应用笔记 - 磁共振

NMR提供了考察P53防癌作用的新视角

p53以其在健康细胞中的防癌作用而闻名,当它发生缺陷时,在癌细胞生长中存在近乎普遍的作用。但是,尽管它在几十年前就已被发现,但我们至今仍在探索这种肿瘤抑制基因的工作机制,这可能会导致新型肿瘤治疗药物的发现。

p53以其在健康细胞中的防癌作用而闻名,当它发生缺陷时,在癌细胞生长中存在近乎普遍的作用。但是,尽管它在几十年前就已被发现,但我们至今仍在探索这种肿瘤抑制基因的工作机制,这可能会导致新型肿瘤治疗药物的发现。

在通常情况下,p53通过激活一种被称为细胞凋亡(程序性细胞死亡)的过程来阻止细胞的失控生长。这意味着当细胞不再被需要或者其DNA被破坏时,可以有效地自我毁灭。在癌症中,这个被称为p53通道的过程可能会失活,从而让癌细胞继续增殖。

对于作为一种转录因子(一种在细胞核内工作以激活其它基因的蛋白质)的p53,科学家们是十分熟悉的。这些基因随后产生蛋白质,最终激活细胞内导致其死亡的信号级联。

但是,大约十年前,研究开始表明p53不仅仅是一种转录因子。事实上,它能够在胞浆中独立地激活凋亡,即使在没有细胞核的细胞中也是如此。2004年,Chipuk等人发表了一项研究成果,展示了p53是如何做到这一点的:胞浆中的p53可以直接激活BAX(p53通道中的一个关键角色)。

然而,直到最近,借助于核磁共振(NMR)谱,研究人员才得以显示这种蛋白质起作用的确切机制,这一发现可能会导致癌症新药的发现。

研究人员使用带有低温探针的Bruker Avance波谱仪和Bruker TopSpin软件,在带放射性标记的p53片段中加入BAX,寻找化学位移扰动(CSP)。这揭示了p53中特定脯氨酸氨基酸共振的“卫星”峰。研究人员证实,这种氨基酸经历了顺反异构化,即从通常的反式状态转换为生物上不太常见的顺式状态。

然后,通过在带放射性标记的BAX中加入p53片段,能够显示p53的两个不同区域独立地与BAX结合。研究人员说,这很出乎意料,因为它不同于已知的BAX激活方式。

通过将p53片段滴定到带放射性标记的BAX上,研究小组能够观察到这种结合的动力学表现,从而得出结论,即脯氨酸的构象变化对于p53激活BAX至关重要。

研究人员还利用这些NMR数据建立了一个分子模型,以三维形式揭示了其精确机理。

研究人员指出,除了进一步加深我们对细胞凋亡和基础癌症生物学的理解外,这一发现可能会通过开发引发这种新发现的BAX依赖性凋亡的分子而导致新药物的发现。

参考文献

Bradley D. (2015) NMR reveals cancer clue: p53 activity. Available at: http://www.spectroscopynow.com/nmr/details/ezine/14f25d494fb/NMR-reveals-cancer-clue-p53-activity.html. Date accessed: 06 September 2015.

Chipuk JE, et al. Direct activation of Bax by p53 mediates mitochondrial membrane permeabilization and apoptosis. Science 2004; 303: 1010-1014.

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Follis AV, et al. The DNA-binding domain mediates both nuclear and cytosolic functions of p53. Nature Structural & Molecular Biology 2014; 21: 535-543.

Follis AV, et al. Pin1-Induced Proline Isomerization in Cytosolic p53 Mediates BAX Activation and Apoptosis. Molecular Cell 2015; 59: 677-684.

Vogelstein B (2010). p53: The most frequently altered gene in human cancers. Available at: http://www.nature.com/scitable/topicpage/p53-the-most-frequently-altered-gene-in-14192717. Date accessed: 6thSeptember 2015.