p53 – nadzieja w leczeniu raka.

Białko p53 zostało odkryte w 1979 niezależnie od siebie przez trzech naukowców 1)Soussi T.
The history of p53: A perfect example of the drawbacks of scientific paradigms.
EMBO Reports. 2010;11(11):822-826. doi:10.1038/embor.2010.159.
. W roku 1989 odkryto powiązanie pomiędzy mutacją p53 i powstawaniem nowotworów. Dla wielu lekarzy i chorych było to nadzieją na odkrycie leku lub przynajmniej skutecznej terapii na raka.

Większość komórek w naszym organizmie produkuje białko p53. Gen który je koduje (TP-53) zaliczany jest do genów supresorowych (anty-onkogenów) – czyli do takich które hamują powstanie nowotworu.
p53 produkowane jest w zasadzie nieustannie w naszych komórkach (oraz w komórkach wszystkich kręgowców 2)Swiss Institute of Bioinformatics (SIB)
PROSITE documentation PDOC00301.
). Jego ilość w komórce nie zawsze utrzymuje się jednak na stałym poziomie. W komórkach rosnących i dzielących się oraz w znacznej części komórek nowotworowych stężenie p53 jest możliwe do oznaczenia. W zdrowych, “dorosłych” komórkach, nazywanych czasem odpoczywającymi stężenie p53 jest bliskie zera. Fakt, iż białko p53 jest praktycznie nieustannie produkowane związany jest ściśle z jego funkcją “strażnika genów”.

Funkcja p53 w komórce

Zdrowe komórki

W zdrowych komórkach p53 nie pełni żadnej istotnej funkcji i jest bardzo niestabilne. Mimo to jest nieustannie produkowane. Zaraz po opuszczeniu jądra komórkowego p53 łączy się z innym białkiem (MDM2). MDM2 oznacza je poprzez ubikwitynację do zniszczenia w proteasomie. Ze względu na ten fenomen p53 w zdrowej komórce ma bardzo krótki czas “życia”. p53 odgrywa natomiast kluczową rolę w komórkach z uszkodzonym materiałem genetycznym.

Komórki z uszkodzonym DNA

p53 mechanizm działania
p53 mechanizm działania
Źródło: Opracowanie własne

Uszkodzenie informacji DNA może być dla pojedynczej komórki i dla całego organizmu katastrofalne w skutkach. Znanych jest bardzo wiele czynników które są w stanie uszkodzić DNA. Najważniejsze to promieniowanie jonizujące, promieniowanie UV, toksyny, wolne rodniki oraz inne czynniki chemiczne, fizyczne i biologiczne. Często komórka jest w stanie naprawić takie uszkodzenia lecz nie jest to dla niej priorytetem. Dużo ważniejsze jest, aby uszkodzone DNA nie zostało przekazane komórce potomnej dlatego każda komórka posiada wyspecjalizowane mechanizmy które temu zapobiegają. p53 odgrywa w tych procesach niebywale ważną rolę. p53 pełni funkcję strażnika genomu i dlatego reaguje natychmiast po uszkodzeniu DNA. W chwili uszkodzenia DNA białko p53 jest fosforyzowane a przez to staje się aktywne. Aktywowane białko p53 jest czynnikiem transkrypcyjnym dlatego wpływa na transkrypcje różnych genów, a przez to przyspiesza syntezę białek. Są to przede wszystkim:

  • p21
  • GADD45
  • białka z rodziny BCL2 (np. BAX)

W mocno uszkodzonych komórkach p53 wywołuje ich śmierć.

p21 oraz GADD45 zatrzymują cykl komórkowy i nie pozwalają komórce na dalsze podziały, co daje komórce więcej czasu na naprawę DNA. Jeżeli próba naprawienia materiału genetycznego przebiegnie pomyślnie to koncentracja p53 automatycznie maleje. Komórka może kontynuować podziały.  Jeżeli jednak uszkodzenia DNA są zbyt duże, żeby komórka mogła je naprawić to p53 pozostaje aktywne. Podobnie dzieje się w przypadku kiedy komórka nie posiada odpowiedniego mechanizmu naprawczego. W konsekwencji w dalszym ciągu produkuje ona p53 co prowadzi do wzrostu ilości białek z rodziny BCL2. Proteiny te są odpowiedzialne za apoptozę czyli kontrolowaną śmierć komórki. W przypadku uszkodzeń DNA śmierć komórki jest prawdopodobnie jednym z najlepszych rozwiązań aby uniknąć przekazania uszkodzonego. Apoptoza jest ponadto procesem regulowanym dlatego w jej przypadku w organizmie nie dochodzi to reakcji zapalnej (do której dochodzi zawsze w procesie nekrozy).


Mutacja genu TP53

Gen TP53 koduje białko p53 które jest kluczowym białkiem które chroni przed nadmiernym podziałem uszkodzonych komórek.
A zatem mutacja genu TP53 niesie za sobą nieprawidłowe funkcjonowanie lub całkowite wstrzymanie funkcjonowania proteiny p53. Taka sytuacja może być w konsekwencji bardzo niebezpieczna.
Za utratę funkcji proteiny p53 są odpowiadają głównie mutacje punktowe w genie TP53, które powodują między innymi zanik kontroli nad poprawnością struktury DNA. Podziały komórek z uszkodzonym materiałem genetycznym nie są hamowane. Ponadto komórki z niefunkcjonującym p53 nie produkują nie tylko p21 ale również BAX a więc naturalny mechanizm śmierci komórki zostaje zatrzymany.

Nowotwory powiązane z mutacją TP53 

Mutacje białka p53 występują nawet w 50% wszystkich nowotworów.

Naukowcy zakładają, że mutacje genu TP53 występują w ponad 50% wszystkich nowotworów przy czym odsetek ten jest bardzo różny w zależności od typu nowotworu.
W badaniach przeprowadzonych w tym roku wykazano obecność mutacji TP53 w 48% przypadków raka jelita grubego, 36% przypadków niedrobnokomórkowego raka płuc oraz w 24% przypadków glejaka 3)Zahra Shajani-Yi, Francine B. de Abreu, Jason D. Peterson, Gregory J. Tsongalis,
Frequency of Somatic TP53 Mutations in Combination with Known Pathogenic Mutations in Colon Adenocarcinoma, Non–Small Cell Lung Carcinoma, and Gliomas as Identified by Next-Generation Sequencing,
NeoplasiaVolume 20, Issue 3, 2018, Pages 256-262, ISSN 1476-5586
.
W 2010 zbadano obecność mutacji TP53 w komórkach nowotworu prostaty. Znajdowała się ona w 30% próbek4)Ecke TH, Schlechte HH, Schiemenz K, Sachs MD, Lenk SV, Rudolph BD, Loening SA.
TP53 gene mutations in prostate cancer progression.
Anticancer Res. 2010 May;30(5):1579-86. PMID:20592345
.
W przypadku nowotworu płuc mutację obserwuje się u 50-70% pacjentów 5)Chiappori, A. A., Soliman, H., Janssen, W. E., Antonia, S. J. & Gabrilovich, D. I.
INGN-225: a dendritic cell-based p53 vaccine (Ad.p53-DC) in small cell lung cancer: observed association between immune response and enhanced chemotherapy effect.
Expert Opin Biol Ther 10, 983–991, doi: 10.1517/14712598.2010.484801 (2010).

Mutację genu można również odziedziczyć. W przypadku pacjentów cierpiących na zespół Li-Fraumeni, w przebiegu którego dochodzi do powstawania różnych nowotworów mutacje w TP53 występują w 70% przypadków. 6) Varley u. a.:
Germ-line mutations of TP53 in Li-Fraumeni families: an extended study of 39 families. 
Cancer Res 1997;57, S. 3245–3252 PMID 9242456.

p53 w terapii nowotworów

Badacze zakładali już od dawna, że aby móc zatrzymać rozwój wielu nowotworów wystarczy zaledwie przywrócić funkcję proteiny p53. Możliwe jest to na bardzo wiele sposobów 7)Lane, David P., Chit Fang Cheok, and Sonia Lain.
“p53-Based Cancer Therapy.”
Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2.9 (2010): a001222. PMC. Web. 18 Oct. 2018.
przy czym największe znaczenie mają obecnie:

  • wild-type-restoration
  • wild-type-TP53 vectors

Wild-type-restoration

Metoda ta polega na zastosowaniu substancji chemicznych (leków) które tak zmienią strukturę wadliwego białka, że odzyska ono swoją pierwotną funkcję.
P53 składa się z 393 aminokwasów a nawet mutacja powodująca zamianę jednego z nich może spowodować utratę funkcji. Ten fakt bardzo komplikuje możliwości terapeutyczne. Na szczęście schemat mutacji często się powtarza, co oznacza, że konkretny nowotwór często powiązany jest z konkretną mutacją. Do tej pory odkryto wiele substancji chemicznych które przywracają prawidłową funkcję proteiny p53. Ze względu na ich skomplikowane nazwy w pracach naukowych używa się skrótów. Przykłady substancji nad którymi trwają badania to8)Michael J. Duffy, Naoise C. Synnott, John Crown,
Mutant p53 as a target for cancer treatment.
European Journal of Cancer, Volume 83, 2017, Pages 258-265, ISSN 0959-8049,
:

  • PRIMA-I
  • APR-246
  • PK7088
  • PK11000
  • PK11007
  • PK11101
  • COTI-2
  • ZMCI
  • krótkie peptydy: Peptide46, CDB3, ReACp53, pCAP

Największe nadzieje budzi APR-246, związek chemiczny który przywraca zdolność proteiny p53 do wiązania się z DNA9)Qiang Zhang, Vladimir J. N. Bykov, Klas G. Wiman & Joanna Zawacka-Pankau
APR-246 reactivates mutant p53 by targeting cysteines 124 and 277
Cell Death & Diseasevolume 9, Article number: 439 (2018)
.
Pierwsze badania APR-246 na pacjentach wykazały, że 100% z nich zareagowało na leczenie 10) 16 Kwiecień 2018
Aprea Therapeutics Presents Results From Phase Ib/II Clinical Study of APR-246 and Azacitidine (AZA) in Patients withTP53 Mutant Myelodysplastic Syndromes (MDS) at the 2018 American Association of Cancer Research (AACR) Annual Meeting in Chicago
.
Obecnie trwają badania kliniczne nad zastosowaniem APR-246 w nowotworach jajnika, przełyku oraz w zespole mieloplastycznym. Badania nad rakiem jajnika znajdują się obecnie w ostatniej fazie. Postępy w badaniach można śledzić na stronie https://www.aprea.com/pipeline/apr-246


Wild-type-TP53 vectors

Adenowirus ludzki
Adenowirusy wprowadzają gen TP53 do komórek rakowych powodując ich śmierć

Wektory dzikiego typu genu TP53 to drugi, intensywnie badany sposób walki ze zmutowaną proteiną p53. Mechanizm jest w tym przypadku zupełni inny niż opisany powyżej sposób przywrócenia funkcjonalnej formy p53 środkami chemicznymi. Wirusy chorobotwórcze namnażają się w dosyć osobliwy sposób: wprowadzają one do komórki żywiciela materiał genetyczny, który to o z kolei doprowadza do tego, że nasze własne komórki, posługując się instrukcją zapisaną w materiale genetycznym który wirus wprowadził do naszej komórki produkują makromolekuły z których składa się wirus. Takie makromolekuły składają się niejako automatycznie w nowe, potomne wirusy.
Ideą metody wektorów dzikiego typu było stworzenie wirusa który nie zawiera informacji o swojej budowie lecz informacje o budowie białka p53. Zarażenie pacjenta takim wirusem spowodowałoby, że w jego komórkach zacznie być produkowana proteina p53.
Pierwszy wirusowy lek (Gendicine) do walki z nowotworami dopuściły do stosowania Chiny w 2003 roku. Jako wektor zastosowano ludzkiego adenowirusa który po odpowiedniej modyfikacji otrzymał nazwę Adp53.
Doświadczenia z zastosowaniem Gendicine są niesamowicie dobre. Chińscy lekarze twierdzą, że w wyniku zastosowania terapii genowej przy użyciu Gendicine do zatrzymania postępu choroby dochodzi nawet w 100% przypadków a w ponad 60% do całkowitej remisji 11)The Genesis of Gendicine: The Story Behind the First Gene Therapy (statystyki te dotyczą nowotworów wywołanych mutacją w genie TP53 i leczenia połączonego z radioterapią).

Podsumowanie

W dalszym ciągu nie udało się odkryć wspólnego mianownika dla wszystkich nowotworów złośliwych. Wiadomo jednak, że ponad połowa z nich wykazuję mutacje genu TP53. Tym bardziej budujące są wyniki badań które zbliżają nas do upowszechnienia metody terapeutycznej która może wyleczyć wielu pacjentów lub przynajmniej znacznie wydłużyć czas ich życia. Co ciekawe obydwie metody działają niesamowicie szybko (w przepadku trapi genowej mówi się nawet o remisji po tygodniowym leczeniu).
Niestety żadne z opisanych powyżej leków nie są dostępne w Polsce ani nawet w Europie. Pozostaje zatem obserwować rozwój badań i mieć nadzieje, że APR-246 przejdzie testy kliniczne z zadowalającymi wynikami, a Gendicine w niedługim czasie zostanie wprowadzone na rynki europejskie.

Przypisy   [ + ]

1. Soussi T.
The history of p53: A perfect example of the drawbacks of scientific paradigms.
EMBO Reports. 2010;11(11):822-826. doi:10.1038/embor.2010.159.
2. Swiss Institute of Bioinformatics (SIB)
PROSITE documentation PDOC00301.
3. Zahra Shajani-Yi, Francine B. de Abreu, Jason D. Peterson, Gregory J. Tsongalis,
Frequency of Somatic TP53 Mutations in Combination with Known Pathogenic Mutations in Colon Adenocarcinoma, Non–Small Cell Lung Carcinoma, and Gliomas as Identified by Next-Generation Sequencing,
NeoplasiaVolume 20, Issue 3, 2018, Pages 256-262, ISSN 1476-5586
4. Ecke TH, Schlechte HH, Schiemenz K, Sachs MD, Lenk SV, Rudolph BD, Loening SA.
TP53 gene mutations in prostate cancer progression.
Anticancer Res. 2010 May;30(5):1579-86. PMID:20592345
5. Chiappori, A. A., Soliman, H., Janssen, W. E., Antonia, S. J. & Gabrilovich, D. I.
INGN-225: a dendritic cell-based p53 vaccine (Ad.p53-DC) in small cell lung cancer: observed association between immune response and enhanced chemotherapy effect.
Expert Opin Biol Ther 10, 983–991, doi: 10.1517/14712598.2010.484801 (2010).
6.  Varley u. a.:
Germ-line mutations of TP53 in Li-Fraumeni families: an extended study of 39 families. 
Cancer Res 1997;57, S. 3245–3252 PMID 9242456.
7. Lane, David P., Chit Fang Cheok, and Sonia Lain.
“p53-Based Cancer Therapy.”
Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2.9 (2010): a001222. PMC. Web. 18 Oct. 2018.
8. Michael J. Duffy, Naoise C. Synnott, John Crown,
Mutant p53 as a target for cancer treatment.
European Journal of Cancer, Volume 83, 2017, Pages 258-265, ISSN 0959-8049,
9. Qiang Zhang, Vladimir J. N. Bykov, Klas G. Wiman & Joanna Zawacka-Pankau
APR-246 reactivates mutant p53 by targeting cysteines 124 and 277
Cell Death & Diseasevolume 9, Article number: 439 (2018)
10.  16 Kwiecień 2018
Aprea Therapeutics Presents Results From Phase Ib/II Clinical Study of APR-246 and Azacitidine (AZA) in Patients withTP53 Mutant Myelodysplastic Syndromes (MDS) at the 2018 American Association of Cancer Research (AACR) Annual Meeting in Chicago
11. The Genesis of Gendicine: The Story Behind the First Gene Therapy

Dodaj komentarz

avatar
  Subscribe  
Powiadom o