Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Soppressore di Tumore p53


Molecola del Mese di luglio 2002

Guardiano della Cellula
Le nostre cellule devono affrontare diversi tipi di aggressioni da parte di sostanze chimiche, virus, e radiazioni ionizzanti. Se le cellule vengono danneggiate in punti sensibili da questi aggressori, gli effetti possono essere disastrosi. Per esempio, se vengono danneggiati importanti elementi di regolazione, i normali controlli sulla crescita cellulare possono essere bloccati e la cellula si moltiplicherà rapidamente e formerà un tumore. Il soppressore di tumore p53 è una delle nostre difese contro questo tipo di danno. Il soppressore di tumore p53 normalmente è presente in minima quantità, ma quando viene rilevato un danno al DNA, i livelli di p53 aumentano ed iniziano le misure di protezione. Il p53 si lega a molti siti di regolazione nel genoma e comincia la produzione di proteine che fermano la divisione della cellula fino a che il danno non è riparato. D'altra parte, se il danno è troppo grave, il p53 inizia il processo di morte cellulare programmata, o apoptosi, che spinge la cellula a commettere suicidio, rimuovendo permanentemente il danno.


Struttura ottenuta per Parti
Il soppressore di tumore p53 è una molecola flessibile composta di quattro catene proteiche identiche. Le molecole flessibili sono difficili da studiare con la cristallografia a raggi X perché non formano cristalli ordinati e, se anche cristallizzano, le immagini sperimentali sono spesso indistinte. Per questo motivo, p53 è stato studiato per parti, rimuovendo le regioni flessibili e determinando la struttura delle porzioni che formano strutture stabili. Sono state studiate tre di queste compatte porzioni globulari, chiamate "domini". Al centro di p53 vi è un dominio di tetramerizzazione (file PDB 1olg) che tiene insieme le quattro catene. Una regione lunga e flessibile in ogni catena poi si lega al secondo dominio stabile: un grande dominio in grado di legarsi al DNA (file PDB 1tup) che è ricco di residui di arginina (carichi positivamente) che interagiscono con il DNA. Questo dominio riconosce specifici siti di regolazione sul DNA. Il terzo dominio stabile studiato finora è il dominio di transattivazione (file PDB 1ycq), si trova quasi alla fine di ogni braccio e attiva l'apparato di lettura del DNA.


p53 e Cancro
Come potete immaginare dal suo nome, il soppressore di tumore p53 ha un ruolo centrale nella protezione del vostro corpo dal cancro. In generale, le cellule cancerose contengono due tipi di mutazioni: le prime sono mutazioni che provocano la crescita e la moltiplicazione incontrollata delle cellule, le seconde sono mutazioni che disattivano le normali difese che proteggono contro la crescita innaturale. Il p53 rientra in questa seconda categoria e le mutazioni nel gene che codifica per il p53 sono state trovate in circa la metà dei casi di cancro umano. La maggior parte di queste sono mutazioni disattivanti, che cambiano le informazioni nel DNA in una particolare posizione e costringono la cellula a costruire p53 con un errore, sostituendo un amminoacido errato in un punto della catena proteica. La normale funzione del p53 è bloccata in questi mutanti, e la proteina è incapace di fermare la moltiplicazione della cellula danneggiata. Se la cellula ha anche altre mutazioni che provocano la crescita incontrollata, la cellula si trasformerà in un tumore.

Abbracciare il DNA
Il soppressore di tumore p53 si lega al DNA usando tutte e quattro le sue braccia. Il tipico sito di legame sul DNA è composto di tre parti: uno specifico sito di legame per due domini del p53, un tratto di catena di lunghezza variabile da 0 a 13 paia di basi, ed un secondo sito specifico di legame per gli altri due domini del p53. Nelle figura mostrata qui a sinistra (costruita usando tre diverse strutture prese dai file PDB 1tup, 1olg e 1ycq), due domini del p53 sono legati vicino alla parte superiore del filamento di DNA e due sono legati ad un sito identico vicino al fondo. Il dominio di tetramerizzazione è dietro all'elica e tiene insieme tutte e quattro le catene. I quattro domini di transattivazione si estendono lungo l'elica di DNA, pronti ad attivare proteine vicine coinvolte nel leggere il DNA. Le catene flessibili, che collegano insieme tutte e quattro le braccia, permettono al p53 di legarsi a molte varianti diverse di questo sito di legame, permettendogli di regolare la trascrizione in molti punti nel genoma.



















Esplorando la Struttura
La maggior parte delle mutazioni del p53 che provocano il cancro sono state trovate nel dominio che dovrebbe legarsi al DNA. Qui sono illustrate le mutazioni più comuni, usando il file PDB 1tup. Questa struttura include tre copie del dominio di legame del DNA, ma qui ne è illustrata una sola, la catena B. Le mutazioni si trovano all'interno e vicino alla faccia della proteina che lega il DNA. La mutazione più comune cambia l'arginina 248, colorata qui di rosso. Notate che essa si inserisce nella fenditura minore del DNA (mostrato in blu e verde), formando un'interazione molto stabile. Quando viene cambiata con un altro amminoacido, questa interazione è persa. Gli altri siti importanti di mutazione sono mostrati in rosa, comprendono i residui di arginina 175, 249, 273 e 282, e la glicina 245. Alcuni di questi entrano direttamente in contatto con il DNA, mentre altri mantengono nella corretta posizione altri amminoacidi che legano il DNA.

Questa figura è stata creata con Chime. Anche voi potete creare immagini simili cliccando sui codici di accesso e scegliendo una delle opzioni nel menù "View Structure".








Bibliografia

B. Vogelstein, D. Lane, A.J. Levine (2000): Surfing the p53 network. Nature 408, pp. 307-310.