فصل 4 بخش H4

p53

p53 پروتئین متوقف کننده تومور است ، که همچنین به عنوان نگهبان ژنوم نیز معروف است . این پروتئین نقش های بسیار مهمی را در کنترل چرخه سلولی و آپوپتوزیس ایفا می کند.  p53 معیوب اجازه می دهد تا سلول های غیر عادی تکثیر یابند و منجر به سرطان شوند. تقریبا 50% تومورهای انسانی دارای p53 جهش یافته اند.

در سلول های نرمال ، سطح پروتئین p53 پایین است . آسیب DNA و سیگنال های سایر استرس ها راه انداز افزایش پروتئین های p53 هستند ، که دارای سه عمل اصلی هستند : جلوگیری از رشد ، ترمیم DNA و آپوپتوزیس ( مرگ سلولی ). توقف رشد سلولی ، از پیشروی چرخه سلولی جلوگیری میکند و همانند سازی DNA را نیز متوقف میکند. در طی توقف پیشروی ، p53 ممکن است رونویسی از پروتئین هایی را فعال کند که در عمل ترمیم DNA نقش دارند.  آپوپتوزیس آخرین عمل برای جلوگیری از رشد سلول هایی است که دارای DNA غیر نرمال هستند.

غلظت سلولی p53 باید با دقت تنظیم شود. زمانی این پروتئین می تواند تومور را متوقف کند که مقدار زیاد آن فرآیند aging ( پیر کردن ) را توسط فرآیند آپوپتوزیس با مقدار بسیار زیاد ، شتاب دهد. تنظیم کننده اصلی p53 ، Mdm2 می باشد ، که می تواند سبب کاهش سطح p53 توسط سیستم یوبی کویتین شود.

ژن های هدف

p53 یک فعال کننده رونویسی است که بیان Mdm2 را تنظیم میکند ( این عمل را برای تنظیم خودش انجام می دهد ) ، همچنین این پروتئین ژن های را که در متوقف سازی رشد ، ترمیم DNA و آپوپتوزیس نقش دارند را نیز تنظیم میکند. برخی از نمونه های مهم در زیر لیست شده اند :

1. Growth arrest: p21, Gadd45, and 14-3-3s.
2. DNA repair: p53R2.
3. Apoptosis: Bax, Apaf-1, PUMA and NoxA.

تنظیم p53

همانطور که در بالا اشاره شد ، p53 عمدتا توسط Mdm2 تنظیم می شود. مکانیسم تنظیم در شکل زیر به نمایش درآمده است.

 

شکل 4-H-5 تنظیم p53

( a ) بیان Mdm2 توسط p53 فعال می شود.

( b ) اتصال p53 به Mdm2 سبب راه اندازی کاهش سطح p53 توسط سیستم یوبی کویتین می شود.

( c ) فسفوریلاسیون p53 در Ser15 ، Thr18 و یا Ser20 اتصال آن را با Mdm2 را قطع میکند. در سلول های نرمال این سه رزدیو فسوریله نشده اند و p53 توسط Mdm2 در سطح و سیستم یوبی کویتین در سطح پایینی باقی می ماند.

( d ) آسیب DNA ممکن است پروتئین کینازی  ( مانند  ATM, DNA-PK, or CHK2 ) را برای فسفوریله کردن p53 در یکی از آن سه رزدیو فعال کند ، در نتیجه سطح p53 بالا می رود. زمانی که بیان Mdm2 توسط p53 فعال می شود ، افزایش سطح p53 سبب افزایش Mdm2 می شود ، اما Mdm2 نمی تواند تاثیری بر روی p53 داشته باشد زیرا آن فسفوریله است . پس از این که آسیب DNA ترمیم شد ، کیناز ATM به مدت زیادی فعال نخواهد ماند. p53 به سرعت دفسوریله می شود و توسط Mdm2 انباشته شده تخریب می شود.

نقش p53

نقش p53 در متوقف سازی رشد و آپوپتوزیس در شکل 4-H-6 نشان داده شده است.همچنین  p53 به صورت مستقیم در ترمیم DNA نقش دارد. یکی از ژن های هدف رونویسی آن (p53R2 ) ریبونوکلئوتید رداکتاز را رمز گذاری می کند ، که برای همانند سازی و ترمیم DNA بسیار مهم است. همچنین p53 مستقیما با AP اندونوکلئاز و DNA پلیمراز در ارتباط است که هر دو در ترمیم شکافت بازی نفش دارند.

 

شکل 4-H-6 نقش p53 در توقف رشد و آپوپتوزیس

( a ) پیشرفت فرآیند چرخه سلولی به سمت فاز S محتاج به آنزیم Cdk2 می باشد ، که این آنزیم می تواند توسط p21 متوقف شود. پیشرفت فرآیند به فاز M نیاز به Cdc2 دارد که توسط p21 ، GADD45 و یا 14-3-3s  میتواند متوقف شود. p53 بیان این پروتئین های بازدارنده  را تنظیم می کند تا  توقف رشد را القاء کند.

( b ) آپوپتوزیس می تواند توسط اتصال کاسپاز 9 به سیتوکروم c و Apaf1 القاء یابد. p53 بیان Apaf1 و Bax را فعال میکند ، سپس دومی می تواند سبب آزاد سازی سیتوکروم c از میتوکندری شود. ( میتوکندری ، آپوپتوزیس و aging را ببینید) .

 

Review Articles:

p53�Mdm2�the affair that never ends - Carcinogenesis, 2002.

Cell cycle checkpoint signaling through the ATM and ATR kinases - Genes and Development, 2001.

p53 from complexity to simplicity: mutant p53 stabilization, gain-of-function, and dominant-negative effect - FASEB J., 2000.

p53 protein at the hub of cellular DNA damage response pathways through sequence-specific and non-sequence-specific DNA binding - Carcinogenesis, 2001.

فصل 4 بخش H3

تنظیم NF-kB

 فاکتور هسته ای( kB   (NF-kB  ، فاکتور رونویسی یوبی کیتونی است که کنترل بیان ژن هایی را برعهده دارد که آن ها مسئول پاسخ ایمنی ، آپوپتوزیز و چرخه سلولی می باشند. تنظیم اشتباه فاکتور NF-kB ممکن است سبب بیماری های خود ایمنی ، عفونت ویروسی و سرطان شود. پنج عضو خانواده NF-kB در پستانداران شناخته شده اند :

• NF-kB1 (also called p50)
• NF-kB2 (also named p52)
• RelA (also known as p65
• RelB
• c-Rel

هرکدام از آن ها دارای دامین همسان ( homology ) بسیار حفاظت شده Rel هستند که مسئول دایمریزاسیون و اتصال آن ها به DNA و IkB (inhibitor of NF-kB)  می باشد. فاکتور رونوسی NF-kB تنها زمانی فعال است که دو عضو یک دایمر را تشکیل دهند. فرم بسیار فعال اغلب شامل p50 یا p52 و زیر واحد p65 می باشد.

شکل 4-H-3. ساختار کمپلکس NF-kB/DNA . فاکتور رونویسی NF-kB شامل دو زیر واحدp50  ( سبز رنگ ) و p65  ( قرمز رنگ ) می شود.

NF-kB می تواند توسط عوامل مختلفی از جمله سیتوکین ها ( مثل TNF-a and IL-1 ) ، میتوژن های سلول  T و B ، پروتئین های ویروسی و القاء کننده های استرس ( مانند اکسیژن واکنش پذیر و یا اشعه UV ) فعال شود. در سیتوپلاسم  NF-kBتوسط IkB  القاء می شود. سیگنال فعال کننده  Upstream ( برای مثال اتصال TNF-a به رسپتور ) سبب فسفورسیلاسیون IkB توسط ( IKK (IkB kinase  شود. این عمل سبب راه اندازی کاهش میزان IkB در سیستم یوبی کویتین می شود . در این سیستم مولکول هدف توسط رشته ای از یوبی کویتین پوشیده می شود و توسط پروتوزوم 26S کاهش می یابد. NF-kB آزاد می تواند درون هسته جای بگیرد و رونویسی را فعال کند.

Review Articles:

New Insights into the Role of Nuclear Factor-kB in Cell Growth Regulation - Am J. Pathol., 2001.

NF-kB signaling pathways in mammalian and insect innate immunity - Genes and Development, 2001.

Series from Journal of Clinical Investigation (2001)

Series Introduction: The transcription factor NF-kB and human disease

NF-kB: a key role in inflammatory diseases

Toll-like receptor�mediated NF-kB activation: a phylogenetically conserved paradigm in innate immunity

Therapeutic potential of inhibition of the NF-kB pathway in the treatment of inflammation and cancer

Hostile takeovers: viral appropriation of the NF-kB pathway

Control of oncogenesis and cancer therapy resistance by the transcription factor NF-kB

NF-kB in neuronal plasticity and neurodegenerative disorders

NF-kB: pivotal mediator or innocent bystander in atherogenesis?

A ubiquitin ligase complex essential for the NF-kB, Wnt/Wingless, and Hedgehog signaling pathways - Genes and Development, 1999.

The Beginning of the End: IkB Kinase (IKK) and NF-kB Activation - J. Biol. Chem., 1999.

 

فصل 4 بخش H2

تنظیم رپرسور لامبدا ( cI )

چرخه زندگی فاژ لامبدا توسط پروتئین های  cI و Cro تنظیم می شود. اگر پروتئین های cI غالب باشد ، فاژ لامبدا در حالت لیزوژنیک باقی می ماند اما اگر پروتئین های Cro غالب باشند وارد چرخه لیتیک می شود. رونویسی از دو پروتئین ، توسط خود پروتئین cI ( رپرسور لامبدا ) انجام می گیرد.

 

شکل 4-H-2 . تنظیم رونویسی پروتئین های cI و Cro توسط cI انجام می گیرد. دایمر cI ممکن است به یکی از سه اپراتور به ترتیب O_R1 > O_R2 > O_R3 متصل شود. اتصال دایمر cI به O_R1 امکان اتصال دایمر دوم cI را به O_R2 زیاد می کند. بنابراین   O_R1  و  O_R2 بیشتر اوقات با هم توسط cI اشغال شده اند. هرچند این عمل سبب افزایش گرایش میان cI و O_R3 نمی شود ؛ و تنها زمانی توسط cI اشغال میشود که غلظت cI بالا باشد :

( a ) در غیاب پروتئین های cI ، ژن cro رونویسی می شود.

( b ) در صورت وجود پروتئین های cI ، تنها ژن cI رونویسی میشود.

( c ) در غلظت زیاد cI ، رونویسی از هر دو ژن متوقف می شود.

زمانی که DNA میزبان آسیب می بیند ( در زیر اشعه UV ) پروتئین cI ممکن است توسط پروتئاز اصلی که خود توسط پروتئین RecA فعال شده ، از هم جدا شود. پروتئین های برش یافته cI نمی توانند به اپراتور متصل شوند. بدین ترتیب ، پروتئین های Cro فاژ لامبدا را به چرخه لیتیک وارد می کنند. 

فصل 4 بخش H1

تنظیم رپرسور لک

 اپران لک در E.coli شامل سه ژن می شود ( شکل )  : lacZ, lacY, and lacA ، بتا گالاکتوزیداز ، لاکتوز پرمئاز و تیوگالاکتوزید را رمز گذاری ( encoding ) می کنند. لاکتوز پرمئاز در غشای سلولی واقع شده است ، و قادر است لاکتوز را به درون سلول پمپ کند. بتا گالاکتوزیداز می تواند لاکتوز را به گلوکز و گالاکتوز تبدیل کند. (شکل 4-H-1  ). تیوگالاکتوزید ترانس استیلاز مسئول انتقال دهنده مولکول های کوچک است.

در غیاب لاکتوز ، رپرسور لک( شکل 4-D-3 )  مانع رونویسی از اپران لک می شود. لاکتوز می تواند به رپرسور لک متصل شود ، و از برهمکنش آن با سایت اتصال DNA اش جلوگیری می کند. بنابراین ( در زمانی که لاکتوز به مقدار کم موجود باشد ) ،اپران لک به سرعت رونویسی شده ، و آنزیم جهت تولید گلوکز ( مهمترین منبع انرژی E.coli ) را می سازد. 

 شکل 4-H-1 بتا گالاکتوزیداز میتواند لاکتوز را به گلوکز و گالاکتوز تبدیل کند.

فصل 4 بخش H

تنظیم فاکتورهای رونویسی

فعالیت فاکتورهای رونویسی می تواند باعث فعال سازی یا غیرفعال کردن بیان زن ها شود. ژن ها باید حتما تنظیم شوند ، زیرا بیان ژنی تنها باید زمانی صورت بگیرد که به آن نیاز باشد. در زیر چند نمونه را می بینید

lac repressor

l repressor (cI)

NF-kB

p53   

Review Articles:

Dynamic Combinatorial Networks in Nuclear Receptor-mediated Transcription -  J. Biol. Chem., 2005.

FOXO Transcription Factors as Regulators of Immune Homeostasis: Molecules to Die for? - J. Immunology, 2003.

Glucose Regulation of Gene Transcription - J. Biol. Chem., 2000.

Signaling pathways in insulin action: molecular targets of insulin resistance - J. Clinical Investigation, 2000.

Sterol Regulatory Element-binding Proteins (SREBPs): Key Regulators of Nutritional Homeostasis and Insulin Action - J. Biol. Chem., 2000.

Fatty Acid Regulation of Gene Transcription - J. Biol. Chem., 2000.

Roles of the heat shock transcription factors in regulation of the heat shock response and beyond - FASEB J., 2001.

Nitrosation and oxidation in the regulation of gene expression - FASEB J., 2000.

Transcriptional activation: risky business (Regulation of GCN4 by srb10) - Genes and Development, 2001.

Class II Transactivator: Mastering the Art of Major Histocompatibility Complex Expression - Molecular and Cellular Biology, 2001