目前來說,腫瘤依然難以攻克。腫瘤(癌癥)是由于細胞在復制過程中,DNA損傷不能修復導致的細胞無限增殖或者細胞凋亡而形成的。眾多研究發現,在人類惡性腫瘤疾病中,腫瘤細胞中的p53基因至少有50%發生了突變。但是,p53蛋白具有識別和修復損傷DNA的效果,從而達到抑癌作用。因此,p53蛋白也叫腫瘤抑制蛋白,是參與細胞復制的關鍵蛋白之一,對于細胞的凋亡、基因的保護和避免癌癥發生有著重要的意義。
現在,眾多研究者對于p53蛋白的結構都有一致的認識,認為p53蛋白是由393個殘基構成的多域蛋白。這個多域蛋白可分為五部分,分別為:(1)N端域(N-terminaldomain,N-ter)-末端轉錄活化區,能與一系列的蛋白結構結合,調節p53的轉錄功能和其與DNA的解離;(2)信號區,富含脯氨酸,有5個脯-X-X-脯重復順序,此區不是轉錄活化區所必須的,但對誘導細胞凋亡是必須的;(3)DNA特異性結合域(DNAbindingdomain,DBD),也叫核心域(coredomain),可以特異性結合到DNA;(4)四聚化域(tetramerizationdomain,Tet);(5)C端域(C-terminaldomain,C-ter)部分與DNA非特異性結合。學者們對于p53-DNA相互作用也提出了兩個滑動搜索機制:(1)一維滑動模式。p53蛋白持續與DNA保持接觸形式,沿著DNA滑動擴散。(2)“Hopping”模式和“Jumping”模式。Hopping模式,是p53蛋白在一條DNA上跳躍行走。Jumping模式,是p53蛋白從一條DNA上跳躍到另外一條DNA上,這種情況很少發生。一直以來,大家關注最多的是p53蛋白在DNA上的滑動機制。然而,p53蛋白與DNA相互作用的機制還沒有完全被搞清楚。可以通過p53蛋白與DNA相互作用的結果推演其作用機制,為完善此作用機制提供可能和方向。金屬離子對于p53-DNA相互作用也有一定影響。比如一些有毒的離子(如汞、鎘、銅等)可以結合到p53蛋白,破壞p53蛋白的結構和p53蛋白與DNA的親和力。再比如鎂和鋅離子等可以增強p53蛋白的結構和p53蛋白與DNA的親和力。在本文中,我們基于AFM掃描p53蛋白與PBR322DNA相互作用的圖像,直觀地展現了p53與環狀DNA的相互作用結果。研究發現,p53蛋白可以使環狀DNA自身形成聚集或者相交。而對于5000bpDNA的效果很不明顯,對于20000bpDNA則沒有這樣的現象。此外,也發現在高濃度鎂離子環境下,環狀DNA會扭轉成為麻花狀,即形成超螺旋結構。這一現象,可以為p53蛋白功能和作用機理研究提供啟示,也希望為癌癥治療、癌癥藥物開發以及癌癥檢測方法提供啟示。
在p53蛋白與PBR322DNA相互作用的AFM圖像中,可以直觀地看到p53與環狀DNA的相互作用結果。在鎂離子濃度為3mmol/L,并且沒有p53蛋白時,可以很直觀地看到PBR322環狀DNA都呈現自由的環狀,基本沒有相交現象出現。當加入p53蛋白時,環狀DNA自身形成聚集或者相交,即環狀DNA自身出現更多的環,有的甚至呈現棒狀。對于5000bpDNA有類似效果,卻很不明顯,對于20000bpDNA沒有這樣的現象。但是,在高濃度(20mmol/L)鎂離子環境下,環狀DNA會扭轉成為麻花狀,甚至出現超螺旋。我們認為,這一現象的出現有兩方面的原因:一個是p53蛋白與DNA間相互靜電的作用,另一個是高濃度鎂離子增強了p53蛋白與DNA之間的親和力。鎂離子可以與p53殘基結合,增強結構穩定性,并且可以增加殘基電荷量,使其可以與帶負電的DNA有更強的靜電相互作用力。
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