ص53

ينظم البروتين p53 تقدم دورة الخلية، وموت الخلايا المبرمج ، واستقرار الجينوم من خلال آليات متعددة:

• ينشط بروتينات إصلاح الحمض النووي استجابة لتلف الحمض النووي، ^{[ 31 ]} مما يشير إلى دور محتمل في الشيخوخة . ^{[ 32 ]}
• يوقف دورة الخلية عند نقطة التفتيش G1/S عند تلف الحمض النووي، مما يتيح الوقت للإصلاح قبل التقدم.
• يبدأ عملية موت الخلايا المبرمج إذا كان الضرر غير قابل للإصلاح.
• ضروري لاستجابة الشيخوخة التي تحفزها التيلوميرات القصيرة .

يعمل البروتين p53 كعامل نسخ من خلال الارتباط بالحمض النووي على شكل رباعي، وهو تركيب ضروري لاستقراره وفعالية ارتباطه بالحمض النووي. ^{[ 33 ]} بمجرد ارتباطه بالحمض النووي، يحفز p53 نسخ العديد من الجينات المشاركة في مسارات إصلاح الحمض النووي. يشمل ذلك مكونات إصلاح استئصال القاعدة (BER) مثل OGG1 وMUTYH، وعوامل إصلاح استئصال النوكليوتيدات (NER) مثل DDB2 وXPC، وجينات إصلاح عدم التطابق (MMR) مثل MSH2 وMLH1، وعناصر إصلاح إعادة التركيب المتماثل (HR) وإصلاح الربط غير المتماثل للنهايات (NHEJ). ^{[ 34 ] [ 35 ]} تُعد هذه الاستجابات النسخية حاسمة لاستجابة تلف الحمض النووي (DDR)، مما يسمح للخلايا بإصلاح الحمض النووي التالف بكفاءة والحفاظ على سلامة الجينوم. على الرغم من أن دور البروتين p53 محدد بشكل واضح في التنشيط النسخي لجينات الإصلاح، إلا أنه يشارك أيضًا في التنظيم غير النسخي لعمليات إصلاح الحمض النووي، وخاصة في إصلاح الحمض النووي المتماثل (HR) وإصلاح الحمض النووي غير المتماثل (NHEJ)، وذلك من خلال تعديل تفاعلات البروتين وإمكانية الوصول إلى الكروماتين. ^{[ 34 ] [ 36 ]}

يرتبط البروتين p53 بعناصر محددة في مُحفِّز الجينات المستهدفة، بما في ذلك جين CDKN1A الذي يُشفِّر البروتين p21 . ^{[ 33 ] [ 37 ]} عند تنشيطه بواسطة p53، يُثبِّط p21 الكينازات المعتمدة على السيكلين ، مما يؤدي إلى توقف دورة الخلية ويُساهم في كبح نمو الأورام . ^{[ 33 ] [ 38 ]} مع ذلك، يُمكن أيضًا تحفيز p21 بشكل مستقل عن p53 خلال عمليات مثل التمايز والنمو، واستجابةً لتحفيز المصل. ^{[ 37 ]}

يرتبط البروتين p21 (WAF1) بمركبات السيكلين- CDK (وخاصةً CDK2 و CDK1 و CDK4 و CDK6 )، مما يثبط نشاطها ويمنع الانتقال من طور G1 إلى طور S. [ ^{39 ] [ 40 ] يُؤدي} هذا التثبيط إلى توقف دورة الخلية مؤقتًا، مما يسمح بإصلاح الحمض النووي. في الخلايا التي تحتوي على p53 وظيفي، يزداد مستوى p21 استجابةً لتلف الحمض النووي، مما يضمن التحكم في نقطة التفتيش هذه. في المقابل، تُضعف طفرات p53 تحفيز p21 وتُخل بهذا التحكم. ^{[ 33 ]}

في الخلايا الجذعية الجنينية البشرية ، على الرغم من ارتفاع مستوى mRNA الخاص بـ p21 بعد تلف الحمض النووي، إلا أن البروتين نفسه لا يُرصد. وهذا يعكس خللًا في محور p53-p21 عند نقطة التفتيش G1/S. ^{[ 41 ]} ويعود هذا التناقض في معظمه إلى كبت ما بعد النسخ، لا سيما بواسطة عائلة miR-302 من الحمض النووي الريبوزي الميكروي، التي تثبط ترجمة p21. ^{[ 42 ]} وعلى الرغم من أن p53 يرتبط بمحفز CDKN1A في الخلايا الجذعية الجنينية البشرية، إلا أنه لا ينظم miR-302، الذي يُعبر عنه بشكل دائم ويُثبط التعبير عن p21. ^{[ 42 ] [ 41 ]}

يرتبط مسار p53 بمسار RB1 عبر p14^ARF، الذي يربط تنظيم هذه الجينات الرئيسية الكابتة للأورام. ^{[ 43 ]}

يمكن تحفيز التعبير عن البروتين p53 بواسطة الأشعة فوق البنفسجية ، التي تُسبب بدورها تلف الحمض النووي. في هذا السياق، يُمكن أن يُؤدي تنشيط p53 إلى بدء عمليات تُفضي إلى إنتاج الميلانين واكتساب السمرة . ^{[ 44 ] [ 45 ]}

تلعب مستويات البروتين p53 دورًا مهمًا في الحفاظ على الخلايا الجذعية طوال فترة النمو وبقية حياة الإنسان. ^{[ 46 ]}

في الخلايا الجذعية الجنينية البشرية ، يُحافظ على مستوى منخفض من البروتين p53 غير النشط. ^{[ 47 ]} ويعود ذلك إلى أن تنشيط p53 يؤدي إلى تمايز سريع لهذه الخلايا. ^{[ 48 ]} وقد أظهرت الدراسات أن تعطيل جين p53 يؤخر التمايز، وأن إضافة p53 تُسبب تمايزًا تلقائيًا، مما يُبين كيف يُعزز p53 تمايز الخلايا الجذعية الجنينية البشرية ويلعب دورًا محوريًا في دورة الخلية كمنظم للتمايز. عندما يستقر p53 ويُنشط في هذه الخلايا، فإنه يزيد من مستوى p21 لإطالة طور G1. ويؤدي هذا عادةً إلى إلغاء دخول طور S، مما يُوقف دورة الخلية في طور G1، وبالتالي التمايز. ومع ذلك، فقد أظهرت دراسات حديثة أُجريت على الخلايا الجذعية الجنينية للفئران أن التعبير عن p53 لا يؤدي بالضرورة إلى التمايز. ^{[ 49 ]} يقوم البروتين p53 أيضًا بتنشيط miR-34a و miR-145 ، اللذين يقومان بدورهما بتثبيط عوامل تعدد القدرات في الخلايا الجذعية الجنينية البشرية، مما يؤدي إلى تحفيز التمايز بشكل أكبر. ^{[ 47 ]}

في الخلايا الجذعية البالغة، يُعد تنظيم البروتين p53 ضروريًا للحفاظ على خصائص الخلايا الجذعية في بيئاتها المتخصصة . تؤثر الإشارات الميكانيكية، مثل نقص الأكسجين، على مستويات p53 في هذه الخلايا المتخصصة عبر عوامل تحفيز نقص الأكسجين ، HIF-1α و HIF-2α . فبينما يُثبّت HIF-1α البروتين p53، يُثبّطه HIF-2α. ^{[ 50 ]} يلعب تثبيط p53 أدوارًا مهمة في النمط الظاهري للخلايا الجذعية السرطانية، والخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات، وغيرها من أدوار وسلوكيات الخلايا الجذعية، مثل تكوين البرعم. وقد أظهرت الدراسات أن الخلايا ذات المستويات المنخفضة من p53 تُعاد برمجتها إلى خلايا جذعية بكفاءة أعلى بكثير من الخلايا الطبيعية. ^{[ 51 ] [ 52 ]} تشير الأبحاث إلى أن غياب توقف دورة الخلية والاستماتة الخلوية يمنح المزيد من الخلايا فرصة لإعادة البرمجة. كما تبين أن انخفاض مستويات p53 يُعد جانبًا حاسمًا في تكوين البرعم في أرجل السلمندر. ^{[ 53 ]} يُعد تنظيم البروتين p53 بالغ الأهمية في العمل كحاجز بين الخلايا الجذعية وحالة الخلايا الجذعية المتمايزة، وكذلك كحاجز بين كون الخلايا الجذعية وظيفية وكونها سرطانية. ^{[ 54 ]}

إلى جانب التأثيرات الخلوية والجزيئية المذكورة أعلاه، يمتلك البروتين p53 تأثيرًا مضادًا للسرطان على مستوى الأنسجة، وذلك عن طريق تثبيط تكوين الأوعية الدموية . ^{[ 55 ]} مع نمو الأورام، فإنها تحتاج إلى تكوين أوعية دموية جديدة لتغذيتها، ويُثبط البروتين p53 هذه العملية من خلال: (أ) التدخل في مُنظمات نقص الأكسجين في الورم التي تؤثر أيضًا على تكوين الأوعية الدموية، مثل HIF1 وHIF2، (ب) تثبيط إنتاج عوامل تحفيز تكوين الأوعية الدموية، و(ج) زيادة إنتاج مثبطات تكوين الأوعية الدموية بشكل مباشر، مثل الأريستين . ^{[ 56 ] [ 57 ]}

ثبت أن البروتين p53، من خلال تنظيم عامل تثبيط اللوكيميا، يسهل عملية انغراس البويضة المخصبة في الفئران، وربما في التكاثر البشري أيضاً. ^{[ 58 ]}

تشمل الاستجابة المناعية للعدوى أيضًا البروتين p53 وعامل النسخ NF-κB . وتُثبَّط بعض أنواع العدوى، مثل بكتيريا الميكوبلازما ، التحكم في نقاط التفتيش لدورة الخلية والاستماتة الخلوية بواسطة البروتين p53، ^{[ 59 ]} مما يُثير شبح العدوى السرطانية .

في الظروف الطبيعية غير المُجهدة، يُحافظ على مستوى منخفض من البروتين p53 من خلال التحلل المستمر بواسطة إنزيم E3 يوبيكويتين ليغاز MDM2 (HDM2 في البشر). ^{[ 60 ]} يرتبط MDM2 بالبروتين p53، ويُخرجه من النواة، ويُوجهه للتحلل البروتيني بواسطة البروتيازوم . والجدير بالذكر أن p53 يُنشط نسخ MDM2 ، مما يُنشئ حلقة تغذية راجعة سلبية كلاسيكية .

تُؤدي حلقة التغذية الراجعة هذه إلى تذبذبات مُخمّدة في مستويات البروتين p53، كما هو مُثبت تجريبياً ^{[ 61 ]} وفي النماذج الرياضية ^{[ 62 ] [ 63 ]} . قد تُحدد هذه التذبذبات مصير الخلية بين البقاء والموت المبرمج ^{[ 64 ] .}

يتم تنشيط البروتين p53 استجابةً لمجموعة من عوامل الإجهاد الخلوي، بما في ذلك تلف الحمض النووي (على سبيل المثال من الأشعة فوق البنفسجية أو الإشعاع المؤين )، والصدمة الأسموزية ، ونقص الريبونوكليوتيدات، وتنشيط الجينات الورمية ، وبعض العدوى الفيروسية. ^{[ 65 ] [ 66 ]}

يتضمن التنشيط تثبيت بروتين p53، مما يؤدي إلى تراكمه في النواة، وتغييرات تنظيمية تُعزز ارتباطه بالحمض النووي DNA بتسلسل محدد وتنشيط نسخ الجينات المستهدفة. ^{[ 66 ] [ 67 ]} تبدأ هذه العمليات جزئيًا بفسفرة بقايا الأحماض الأمينية في نطاق التنشيط الطرفي N بواسطة كينازات مُنشطة بالإجهاد . ^{[ 66 ] [ 67 ]} يمكن أن تُقلل فسفرة مواقع داخل منطقة ارتباط Mdm2 (مثل Ser20) من ارتباطه بـ MDM2 ، وبالتالي تُقلل من تحلل p53 بوساطة اليوبيكويتين. ^{[ 68 ] [ 69 ]}

يمكن تقسيم الكينازات التي تنظم فسفرة البروتين p53 إلى مجموعتين رئيسيتين. تضم المجموعة الأولى أعضاء مسارات MAPK ، بما في ذلك JNK1-3 وERK1/2 وp38 MAPK، والتي يتم تنشيطها بواسطة ضغوط خلوية متنوعة مثل الإجهاد التأكسدي والصدمة الحرارية. ^{[ 70 ]} أما المجموعة الثانية فتضم كينازات الاستجابة لتلف الحمض النووي ، بما في ذلك ATM و ATR و DNA-PK ، بالإضافة إلى كينازات نقاط التفتيش اللاحقة مثل CHK1 و CHK2 ، والتي يتم تنشيطها بواسطة تلف الحمض النووي وإجهاد التضاعف، وتساهم في تنظيم p53 من خلال الإشارات المعتمدة على الفسفرة. ^{[ 71 ] [ 72 ]}

تشمل الكينازات الإضافية المتورطة في فسفرة p53 كيناز تنشيط CDK (CAK؛ CDK7-سيكلين H-MAT1)، والذي ثبت أنه يفسفر p53 (على سبيل المثال عند Ser33) في المختبر وفي الجسم الحي، ^{[ 73 ]} و TP53RK (PRPK)، والذي تم الإبلاغ عنه أنه يفسفر p53 عند Ser15. ^{[ 74 ]}

يمكن أن يحدث تنشيط p53 الناتج عن الجينات الورمية أيضًا عبر p14ARF (ARF)، الذي يثبط مضاد p53 MDM2 وبالتالي يعمل على تثبيت p53. ^{[ 75 ] [ 76 ]}

تُعدّل العديد من إنزيمات إزالة اليوبيكويتين (DUBs) استقرار البروتين p53 عن طريق إزالة سلاسل اليوبيكويتين. يستطيع إنزيم USP7 ، المعروف أيضًا باسم HAUSP، إزالة اليوبيكويتين من كلٍّ من p53 وMDM2. في الخلايا غير المُجهدة، يُفضّل HAUSP تثبيت MDM2، وقد يؤدي استنفاده، على نحوٍ مُفارِق، إلى زيادة مستويات p53. يُعدّ USP42 إنزيمًا آخر من إنزيمات إزالة اليوبيكويتين التي تُثبّت p53 وتُعزّز قدرته على الاستجابة للإجهاد. ^{[ 77 ]} يعمل USP10 بشكلٍ أساسي في السيتوبلازم، حيث يُعاكس MDM2 عن طريق إزالة اليوبيكويتين من p53 مُباشرةً. بعد تلف الحمض النووي، ينتقل USP10 إلى النواة ويُزيد من تثبيت p53. وهو لا يتفاعل مع MDM2. ^{[ 78 ]}

لا يمنع فسفرة الطرف الأميني ارتباط MDM2 فحسب، بل يُسهّل أيضًا استقطاب العوامل المساعدة. يُعزز Pin1 التغيرات البنيوية في p53، بينما يُؤَسْتِل كلٌ من p300 و PCAF الطرف الكربوكسيلي ، كاشفًا نطاق ارتباط الحمض النووي ومُعززًا التنشيط النسخي. في المقابل، تُزيل إنزيمات نزع الأسيتيل، مثل Sirt1 و Sirt7 ، هذه التعديلات، مُثبِّطةً موت الخلايا المبرمج ومُعززةً بقاءها. ^{[ 79 ]} كما يُمكن لبعض الجينات الورمية تنشيط p53 بشكل غير مباشر عن طريق تثبيط MDM2. ^{[ 80 ]}

تشير كل من الأدلة التجريبية والنمذجة الرياضية إلى أن مستويات البروتين p53 تتذبذب بمرور الوقت استجابةً للإشارات الخلوية. وتزداد هذه التذبذبات وضوحًا في وجود تلف في الحمض النووي ، مثل انقطاعات السلسلة المزدوجة أو التعرض للأشعة فوق البنفسجية. كما تساعد أساليب النمذجة في توضيح كيفية تأثير الطفرات في نظائر البروتين p53 على سلوك التذبذب، مما قد يُسهم في تطوير علاجات خاصة بالأنسجة . ^{[ 81 ] [ 82 ] [ 62 ]}

تتأثر وظيفة البروتين p53 أيضًا ببيئة الكروماتين . يعمل البروتين الكابت TRIM24 على تقييد ارتباط p53 بالمواقع الجينية المكبوتة فوق الجينية من خلال التعرف على الهيستونات الميثيلية. يُمكّن هذا التفاعل p53 من فهم سياق الكروماتين المحلي وتنظيم التعبير الجيني بطريقة خاصة بكل موقع جيني. ^{[ 83 ] [ 84 ]}

يتم الكشف عن معظم طفرات p53 عن طريق تسلسل الحمض النووي. ومع ذلك، من المعروف أن الطفرات الفردية غير المترادفة يمكن أن يكون لها طيف واسع من التأثيرات الوظيفية، من تأثيرات طفيفة إلى تأثيرات شديدة للغاية. ^{[ 82 ]}

يُعزى التنوع الكبير في أنماط السرطان الناتجة عن طفرات في جين TP53 إلى حقيقة أن الأشكال المتغايرة المختلفة لبروتينات p53 تمتلك آليات خلوية مختلفة للوقاية من السرطان. إذ يمكن أن تُؤدي الطفرات في TP53 إلى ظهور أشكال متغايرة مختلفة، مما يُعيق وظيفتها في آليات خلوية مُختلفة، وبالتالي يُوسّع نطاق أعراض السرطان من خفيفة إلى شديدة. تُشير الدراسات الحديثة إلى أن أشكال p53 المتغايرة تُعبّر عنها بشكل مُختلف في أنسجة بشرية مُختلفة، وأن طفرات فقدان الوظيفة أو اكتسابها ضمن هذه الأشكال المتغايرة يُمكن أن تُسبب سرطانًا خاصًا بالأنسجة أو تُوفر إمكانية الخلايا الجذعية السرطانية في أنسجة مُختلفة. ^{[ 11 ] [ 30 ] [ 89 ] [ 90 ]} كما تُؤثر طفرة TP53 على استقلاب الطاقة وتزيد من تحلل الجلوكوز في خلايا سرطان الثدي. ^{[ 91 ]}

رغم أن زيادة مستويات البروتين p53 قد تبدو مفيدة في علاج السرطان، إلا أن تنشيطه المستمر قد يُسبب الشيخوخة المبكرة. ^{[ 101 ]} يتمثل النهج الأكثر جدوى في استعادة وظيفة البروتين p53 الطبيعية الداخلية . في بعض أنواع الأورام، يؤدي ذلك إلى انحسار الورم عبر موت الخلايا المبرمج أو تطبيع نمو الخلايا. ^{[ 102 ] [ 103 ]}

تمت الموافقة على أول علاج جيني تجاري، وهو جينديسين ، في الصين عام 2003 لعلاج سرطان الخلايا الحرشفية في الرأس والرقبة . ويقوم هذا العلاج بإيصال نسخة وظيفية من جين TP53 باستخدام فيروس غدي معدل . ^{[ 104 ]}

يمكن للمثبط الجزيئي الصغير MI-63 أن يرتبط بـ MDM2 ، مما يمنع تفاعله مع p53 ويعيد تنشيط p53 في أنواع السرطان التي يتم فيها تثبيط وظيفته. ^{[ 105 ]}

يخضع مُنشِّط البروتين p53، ريزاتابوبت، لتجارب سريرية على مرضى تُظهر أورامهم طفرة Y220C الشائعة في البروتين p53، ويعيد فعالية مكافحة السرطان للبروتين المتحور. ^{[ 106 ]}