רקע
חלבון p53 הוא פקטור שעתוק הנפוץ בתאים של יצורים רב תאיים. לחלבון זה חשיבות עליונה בהגנת התא במצבים בהם מנגנוני החלוקה של התא נפגעו. במצב רגיל, רמות הp53 בתא נמוכות, אך כאשר התרחשה פגיעה בגנום של התא וכתוצאה מכך התא מתחיל בתהליכי חלוקה לא מבוקרים (מצב הנגרם לדוגמא מחשיפה לקרינה או מחדירה של וירוס), תעלה רמת חלבוני הp53 . החלבון נקשר לאתרי בקרה שונים בגנום ובכך מעודד שעתוק של חלבונים שונים הגורמים לעצירת תהליך החלוקה. במקרים בהם הנזק שנגרם לתא גדול מדי ולא ניתן לתקנו, חלבון הp53 יגרום לעידוד שעתוק של חלבוני אפופטוזיס (תהליך מוות תאי מבוקר).
מבנה
p53 הוא מבנה הומוטטרמרי המורכב מארבעה חלבונים זהים אשר כל אחד מכיל סך הכל 393 חומצות אמינו
בחרנו להציג דווקא את הד.נ.א הקשור לשלוש תת יחידות של החלבון מכיוון שבו אפשר לראות בצורה טובה יותר את הדומיינים השונים כפי שיוצגו בהמשך.
רצף חומצות האמינו יוצר את המבנה השניוני של
סלילי אלפא (בירוק) ומשטחי בטא (בכתום)
לחלבון שבעה אתרים פעילים סך הכל:
1. אתר הפעלת השעתוק 1 (TAD - Trans activation domain) בחומצות האמינו 15-29.
2. אתר הפעלת השעתוק 2 -( Activation Domain 2 ) בחומצות האמינו 43-63
3. אתר עשיר בחומצה האמינית פרולין (ח"א 64-91)
4. קצה הC Terminal של החלבון (ח"א 364-393). אחראי על בקרת התהליכים האפופטוזים בתא.
5. אתר זיהוי המאפשר כניסה לגרעין (NLS) הנמצא בקצה C Terminal של החלבון
6. אזור החיבור בין ארבעת תת היחידות של החלבון במיקום 326-356
7. אתר הקישור לDNA (הנקרא DBD) במיקום 94-292 . באנימציה, מיוצגת כל קבוצת חומצות אמיניות בצבע שונה, ע"פ התכונות המשותפות שלהן והד.נ.א צבוע בשחור.
בעוד כל האתרים הפעילים האלו חיוניים לפעילותו התקינה של p53, אתר הקישור לD.N.A הוא האתר בו מתרחשות מרבית המוטציות שגורמות לאובדן פעילות החלבון ועל כן אתר זה הוא הנחקר ביותר.
מבנה טטרמרי זה הינו מולקולה גמישה, ולכן קשה לחקרו באמצעות קריסטלוגרפיה. האנימציה המצורפת מתארת את שלושת תת היחידות הנחקרות ביותר של החלבון וכוללת את אתר הקשירה לD.N.A. ארבעת תת היחידות מחוברות אחת לשנייה בצורת קובייה, כאשר מולקולת הD.N.A עוברת לאורכה ומכל צד חובקות אותה שתי תת יחידות של החלבון.
בתמונה נראה מבנה הטטרמר של החלבון הקשור לד.נ.א.
D.N.A קישור החלבון ל
על מנת ש p53 ייקשר לD.N.A הוא חייב להיות במבנה דימרי. שתי תתי יחידות של החלבון נקשרות זו לזו ובמבנה זה נקשרות לרצף קישור מסוים על גבי הגנום. מבנה דימרי זה מגביר את האפיניות להיקשרות מבנה דימרי נוסף לD.N.A. כאשר כל ארבעת תת היחידות קשורות זו לזו ולD.N.A החלבון נמצא במצב פעיל וקושר אליו גורמי שעתוק נוספים.
יוני אבץ (Zn+2) מקנים למבנה הטטראמרי של החלבון את יציבותו, ובנוסף הם שותפים בזיהוי רצף הD.N.A ובאקטיביזציה של תהליך השעתוק
בקרה
בתאים תקינים רמות הp53 נשארות נמוכות על ידי בקרה של החלבון HDM2, חלבון זה נקשר לתת היחידה של p53 ומונע ממנה להקשר לתת יחידה נוספת. בנוסף היקשרות הHDM2 מסמנת שיש להוציא את p53 מהגרעין ולפרקו בציטופלזמה. רמות החלבון יעלו כאשר ייווצר מצב של עקה בתא. העקה יכולה להגרם ממספר רב של גורמים כמו: ביטוי בלתי מבוקר של גן מוטנטי, נזק שנגרם לגנום מגורמים כגון קרינה או וירוס, עקת חמצן או לחץ אוסמוטי. במצבים כאלו אנזימי קינאזות מסוגים שונים יזרחנו את קצה ה N-terminal של החלבון ויהפכו אותו לפעיל. חלבון פעיל ותקין ייקשר לגנום ברצפי בקרה מתאימים לו ויגרום לשעתוק של גנים שונים.
פעילות ביולוגית
p53 יכול להפעיל שתי קבוצות שונות של גנים, כל אחת תגרום לתוצאה שונה. קבוצת גנים אחת תגרום לעצירה זמנית של המחזור התא ולהפעלת חלבוני תיקון ואילו במצבים בהם הנזק שנגרם לתא לא ניתן לתיקון תופעל קבוצת גנים האחראים על מנגנון האפופטוזיס, בו יפורקו חלבוני התא, הD.N.A יחתך והתא עצמו יפורק על ידי תאים בולעניים (מקרופאגים).
וסרטן P53
פעילותו הביולוגית בריסון תאים בהם הגנום ניזוק הופכת את חלבון הp53 לאחד החלבונים החשובים במניעת התפתחות גידולים סרטניים. 60% מהגידולים הסרטניים באדם מתרחשים בגלל מוטציה בגן המונעת מחלבון p53 לבצע את פעולתו. המוטציה הנפוצה ביותר בp53 מתרחשת באתר הקישור שלו לD.N.A בחומצה האמינית ארגינין בעמדה 248.
באנימציה מודגשת חומצת האמינו ארגינין בצבע תכלת, והד.נ.א מסומן בכחול.
כאשר הארגנין מוחלפת בחומצה אמינית אחרת לא מתאפשר הקישור בין החלבון ל D.N.A ופעולתו נמנעת.
באנימציה ניתן לראות את מיקום הארגינין ביחס לנוקלאוטידים השונים של הד.נ.א. הבסיס A צבוע באדום, הבסיס T צבוע בירוק, הבסיס C צבוע בשחור והבסיס G צבוע בצהוב.
ב סרטון הבא ניתן לראות כיצד נוצרים תאים סרטניים ומה תפקידם של פקטורי השעתוק במניעת סרטן.
