Phosphorylierung der p53 H1-Helix: Rolle für Tumorsuppression und Tumorigenese

Das p53-Tumorsuppressorgen, auch als „Wächter des Genoms“ bekannt, ist das am häufigsten mutierte Gen in humanen Krebszellen. Im physiologischen Zustand wird es durch verschiedene Stimuli wie oxidativer Stress, DNA-Schäden oder Onkogen-Überexpression aktiviert, sodass p53 als Transkriptionsfaktor di...

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Main Author: Niederau, Edmund Constantin
Contributors: Stiewe, Thorsten (Prof. Dr. med.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2023
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Das p53-Tumorsuppressorgen, auch als „Wächter des Genoms“ bekannt, ist das am häufigsten mutierte Gen in humanen Krebszellen. Im physiologischen Zustand wird es durch verschiedene Stimuli wie oxidativer Stress, DNA-Schäden oder Onkogen-Überexpression aktiviert, sodass p53 als Transkriptionsfaktor diverse Mechanismen mit dem Hauptziel der Tumorsuppression einleiten kann. Dabei spielen Effekte wie ein transienter Zell-Zyklus-Arrest mit dem Zweck der DNA-Reparatur, Seneszenz, ein irreversibler Arrest, und Apoptose, der programmierte Zelltod, eine entscheidende Rolle. Durch diese Mechanismen kann eine Zelle vor der potenziellen Entartung geschützt werden, bzw. eine bereits entartete Zelle im Zellzyklus gestoppt werden, um die Tumorigenese zu unterbinden. Da Krebszellen nicht in jedem Fall durch eine p53-Aktivierung dem programmierten Zelltod zugeführt werden, ergibt sich die notwendige Fragestellung, unter welchen Umständen p53 den Signalweg in Richtung Seneszenz oder in Richtung Apoptose anstößt. Für die Erklärung wird versucht, den Mechanismus der DNA-Bindungs-Kooperativität als Grundlage zu verwenden. Denn p53 agiert nicht als Monomer, sondern bindet als Tetramer sequenzspezifisch an die DNA. Die DNA-Bindungs-Kooperativität ermöglicht p53 eine effizientere Bindung an Promotoren. Für einen stabilen p53-DNA-Komplex sind dabei Interaktionen innerhalb der DNA-Bindungsdomänen entscheidend, die durch die ionischen Wechselwirkungen zwischen den Aminosäureresten der so genannten H1-Helix vermittelt werden. Diese enthält in humanem p53 jeweils ein Glutamat in Position 180, ein Arginin in Position 181 sowie in direkter Nachbarschaft zur H1-Helix zwei evolutionär konservierte Serin-Moleküle in den Positionen 183 und 185. In der Vergangenheit konnte bereits gezeigt werden, dass Mutationen in der H1-Helix, die zu einem Verlust der DNA-Bindungs-Kooperativität führen, die transkriptionelle Aktivität von p53 vollständig unterbinden können, während eine abgeschwächte Kooperativität die transkriptionelle Aktivität in Richtung der pro-seneszenten Gene lenkt. Im Gegenteil bewirkt eine verstärkte DNA-Bindungs-Kooperativität die forcierte Transkription von pro- apoptotischen Genen. Bei der Frage, ob die Interaktion zwischen den H1-Helices beeinflusst werden kann, spielen die beiden Serin-Moleküle in den Positionen 183 und 185 eine interessante Rolle. Eine Phosphorylierung dieser Aminosäurereste könnte durch die elektromagnetischen Eigenschaften von Phosphatgruppen in einer verstärkten negativen Ladung der H1-Helix-Region resultieren und somit die DNA-Bindungs-Kooperativität beeinflussen. Experimentelle Daten aktueller Forschung lassen vermuten, dass die erwähnte enzymatische Reaktion an diesen Serin-Resten möglicherweise durch Aurora-Kinasen, insbesondere Aurora B, vermittelt wird. Zur genaueren Untersuchung der Rolle von Phosphorylierungen der Serinmoleküle für die Funktion von p53 wurde in dieser Arbeit die Krebszelllinie HCT116 mit phospho-mimic und phospho-deficient Mutationen an den Positionen 183 und 185 verwendet. Hier konnte ein signifikant verstärkter Zelluntergang der phospho-deficient Mutanten unter zytotoxischer Behandlung mit Doxorubicin gezeigt werden. Da Mäuse nur über einen konservierten Serin- Rest in Position 180 verfügen, wurde bei den in-vivo Experimenten mit der S180A-Mutante gearbeitet, wo der Serin-Rest in Position 180 zum phospho-deficient Alanin geändert wurde. Hier konnten abhängig vom Versuchsaufbau ebenfalls signifikante Unterschiede in der Tumorsuppression und Tumorigenese gezeigt werden. Letztlich kann das Wissen um die Blockierung der Phosphorylierung, beispielsweise durch eine Inhibition der verantwortlichen Kinasen, einen hohen klinischen Nutzen hervorbringen. So könnten Kinaseinhibitoren die prognostisch wichtigen Funktionen von p53 im Sinne der Tumorsuppression und Verhinderung der Tumorigenese günstig beeinflussen, indem entartete Zellen intensiver der Apoptose zugeführt werden. Ebenso wäre eine therapeutisch abgeschwächte Kooperativität mit dem Ziel eines verringerten Effekts von Zytostatika auf gesunde Zellen denkbar.
DOI:10.17192/z2023.0457