Мутация, заменяющая одну аминокислоту в мощном белке, подавляющем опухоли, превращает его из святого в зловещий. Новое исследование, проведенное коалицией институтов Техаса, показывает, почему это более разрушительно, чем было известно ранее.
Повсеместно распространенный белок p53 в его естественном состоянии, иногда называемый "хранитель генома," передовой защитник от рака. Но мутантная форма появляется в 50% или более случаев рака человека и активно блокирует супрессоры рака.
Исследователи под руководством Петра Векилова из Университета Хьюстона (UH) и Анатолия Коломейского из Университета Райса обнаружили, что один и тот же мутантный белок может объединяться в кластеры. Они, в свою очередь, вызывают образование амилоидных фибрилл, основных подозреваемых в онкологических и неврологических заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера.
Они сообщили, что конденсация p53 в кластеры вызвана дестабилизацией ДНК-связывающего кармана белка, когда одна аминокислота аргинина заменяется глутамином.
"Известно, что мутация в этом белке является основным источником рака, но механизм до сих пор неизвестен," сказал Коломейский, профессор и заведующий кафедрой химии Райса и профессор химической и биомолекулярной инженерии.
"Этот пробел в знаниях значительно ограничивает попытки контролировать агрегацию и предлагать новые методы лечения рака," сказал Векилов, профессор химической и биомолекулярной инженерии и химии Джона и Ребекки Мур в UH.
Кластеры мутантного р53, похожие на те, что были обнаружены Векиловым в растворах других белков 15 лет назад, и амилоидные фибриллы, которые они зарождаются, вызывают агрегацию белков, которые организм использует для подавления рака. "Это похоже на то, что происходит в мозге при неврологических расстройствах, хотя это очень разные заболевания," Коломейский сказал.
По словам Векилова, механизм p53, описанный в Proceedings of the National Academy of Sciences, может быть аналогичен тем, которые образуют функциональные и патологические твердые тела, такие как канальцы, волокна, серповидноклеточные полимеры, амилоиды и кристаллы.
Исследователи из UH объединили трехмерные конфокальные изображения клеток рака груди, полученные в лаборатории химического и биомолекулярного инженера Навина Варадараджана, со светорассеянием и оптической микроскопией растворов очищенного белка, выполненными в лаборатории Векилова.
Микрофотографии образования кластеров и фибрилл, полученные с помощью просвечивающей электронной микроскопии, предоставленные Майклом Шерманом из Медицинского отделения Техасского университета в Галвестоне (UTMB), подтвердили основной результат исследования, как и молекулярное моделирование, выполненное группой Коломейского
Все подтвердили, что мутант p53, известный как R248Q, проходит двухэтапный процесс с образованием мезоскопических конденсатов. По словам Векилова, понимание механизма может дать представление о лечении различных видов рака, которые влияют на р53 или связанные с ним сигнальные пути.
По его словам, в нормальных клеточных условиях концентрация p53 относительно низкая, поэтому вероятность агрегации невысока. Но когда присутствует мутировавший p53, вероятность увеличивается.
"Эксперименты показывают, что размер этих кластеров не зависит от концентрации p53," Коломейский сказал. "Мутировавший p53 будет даже включать нормальный p53 в свои агрегаты. Это одна из причин явления, известного как потеря функции."
По мнению исследователей, если присутствует даже небольшая относительная доля мутанта, этого достаточно, чтобы убить или снизить способность нормального р53 дикого типа бороться с раком.
Моделирование Райса показало, что нормальные белки p53 компактны и легко связываются с ДНК. "Но у мутантов более открытая конформация, которая позволяет им взаимодействовать с другими белками и дает им более высокую тенденцию к образованию конденсата," Коломейский сказал. "Возможно, что будущие противораковые препараты будут нацелены на мутанты таким образом, чтобы подавлять образование этих агрегатов и позволять р53 дикого типа выполнять свою работу."