《蜘蛛侠》跨界科研！蜘蛛丝可以稳定P53 增加抗癌能力

来源：100医疗网原创2022-04-03 17336018

前段时间《蜘蛛侠：英雄无归》刷爆了朋友圈，让很多粉丝乐此不疲。

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但是，无论蜘蛛侠是否在漫威漫画的世界里，我们漫长的科研之路总会回到文章。

最近发表在《细胞子杂志结构》上的一篇文章《A "spindle and thread" mechanism unblocks p53 translation by modulating N-terminal disorder》，向我们展示了蜘蛛侠不仅可以拯救地球，还可以与细胞内的肿瘤作斗争，拯救我们的生命。下面，我们就来仔细分解一下蜘蛛侠如何联合命名一个跨界研究圈！

从题目中，我们可以看到曾经大名鼎鼎的P53基因。在近几年大热的PD1/PDL1兴起之前，说到肿瘤基因，P53绝对是第一热词(15年前，我还不知道P53基因的时候，都不好意思说我是研究癌症的)。P53基因是控制细胞增殖的关键基因，在多达60%的人类癌症中可以发现P53突变和失活。因此，如何恢复P53基因的正常功能已成为癌症治疗的有效策略。从这个角度出发，本文在这个经典分子上做文章。

以前的研究集中在如何校正P53基因的DNA结合域以稳定细胞中的P53基因。然而，在本文中，作者创新性地使用融合蛋白的思想，通过融合强伴侣蛋白来稳定p53蛋白免于降解。基于这样的想法，作者最终将目光投向了蜘蛛侠著名的特技蜘蛛丝蛋白。蜘蛛丝蛋白具有高度保守的N-末端结构域，并且非常容易聚集而不降解。这些特征使作者考虑是否可以通过这些特征稳定P53蛋白而不降解。

因此，本文作者利用蜘蛛丝蛋白结构域的这一特性，融合表达P53蛋白，从而产生一种稳定表达的具有生物活性的蜘蛛丝-P53蛋白突变体。这种稳定的蛋白质策略有望用于开辟新的药物和结构生物学研究。

图一。NT增加p53的翻译效率

翻译水平是蛋白质表达的直接表现，所以作者首先评估了蛛丝蛋白结构域对P53基因翻译的影响。融合表达蜘蛛丝蛋白结构域、全长p53和GFP，通过检测GFP荧光强度的变化表征P53转录和翻译水平的变化。该方法能真实反映蜘蛛丝-p53融合蛋白的翻译效率。结果发现仅连接在p53末端的蜘蛛丝蛋白结构域能提高p53的体外翻译水平。此外，比较了P53-GFP和蜘蛛丝-P53-GFP蛋白表达之间核糖体活性的差异，证实了蜘蛛丝蛋白的融合表达可以提高P53的翻译水平。

图2。nt-p53融合蛋白的结构

蜘蛛丝-p53融合表达的高产量使作者进一步思考融合蛋白如何影响p53原有的蛋白结构。因此，作者纯化了蜘蛛丝-P53融合蛋白，并对其蛋白结构进行了分析。通过戊二醛交联蛋白和Western Blot实验，发现蜘蛛丝蛋白结构域的存在不具有原始p53蛋白的结构构象和寡聚形式。此外，尽管过去对P53蛋白折叠的核心结构域进行了许多研究，但其反式激活结构域的方向一直难以确定。因此，作者推测额外的蜘蛛丝标签可以帮助我们了解p53蛋白反式激活域的方向。用投影电镜确定蜘蛛丝-p53融合蛋白中蜘蛛丝标记的方向。发现蜘蛛丝蛋白结构域与p53蛋白的四个DNA结合结构域密切相关，p53的N-末端区域不在其中延伸。

图3。NT诱导p53 TADs的压缩

因为投影电镜无法分析p53蛋白结构中的无序区域。因此，作者转向离子迁移质谱(IM-MS)来评估融合蛋白中反式激活结构域1和2的整体构象。结果表明，蛋白质在上述区域是松散的。此外，核磁共振的结构分析表明，蜘蛛丝蛋白的融合并没有改善p53蛋白结构中反式激活结构域的紊乱。同时，结合p53蛋白序列中前90个氨基酸序列的全原子分子动力学(MD)模拟，作者确定蜘蛛丝蛋白结构域在p53融合蛋白中保持折叠，并诱导融合蛋白的紧密构象，其中p53 N端的反式激活区包裹在蜘蛛丝蛋白周围。

图4。NT -p53在1299细胞中有活性

在充分分析蜘蛛丝-p53融合蛋白的结构后，作者探索了它在H1299癌细胞中是否具有稳定的活性，因此它可以作为一种潜在的癌症治疗方法。转染后，通过组织化学，作者发现融合蛋白没有聚集在细胞质中，而是像野生型P53蛋白一样进入细胞核。同时，荧光素酶报告实验证明该融合蛋白对p53基因转录因子的活性没有影响。

图5。theNT策略在B-Raf和K-Ras中的应用

最后，作者通过两个原癌基因蛋白B-raf和K-Ras验证了蜘蛛丝蛋白结构域增加p53翻译水平和减少N端无限结构的关系。结果表明，蜘蛛丝蛋白结构域能促进B-raf的表达，但不影响K-Ras的表达。此外，分子动力学模拟揭示了上述现象的结构机制。

在细胞中创造更稳定的p53变体是一种有前途的癌症治疗方法，现在我们有了一种值得探索的工具。卡罗林斯卡学院高级教授大卫莱恩表示，我们最终希望开发出一种基于mRNA的癌症疫苗，但在此之前，我们需要知道这种蛋白质在细胞中是如何处理的，以及大量的蛋白质是否有毒。

参考资料：

[1] Kaldm e M，et al.“纺锤体和线”机制通过调节N-末端紊乱解除p53翻译的阻断。结构。2022年3月10:S0969-2126(22)00049-1。

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