تويت
يتعين على الكائنات متعددة الخلايا تثبيط السرطان على المستوى الخلوي، ويعد البروتين بي 53 (p53) إحدى وسائل منع نشوء السرطان في الخلايا؛ يرجع اسمه إلى كتلته الجزيئية التي تبلغ 53 كيلو دالتون، ويشتهر بدوره الجوهري في استقرار الجينوم ومنع الطفرات الجينية لذلك وُصِف بأنه «حامي الجينوم»، إذ يساهم البروتين بي 53 في ضبط دورة انقسام الخلية، ويسمى الجين الذي يشفره «جين البروتين المثبط للأورام بي 53» (أو TP53).
اكتشف العلماء ويليام أولد وآرنولد لافين وديفيد لاين البروتين بي 53 في عام 1979، وقد افتُرض وجوده قبل ذلك بصفته هدفًا للفيروس القردي 40 (SV40) الذي يحفز نشوء الأورام. لم يُكتشف دور البروتين بي 53 في تثبيط السرطان إلا في عام 1989، إذ توقع العلماء في بادئ الأمر أن يكون جين البروتين بي 53 جينًا مسرطنًا.
بنية البروتين وموقعه في الجينوم
يقع جين البروتين بي 53 لدى البشر على الكروموسوم السابع عشر، تحديدًا في الموقع 17p13.1. يعد هذا البروتين بروتينًا فوسفاتيًا وهو يتكون من 393 حمضًا أمينيًا في أربع وحدات وظيفية:
يعد البروتين بي 53 في صورته غير المطفرة بروتينًا قابلًا للتحور أو التحلل، وهو يتألف من مناطق مطوية وغير منظمة تعمل معًا بانسجام.
الجينات التي يستهدفها البروتين بي 53
يعمل البروتين بي 53 بصفته بروتينًا منشطًا إذ يحفز إنتاج البروتين Mdm2 وبروتينات أخرى متعلقة بإيقاف النمو وإصلاح الحمض النووي والموت المبرمج، مثل: البروتينات p21 وGADD45 و14-3-3σ لإيقاف النمو، والبروتين p53R2 لإصلاح الحمض النووي، والبروتينات Bax وApaf-1 وPUMA وNoxA للموت الخلوي المبرمج.
آلية عمله
يؤدي البروتين بي 53 دورًا مهمًا في دورة انقسام الخلية وموتها المبرمج، واتضح أن البروتين بي 53 المعيب قد يسبب السرطان لأنه غير قادر على إيقاف تكاثر الخلايا غير الطبيعية، إذ تحتوي قرابة 50% من الأورام البشرية على طفرات في هذا البروتين.
لا تحتوي الخلايا الطبيعية سوى على مستويات منخفضة من البروتين بي 53، ويزداد معدل إنتاجه عند تضرر الحمض النووي ووجود مؤشرات الإجهاد الخلوي الأخرى. يؤدي هذا البروتين ثلاث وظائف رئيسية: إيقاف النمو، وإصلاح الحمض النووي، والموت الخلوي المبرمج.
يمنع إيقاف النمو الخلية من إتمام دورة انقسامها، وبذلك لا يُنسخ الحمض النووي المتضرر. في أثناء توقف النمو، قد يفعّل البروتين بي 53 إنتاج بروتينات إصلاح الحمض النووي، في حين يمثل الموت الخلوي المبرمج الملاذ الأخير في حال فشل الحلول الأخرى لتجنب تكاثر الخلايا ذات الحمض النووي غير الطبيعي.
بيد أنه من الضروري ضبط مستويات البروتين بي 53 في الخلايا، فرغم أنه يثبط الأورام، لكن مستوياته المرتفعة قد تسرع عملية الشيخوخة لأنها تزيد معدل موت الخلايا. يعد البروتين Mdm2 من أهم البروتينات المثبطة لهذا البروتين، وهو يحفز تكسيره عبر نظام اليوبيكويتين.
يؤدي البروتين بي 53 دورًا مباشرًا في إصلاح الحمض النووي، ومن أحد الجينات التي يستهدفها الجين p53R2 الذي يحمل شفرة إنزيم مختزلة الريبو نوكليوتيد المهم في نسخ الحمض النووي وإصلاحه. يتفاعل البروتين بي 53 أيضًا مع الإنزيمين AP endonuclease وبوليمراز الحمض النووي اللذين يعملان في ترميم الحمض النووي، ويمكن تلخيص دور البروتين بي 53 في إيقاف النمو والموت المبرمج في النقاط التالية:
تقل قدرة الخلية على تثبيط الأورام عند تضرر جين البروتين بي 53 إلى حد كبير، إذ تزداد عرضة الأشخاص الذين يرثون نسخة فعالة واحدة من الجين إلى الأورام في مرحلة المراهقة ويسمى هذا الاضطراب بمتلازمة لي-فراوميني. قد يتضرر الجين أيضًا بالمطفرات، مثل المواد الكيميائية والإشعاع وبعض الفيروسات؛ ما يزيد احتمالية حدوث انقسام غير منضبط للخلية.
يُنتَج البروتين بي 53 ويُكسر باستمرار في الخلايا السليمة بفعل البروتين Mdm2، الذي يُحفَّز إنتاجه بالبروتين بي 53، غير أن النسخ المطفرة من البروتين لا تحفز إنتاج البروتين Mdm2 لذلك تتراكم في الخلية وتصل إلى مستويات مرتفعة، والأسوأ من ذلك أن البروتين بي 53 المطفر يثبط عمل البروتين بي 53 الطبيعي.
آلية ضبط عمل البروتين بي 53
يمثل البروتين Mdm2 أهم العوامل التي تنظم عمل البروتين بي 53، ويمكن تلخيص آلية ضبطه في الخطوات التالية:
تبين أن إدخال البروتين بي 53 إلى الخلايا التي تعوزه يسبب موت الخلايا السرطانية أو يمنع انقسامها بسرعة في التجارب المعملية، وتعتمد آمالنا في استخدامه لعلاج السرطان على هذه التأثيرات سريعة المفعول. يرجع سبب تطوير علاجات تستهدف البروتين بي 53 إلى كونه مؤثرًا جوهريًا في نجاة الخلايا السرطانية واستمرارها في الانقسام، إذ يؤدي البروتين بي 53 المطفر إلى فقدان الخلية لقدرتها على تثبيط السرطان؛ لذا يمكننا استهداف العديد من السرطانات بإصلاحه.
طُرحت العديد من الاستراتيجيات لإصلاح وظيفة البروتين بي 53 في الخلايا السرطانية، إذ اكتُشفَت بعض الجزيئات التي قد تسترجع قدرة البروتين بي 53 على تثبيط الأورام في تجارب المختبر، وهي تعمل عبر إرجاع بنية البروتين المطفرة إلى طبيعتها النشطة. بيد أن هذه الجزيئات لم تنجح في حث استجابة بيولوجية، ولكن قد تُصنع منها مركبات أكثر نشاطًا. من ضمن الجزيئات التي يمكن استهدافها بالأدوية المضادة للسرطان البروتين المساعد Hsp90 الذي يتفاعل مع البروتين بي 53 في الجسم.
تستغل الفيروسات الغدانية الخلايا المضيفة لتتكاثر عبر إفراز بروتينات تحثها على نسخ الحمض النووي الفيروسي. قد تسبب هذه الفيروسات نشوء السرطان في بعض الأمراض، ولكن يمكن الآن تعديلها جينيًا واستخدامها في علاج السرطان، مثل الفيروس ONYX-015 الذي يتكاثر حصرًا في الخلايا السرطانية التي تعوز البروتين بي 53.
كان الفيروس ONYX-015 في الأصل فيروسًا ينتج البروتين E1B الذي يرتبط بالبروتين بي 53 ويثبطه، وتعد هذه الخطوة ضرورية لتكاثر الفيروس. لذا حُذف جين البروتين E1B في النسخة المعدلة من الفيروس. كان من المرجو أن تعمل هذه الفيروسات عبر استهداف الخلايا السرطانية والتكاثر فيها ثم الانتشار إلى الأنسجة السرطانية المجاورة، ما يحسن فعالية العلاج. تتحلل الخلايا التي تتكاثر فيها الفيروسات ومن ثم يموت الورم.
كانت نتائج التجارب التي استخدمت الفيروس ONYX-015 على الفئران واعدة، غير أن التجارب السريرية لم تحظَ بالنجاح ذاته، إذ لم تُلحَظ استجابة للفيروس إلا عند استخدامه مع العلاج الكيميائي؛ قد يرجع هذا إلى أن للبروتين E1B وظائف أخرى ضرورية للفيروس. فضلًا عن ذلك، بينت البحوث أن تخصصيته أضعف من المتوقع وأنه قد يتكاثر في الخلايا السليمة التي تحتوي على البروتين بي 53 غير المطفر. بيد أن السبب الأهم لفشل الفيروس في إعطاء مفعول علاجي يتمثل في النسيج الليفي الذي يمنعه من التغلغل في الورم.
اكتشف العلماء ويليام أولد وآرنولد لافين وديفيد لاين البروتين بي 53 في عام 1979، وقد افتُرض وجوده قبل ذلك بصفته هدفًا للفيروس القردي 40 (SV40) الذي يحفز نشوء الأورام. لم يُكتشف دور البروتين بي 53 في تثبيط السرطان إلا في عام 1989، إذ توقع العلماء في بادئ الأمر أن يكون جين البروتين بي 53 جينًا مسرطنًا.
بنية البروتين وموقعه في الجينوم
يقع جين البروتين بي 53 لدى البشر على الكروموسوم السابع عشر، تحديدًا في الموقع 17p13.1. يعد هذا البروتين بروتينًا فوسفاتيًا وهو يتكون من 393 حمضًا أمينيًا في أربع وحدات وظيفية:
- وحدة تفعّل عوامل النسخ (بروتينات تضبط عملية النسخ الجيني).
- وحدة مركزية تتعرف على تسلسلات محددة من الحمض النووي.
- وحدة مسؤولة عن بنية البروتين الرباعية.
- وحدة ترصد أضرار الحمض النووي، مثل عدم اتساق الأزواج القاعدية أو الحمض النووي أحادي السلسلة.
يعد البروتين بي 53 في صورته غير المطفرة بروتينًا قابلًا للتحور أو التحلل، وهو يتألف من مناطق مطوية وغير منظمة تعمل معًا بانسجام.
الجينات التي يستهدفها البروتين بي 53
يعمل البروتين بي 53 بصفته بروتينًا منشطًا إذ يحفز إنتاج البروتين Mdm2 وبروتينات أخرى متعلقة بإيقاف النمو وإصلاح الحمض النووي والموت المبرمج، مثل: البروتينات p21 وGADD45 و14-3-3σ لإيقاف النمو، والبروتين p53R2 لإصلاح الحمض النووي، والبروتينات Bax وApaf-1 وPUMA وNoxA للموت الخلوي المبرمج.
آلية عمله
يؤدي البروتين بي 53 دورًا مهمًا في دورة انقسام الخلية وموتها المبرمج، واتضح أن البروتين بي 53 المعيب قد يسبب السرطان لأنه غير قادر على إيقاف تكاثر الخلايا غير الطبيعية، إذ تحتوي قرابة 50% من الأورام البشرية على طفرات في هذا البروتين.
لا تحتوي الخلايا الطبيعية سوى على مستويات منخفضة من البروتين بي 53، ويزداد معدل إنتاجه عند تضرر الحمض النووي ووجود مؤشرات الإجهاد الخلوي الأخرى. يؤدي هذا البروتين ثلاث وظائف رئيسية: إيقاف النمو، وإصلاح الحمض النووي، والموت الخلوي المبرمج.
يمنع إيقاف النمو الخلية من إتمام دورة انقسامها، وبذلك لا يُنسخ الحمض النووي المتضرر. في أثناء توقف النمو، قد يفعّل البروتين بي 53 إنتاج بروتينات إصلاح الحمض النووي، في حين يمثل الموت الخلوي المبرمج الملاذ الأخير في حال فشل الحلول الأخرى لتجنب تكاثر الخلايا ذات الحمض النووي غير الطبيعي.
بيد أنه من الضروري ضبط مستويات البروتين بي 53 في الخلايا، فرغم أنه يثبط الأورام، لكن مستوياته المرتفعة قد تسرع عملية الشيخوخة لأنها تزيد معدل موت الخلايا. يعد البروتين Mdm2 من أهم البروتينات المثبطة لهذا البروتين، وهو يحفز تكسيره عبر نظام اليوبيكويتين.
يؤدي البروتين بي 53 دورًا مباشرًا في إصلاح الحمض النووي، ومن أحد الجينات التي يستهدفها الجين p53R2 الذي يحمل شفرة إنزيم مختزلة الريبو نوكليوتيد المهم في نسخ الحمض النووي وإصلاحه. يتفاعل البروتين بي 53 أيضًا مع الإنزيمين AP endonuclease وبوليمراز الحمض النووي اللذين يعملان في ترميم الحمض النووي، ويمكن تلخيص دور البروتين بي 53 في إيقاف النمو والموت المبرمج في النقاط التالية:
- يتطلب انتقال الخلية إلى طور التركيب الإنزيم Cdk2 الذي يمكن تثبيطه بالبروتين بي 21؛ أما انتقالها إلى طور الانقسام فيتطلب الإنزيم Cdc2 الذي يمكن أن يُثبَّط بالبروتين بي 21 أو GADD45 أو البروتين 14-3-3σ، يؤدي البروتين بي 53 إلى إيقاف النمو عبر ضبط إنتاج هذه البروتينات.
- ينجم الموت المبرمج عن ارتباط الإنزيم كاسباز 9 مع البروتين سيتوكروم سي وApaf1، قد يحفز البروتين بي 53 إنتاج البروتينين Apaf وBax الذي يحفز بدوره إطلاق السيتوكروم سي من الميتوكوندريا.
تقل قدرة الخلية على تثبيط الأورام عند تضرر جين البروتين بي 53 إلى حد كبير، إذ تزداد عرضة الأشخاص الذين يرثون نسخة فعالة واحدة من الجين إلى الأورام في مرحلة المراهقة ويسمى هذا الاضطراب بمتلازمة لي-فراوميني. قد يتضرر الجين أيضًا بالمطفرات، مثل المواد الكيميائية والإشعاع وبعض الفيروسات؛ ما يزيد احتمالية حدوث انقسام غير منضبط للخلية.
يُنتَج البروتين بي 53 ويُكسر باستمرار في الخلايا السليمة بفعل البروتين Mdm2، الذي يُحفَّز إنتاجه بالبروتين بي 53، غير أن النسخ المطفرة من البروتين لا تحفز إنتاج البروتين Mdm2 لذلك تتراكم في الخلية وتصل إلى مستويات مرتفعة، والأسوأ من ذلك أن البروتين بي 53 المطفر يثبط عمل البروتين بي 53 الطبيعي.
آلية ضبط عمل البروتين بي 53
يمثل البروتين Mdm2 أهم العوامل التي تنظم عمل البروتين بي 53، ويمكن تلخيص آلية ضبطه في الخطوات التالية:
- يُفعّل إنتاج البروتين Mdm2 بالبروتين بي 53.
- يرتبط البروتين Mdm2 مع البروتين بي 53 ويؤدي إلى تكسيره عبر نظام اليوبيكويتين.
- تؤدي فسفرة البروتين بي 53 في المواقع: سيرين 15 أو ثريونين 18 أو سيرين 20 إلى منع ارتباطه مع البروتين Mdm2. لا تتعرض هذه المواقع في الخلايا الطبيعية إلى الفسفرة، لذا يتمكن البروتين Mdm2 من إبقاء مستويات البروتين بي 53 تحت السيطرة.
- قد يفعّل تضرر الحمض النووي كينازات البروتين (مثل كيناز ATM أو DNA-PK أو CHK2) التي تفسفر البروتين بي 53 في أحد المواقع الثلاثة المذكورة آنفًا؛ ما يؤدي إلى ارتفاع مستوى البروتين في الخلية الذي يؤدي بدوره إلى ارتفاع في مستوى Mdm2، إلا أنه عديم التأثير في هذه الحالة لأن البروتين بي 53 مفسفر. يتوقف نشاط كيناز ATM بعد إصلاح الضرر في الحمض النووي، من ثم تُنزع الفوسفات من البروتين بي 53 بسرعة ويُدمر البروتين بفعل البروتين Mdm2 المتراكم في الخلية بالفعل.
تبين أن إدخال البروتين بي 53 إلى الخلايا التي تعوزه يسبب موت الخلايا السرطانية أو يمنع انقسامها بسرعة في التجارب المعملية، وتعتمد آمالنا في استخدامه لعلاج السرطان على هذه التأثيرات سريعة المفعول. يرجع سبب تطوير علاجات تستهدف البروتين بي 53 إلى كونه مؤثرًا جوهريًا في نجاة الخلايا السرطانية واستمرارها في الانقسام، إذ يؤدي البروتين بي 53 المطفر إلى فقدان الخلية لقدرتها على تثبيط السرطان؛ لذا يمكننا استهداف العديد من السرطانات بإصلاحه.
طُرحت العديد من الاستراتيجيات لإصلاح وظيفة البروتين بي 53 في الخلايا السرطانية، إذ اكتُشفَت بعض الجزيئات التي قد تسترجع قدرة البروتين بي 53 على تثبيط الأورام في تجارب المختبر، وهي تعمل عبر إرجاع بنية البروتين المطفرة إلى طبيعتها النشطة. بيد أن هذه الجزيئات لم تنجح في حث استجابة بيولوجية، ولكن قد تُصنع منها مركبات أكثر نشاطًا. من ضمن الجزيئات التي يمكن استهدافها بالأدوية المضادة للسرطان البروتين المساعد Hsp90 الذي يتفاعل مع البروتين بي 53 في الجسم.
تستغل الفيروسات الغدانية الخلايا المضيفة لتتكاثر عبر إفراز بروتينات تحثها على نسخ الحمض النووي الفيروسي. قد تسبب هذه الفيروسات نشوء السرطان في بعض الأمراض، ولكن يمكن الآن تعديلها جينيًا واستخدامها في علاج السرطان، مثل الفيروس ONYX-015 الذي يتكاثر حصرًا في الخلايا السرطانية التي تعوز البروتين بي 53.
كان الفيروس ONYX-015 في الأصل فيروسًا ينتج البروتين E1B الذي يرتبط بالبروتين بي 53 ويثبطه، وتعد هذه الخطوة ضرورية لتكاثر الفيروس. لذا حُذف جين البروتين E1B في النسخة المعدلة من الفيروس. كان من المرجو أن تعمل هذه الفيروسات عبر استهداف الخلايا السرطانية والتكاثر فيها ثم الانتشار إلى الأنسجة السرطانية المجاورة، ما يحسن فعالية العلاج. تتحلل الخلايا التي تتكاثر فيها الفيروسات ومن ثم يموت الورم.
كانت نتائج التجارب التي استخدمت الفيروس ONYX-015 على الفئران واعدة، غير أن التجارب السريرية لم تحظَ بالنجاح ذاته، إذ لم تُلحَظ استجابة للفيروس إلا عند استخدامه مع العلاج الكيميائي؛ قد يرجع هذا إلى أن للبروتين E1B وظائف أخرى ضرورية للفيروس. فضلًا عن ذلك، بينت البحوث أن تخصصيته أضعف من المتوقع وأنه قد يتكاثر في الخلايا السليمة التي تحتوي على البروتين بي 53 غير المطفر. بيد أن السبب الأهم لفشل الفيروس في إعطاء مفعول علاجي يتمثل في النسيج الليفي الذي يمنعه من التغلغل في الورم.