функцией не могут беспрепятственно реплицироваться, когда эти регуляторы подавлены или фармакологически подавлены».В дополнение к MLL1, MLL2 и MOZ это исследование показало, что мутантный p53 нацелен на многие другие гены, кодирующие эпигенетические регуляторы.
Исходя из этого, исследователи стремятся разработать комбинаторную эпигенетическую терапию для лечения отдельных видов рака, вызванных мутациями р53 в GOF. Эти типы рака включают, помимо прочего, рак поджелудочной железы, груди, головного мозга, пищевода, головы. шеи — все тяжелые формы рака, характерные для которых недоступны для лечения и диагностики на поздних стадиях.