Функциональная роль p53 в регуляции окислительного стресса

1.

Функциональная роль p53 в
регуляции окислительного
стресса
Доклад подготовила Финдра Д.В. 2.2.21а
СНК Биохимии и молекулярной биологии

2.

План
1. Введение
2. Прооксидантная активность p53
3. Антиоксидантная активность p53
4. Механизмы регуляции p53
5. Заключение

3.

Дуализм функций p53
p53 имеет довольно широкий спектр биологических функций, преимущественно
это регуляция апоптоза, клеточного цикла и репарации ДНК. Но вдобавок к этому
растущее число доказательств позволяет предположить, что p53 играет важную
роль в регуляции внутриклеточного окислительно-восстановительного равновесия.
В зависимости от ситуации, p53 может проявлять себя как прооксидант, и как
антиоксидант, на это влияет состояние каждой конкретной клетки.

4.

Окислительный стресс
Дисбаланс в окислительно-восстановительной системе организма в сторону
оксидантов является причиной окислительного стресса, состояние, которое
характеризуется чрезмерным образованием активных форм кислорода (АФК) и/или
недостаточной работой антиоксидантных систем. К АФК относятся супероксид
анион (O•), пероксид водорода (H2O2), гидроксил радикал (OH•). В большей степени,
образование АФК вызвано чрезмерной стимуляцией НАД(Ф)Н-оксидаз или
окисления в митохондриях.

5.

6.

Контроль АФК
Окислительный стресс вызывает множественные повреждения в организме, в том
числе рак, сердечно-сосудистые заболевания, диабет и нейродегенеративные
заболевания. Чтобы избежать этого, предусмотрены ферментные и неферментные
антиоксидантные системы. К ферментным относится супероксид дисмутаза (СОД),
каталаза и глутатион пероксидаза. К неферментным относятся витамин C и
витамин E.

7.

8.

Прооксидантные функции p53
Окислительный стресс может быть вызван как ответ на какое-то химическое
воздействие и в итоге сыграть главную роль в его токсичности для клетки. В свою
очередь p53 является датчиком клеточного стресса и поэтому окислительный стресс
сопровождается его (p53) активаций. В таких обстоятельствах активация p53
действует как прооксидантный фактор. Примером может быть химиотерапия
опухолей, которая связана с высокой токсичностью и побочными эффектами, в
основе которых лежит нарушение антиоксидантного баланса и накопление активных
форм кислорода (АФК), которые кроме повреждающего действия на клетку играют
важную роль как мессенджеры сигналов в различных путях клеточной гибели.

9.

Цисплатин
Цисплатин является препаратом «первого выбора» при лечении онкологии,
обладая эффективностью для некоторых видов рака. Однако, он обладает
нефротоксичностью, что значительно ограничивает возможности его
клинического применения. Было обнаружено, что при лечении цисплатином
в почках активируется как окислительный стресс, так и p53. И, наоборот,
ингибирование ОС или p53 снижало цитотоксичность, что позволяет думать,
что они являются причиной нейротоксичности цисплатина.

10.

Что главнее?
Также было обнаружено, что подавление p53 вело к снижению количества АФК и
снижению клеточной гибели. Можно было бы предположить, что p53 способствует
окислительному стрессу, однако удаление АФК ослабляется активацию p53,
индуцированную цисплатином, тем самым указывая на наличие положительной
обратной связи. Требуются дополнительные исследования, чтобы понять, что
является главным явлением при нейротоксичности, вызванной цисплатином.

11.

Механизм развития индуцированного
цисплатином ОС
Установлено, что p66shc является новым биомаркером оксидативного повреждения
канальцев у пациентов с диабетической нефропатией. Показано, что p53 активируется
обработкой цисплатином, сопровождающейся повышением экспрессии p66shc и
генерации АФК в почечных клетках. Ингибирование p53 с помощью РНК значительно
ослабляет индуцированную цисплатином активацию p66shc, тогда как выключение
p66shc снижает уровень АФК. Эти данные свидетельствуют о том, что опосредованная
p53 активация p66shc способствует индуцированному цисплатином окислительному
стрессу в клетках почек.
Также прооксидантная активность p66shc связана с
ингибирующим фосфорилированием фактора транскрипции, который регулирует
антиоксидантные ферменты, мСОД и каталазу.

12.

Цисплатин -> фосфорилированный p53 ->
митохондриальная СОД ->
митохондриальные АФК -> окислительный
стресс
Цисплатин -> ацетилированный p53 ->
p66shc -> фактор транскрипции,
регулирующий антиоксидантные
ферменты (FOXO3a) -> каталаза ->
окислительный стресс

13.

Доксорубицин
Доксорубицин, ингибитор топоизомеразы II, имеет высокую эффективность
против многих видов рака, но его применение ограничено его
кардиотоксичностью, наиболее вероятным механизмом которой является
окислительный стресс. Для исследования были подобраны мыши, содержащие
белок p53 дикого типа, и мыши, гомозиготные по отсутствию гена p53.
Окислительный стресс в митохондриях был индуцирован только у мышей
«дикого типа», принимавших доксорубицин. Наоборот, в отсутствие p53
доксорубицин вызывал меньше сердечных проблем, окислительный стресс был
снижен. Данные исследования позволяют предположить, что p53 проявляет
прооксидантную активность и играет критическую роль в доксорубицин
индуцированной кардиотоксичности.

14.

Колистин
Колистин, также известный как полимиксин E, часто выбирается при
лечении инфекций, вызванных грамотрицательными бактериями с
множественной
резистентностью,
однако
его
использование
ограничено из-за нефротоксичности и нейротоксичности. Обнаружено,
что обработка колистином индуцировала аутофагию и апоптоз клеток за
счет значительного увеличения уровня экспрессии p53 и накопления
АФК в клетках. Однако подавление р53 с помощью миРНК до лечения
колистином существенно снижало продукцию АФК, тем самым
демонстрируя прооксидантную активность р53.

15.

Патулин
Патулин, микотоксин, вырабатываемый в основном Aspergillus и Penicillium,
обычно обнаруживается в плесневых фруктах и их производных. Исследования
показали, что ингибирование p53 с приводит к значительному уменьшению
генерации АФК, что сопровождается уменьшением степени повреждения ДНК
и апоптоза, вызванного патулином в клетках эмбриональной почки человека.
Эти данные были дополнительно подтверждены в последующем исследовании
на животных, в котором было выявлено, что окислительный стресс, вызванный
патулином в тканях почек, был значительно ослаблен у мышей с выключенным
p53 по сравнению с таковым, обнаруженным у мышей p53 дикого типа

16.

Механизм индукции ОС патулином
Некоторые индуцируемые p53 гены (гены PIG) участвуют в генерации АФК. p53индуцибельный ген 3 (PIG3) является одним из таких генов, который является
родственником НАДФН-хинон оксидоредуктазы, мощного генератора АФК. Было
обнаружено, что PIG3 физически связывается и ингибирует активность каталазы,
что, в свою очередь, способствует прооксидантной активности PIG3. Обнаружено,
что подавление PIG3 приводит к значительному снижению патулининдуцированной генерация АФК, которая связана с активацией каталазы. Эти
данные in vitro были дополнительно подтверждены на модели мышей дикого
типа / отсутствия p53. PIG3 не обнаруживался у мышей p53, но был активирован
обработкой патулином в образцах почек мышей дикого типа p53.

17.

Патулин -> АФК -> p53 -> PIG3 ->
каталаза -> АФК

18.

Антиоксидантные функции p53
Ацетаминофен (APAP, парацетамол) является одним из наиболее часто используемых
анальгетиков и обычно безопасен в соответствующих терапевтических дозах. Однако
чрезмерные дозы могут вызвать гепатотоксичность. Однако недавно обнаружили, что
ингибирование p53 (например, пифитрин-α подавляет процесс импорта белка p53 в
клеточное ядро, что приводит к подавлению активности p53-зависимых генов
регуляции) приводит к более серьезному повреждению печени. Напротив, активация
p53 привела к снижению гепатотоксичности. Эти результаты ясно указывают на то, что
p53 играет защитную роль при повреждении печени, вызванном APAP. Более того,
было обнаружено, что защитный эффект p53 в отношении гепатотоксичности,
вызванной APAP, объясняется его способностью ингибировать активацию ключевого
медиатора в индуцированном APAP окислительном стрессе.

19.

Индукция ОС ацетаноминофеном
При повреждении печени, вызванном APAP, индуцируется быстрое производство
реактивного метаболита с последующим истощением глутатиона (GSH) и генерацией
АФК, что в результате приводит к активации JNK. Активированный JNK перемещается в
митохондрии и взаимодействует с белком внешней мембраны митохондрий Sab, это
приводит к нарушению митохондриальной цепи переноса электронов и устойчивой
генерации АФК. Активация JNK увеличивается за счет ингибирования p53, напротив,
активация JNK снижалась, когда p53 индуцировался активатором. Эти данные, таким
образом, предполагают, что p53 может подавлять вызванный APAP окислительный
стресс, воздействуя на JNK.

20.

APAP -> NAPQUI -> GSH -> АФК ->
pJNK -> Sab -> АФК

21.

1-Метил-4-фенилпиридиний
1-Метил-4-фенилпиридиний (МФП+) является нейротоксином дофамина,
который вызывает Паркинсонизм. МФП+ широко используется в изучении
Паркинсонизма на разных моделях животных клеток. В клетках экспрессия
сестрина2, p53 и уровень АФК индуцировались MФП+, то время как повышенная
экспрессия сестрина2, индуцированная MФП+, устранялась подавлением p53 как
на уровне мРНК, так и на уровне белка. Более того, было обнаружено, что
выключение сестрина2 с использованием миРНК способствует увеличению
количества АФК, вызванных МФП+. Эти данные косвенно демонстрируют
антиоксидантную роль, которую р53 играет в обработанных МФП+ клетках.

22.

Пальмитат
Антиоксидантная функция p53 обнаружена при патологии сердечно-сосудистых
заболеваний. Окислительный стресс, вызванный свободными жирными
кислотами, считается фактором, способствующим развитию сердечнососудистых заболеваний. Воздействие пальмитата на эндотелиальные клетки
человека вызывает инактивацию транскрипции р53 через ингибирование его
ацетилирования, что, в свою очередь, приводит к увеличению генерации АФК и
повреждению эндотелия. Эти данные in vitro были дополнительно подтверждены
на модели in vivo. Кроме того, сообщалось, что р53 обеспечивает некоторую
защиту от индуцированного пальмитиновой кислотой накопления АФК и
апоптоза.

23.

Пальмитат
Пальмитат через последовательность реакций
ингибирует активность p53 посредством
ацетилирования, что ведет к увеличению
количества АФК и окислительному стрессу

24.

Глюкоза
Глюкоза приводит к инактивации p53 и
накоплению АФК в эндотелиальных клетках
пупочной вены человека и эндотелиальных
клетках аорты человека. На основании этих
открытий сделаны выводы, что высокое
индуцированное глюкозой фосфорилирование
p53 вносит вклад в нарушение эндотелиальной
антиоксидантной системы.

25.

Общие механизмы прооксидантной
активности
Активация p53 в ответ на химические вещества может увеличивать
внутриклеточный окислительный стресс и уровни митохондриальных АФК.
Химические вещества вызывают p53-опосредованные прооксидантные
эффекты через механизмы, вовлеченные в инактивацию GPX1, MnSOD и
FOXO3a и активацию сигналов p66shc, PIG3.

26.

27.

Общие механизмы антиоксидантной
активности
Активация p53 может подавлять вредные эффекты химически индуцированной
генерации внутриклеточных АФК и окислительного стресса.
Химические
вещества
вызывают
p53-опосредованные
антиоксидантные
эффекты
посредством различных механизмов, включая активацию глутаминазы 2 и GPX1,
активацию сестрина2.

28.

29.

Заключение
Детерминанты парадоксальной роли p53 в регуляции окислительного стресса
остаются неуловимыми. Обычно считается, что в физиологических условиях и
условиях умеренного стресса p53 проявляет антиоксидантную активность, подавляя
образование АФК и защищая клетки от окислительного повреждения ДНК, в то время
как в условиях сильного стресса активированный p53 усиливает окислительный
стресс и способствует гибели клеток. Тем не менее, это предположение не может
объяснить все случаи стресса. p53 активируется, например, в клетках печени,
обработанных APAP, и было обнаружено, что лечение APAP вызывает тяжелый
окислительный стресс, за которым следует серьезное повреждение печени. Однако
сообщается, что активированный p53 играет антиоксидантную роль в этом стрессовом
состоянии, что предполагает участие дополнительных факторов в определении
прооксидантной или антиоксидантной функции p53.

30.

https://www.icp.ac.ru/mediastore/IPCPRAS/ACTIVITIES/Sciencesovet/2018
/ItogsessiyaUchSov2017/Annotatsii/B
alakina.pdf
Источники
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ar
ticles/PMC7066401/

31.

Спасибо за внимание!