Bud32, auch als p53-related protein kinase (PRPK) bezeichnet, ist ein Mitglied der piD261-Familie der Serin/Threonin-Proteinkinasen. Das PRPK-Gen wurde erstmals aus humanen, durch Interleukin‑2 vermittelten zytotoxischen T‑Zellen kloniert; nachfolgende Klonierungen in Xenopus, Ratte, Schimpanse, Makak und Leopard-Danio (Zebrafisch) bestätigten ebenfalls das Vorhandensein dieses Gens. Eine RT‑PCR-Analyse zeigte eine hohe PRPK-Expression in Hoden, verschiedenen Krebszelllinien wie AsPC‑1, PANC‑1 und MIA PaCa‑2 sowie in aktivierten mLT‑positiven zytotoxischen T‑Zellen, jedoch eine niedrige Expression in Herz, Niere und Milz. Saccharomyces cerevisiae piD261/Bud32 ist ein weiteres Mitglied der piD261-Familie und weist eine 64%ige Ähnlichkeit mit humanem PRPK auf. Die piD261-Familie gehört zu den Serin/Threonin-Proteinkinasen, und piD261/Bud32 sowie PRPK unterscheiden sich strukturell von typischen Serin/Threonin-Proteinkinasen. Die katalytische Domäne einer typischen Proteinkinase besteht aus 300 bis 350 Aminosäureresten, ist in 12 Motive unterteilt und erkennt spezifisch basische sowie prolinhaltige Aminosäurereste. Bei piD261/Bud32 und PRPK führen Mutationen in den Motiven GXGXXG, AMK, RDLXXXN und APE sowie die Deletion des XI‑Motivs zu einem partiellen Funktionsverlust der Kinase. In‑vitro-Experimente zeigen, dass piD261/Bud32 Casein phosphorylieren kann, jedoch keine basischen Proteine wie Histone erkennt. Eine Überexpression von PRPK kann die Deletion des piD261/Bud32-Gens teilweise komplementieren, was zu verminderten phänotypischen Veränderungen in Saccharomyces-cerevisiae-Zellen und zu einer geringen Stabilität führt. Daraus ist ersichtlich, dass piD261/Bud32 und PRPK funktionell konserviert sind.

p53-Gen

Das p53-Gen ist ein humanes Tumorsuppressorgen. Es kodiert ein Protein mit einem Molekulargewicht von 43,7 kDa; da das Proteinband jedoch im Marker bei 53 kDa erscheint, wurde es P53 genannt. Aufgrund des hohen Prolingehalts ist die elektrophoretische Wanderungsgeschwindigkeit verlangsamt. Die Inaktivierung des p53-Gens spielt eine wesentliche Rolle bei der Tumorentstehung. Eine mdm2-Mutation tritt nicht gemeinsam mit einer P53-Mutation auf. p53 ist ein wichtiges Antikrebs-Gen. Der Wildtyp kann Krebszellen in die Apoptose führen und dadurch die Karzinogenese verhindern. Zudem unterstützt es Zellen bei der Reparatur von Defekten im Genom. Mutationen von p53 fördern die Karzinogenese.

Abbildung 1. Proteinstruktur von p53.

Einführung

p53 ist ein Tumorsuppressorgen. Mutationen in diesem Gen treten bei mehr als 50% aller malignen Erkrankungen auf. Das von diesem Gen kodierte Protein ist ein Transkriptionsfaktor, der den Eintritt in den Zellzyklus steuert. Zahlreiche Signale zum Zellstatus werden an das p53-Protein übermittelt. Ob eine Zellteilung initiiert wird, wird durch dieses Protein bestimmt. Ist eine Zelle geschädigt und nicht reparierbar, ist das p53-Protein an der Initiierung beteiligt und führt dazu, dass die Zelle im Rahmen der Apoptose abstirbt. P53-defiziente Zellen verfügen nicht über diese Kontrolle und teilen sich auch unter ungünstigen Bedingungen weiter. Wie andere Tumorsuppressoren verlangsamt oder überwacht das p53-Gen normalerweise die Zellteilung. Das Gen „p53“, das die Karzinogenese in Zellen hemmt, bestimmt das Ausmaß von DNA-Mutationen. Ist die Mutation gering, fördert dieses Gen die zelleigene Reparatur. Ist die DNA-Mutation ausgeprägt, induziert „p53“ die Apoptose.

Funktionen

Die DNA-Bindung und Transaktivierung des P53-Proteins weisen ebenfalls auf seine Beteiligung an der Regulation des Zellwachstums hin. Mittels Durchflusszytometrie wurde die P53-Expression im Zellzyklus einzelner Zellen bestimmt; dabei zeigte sich, dass aktivierte Lymphozyten eine höhere P53-Expression als nicht aktivierte Zellen aufweisen und dass diese von der G1‑ über die S‑Phase bis zur G2/M‑Phase zunimmt. Dies deutet darauf hin, dass die Korrelation zwischen P53-Expression und Zellwachstum stärker ist als der Eintritt in den Zellzyklus oder ein spezifischer Zeitpunkt innerhalb des Zyklus. Die Transfektion nicht transformierter Zellen mit einem Plasmid, das antisense P53RNA kodiert, führt zu einem vollständigen Stillstand des Zellwachstums. Die Injektion von P53-Antikörpern bringt ruhende Zellen in den Wachstumszyklus. Sie kann den Eintritt in die S‑Phase hemmen, was darauf hindeutet, dass P53 für die G0/G1‑S‑Konversion erforderlich sein könnte; P53-Antikörper haben jedoch keinen Effekt auf Zellen, die sich bereits teilen und in die S‑Phase übergehen. Natriumdibutyrat, das eine hemmende Wirkung auf G1‑Zellen hat, inhibiert ebenfalls die P53-Synthese. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Regulation des Zellwachstums durch P53 mindestens ab G0‑G1 oder G1‑S wirksam ist; der Wirkmechanismus ist jedoch bislang nicht abschließend geklärt. Das P53-Protein kann das Zellwachstum durch Regulation der Cipt-Genexpression steuern, d. h. das P53-Protein kann das Cipt-Gen zur Bildung eines Proteins mit einem Molekulargewicht von 21 kDa stimulieren. Dieses Protein kann bestimmte Enzymaktivitäten, die den Eintritt der Zellen über den Zellzyklus in die Mitose fördern, wirksam hemmen und dadurch das Zellwachstum inhibieren. Darüber hinaus ging die hemmende Wirkung von P53 mit einer verminderten Expression von Zellwachstums-Kernantigenen einher. Zellwachstums- und Kernantigene sind an der zellulären DNA-Replikation beteiligt. Daher könnte P53 eine Rolle spielen, indem es zelluläre Gene oder Genprodukte hemmt, die mit der DNA-Replikation in Zusammenhang stehen.

Abbildung 2. Kristallstruktur von vier p53-DNA-Bindedomänen (wie im bioaktiven Homo-Tetramer gefunden) und mit sieben Domänen.

Referenz:

1. Toufektchan, E; et al. The Guardian of the Genome Revisited: P53 Downregulates Genes Required for Telomere Maintenance, DNA Repair, and Centromere Structure. Cancers. 2018, 10 (5): 135.