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Science新认识 | 肿瘤中TP53错义突变的“真实意图”

BioArt · 公众号 · 生物 · 2019-08-17 07:51

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撰文 | 伊凯

责编 | 兮

2019年8月9日，来自丹娜·法伯癌症研究所（Dana-Farber Cancer Institute）、博德研究所（Broad Institute）和布列根和妇女医院（Brigham and Women’s Hospital）的研究人员在 Science 上发表了题为 A dominant-negative effect drives selection of TP53 missensemutations in myeloid malignancies 的论文，揭示了血液系统恶性肿瘤中TP53杂合错义突变的真正选择压力并非是通常认为的由突变导致的新促癌功能的获得（gain of function），而是由突变体抑制野生型蛋白功能的显性负效应。

转录因子基因TP53是人类癌症中突变频率最高的抑癌基因，其中80%的突变均为聚集在DNA结合区域的可改变编码蛋白序列的错义突变（missense mutation）。研究发现，在肿瘤克隆进化过程中，TP53的杂合性丢失（loss of heterozygosity）并不是必要的；这一特殊突变模式不符合典型的抑癌基因在癌症发生中发生双等位基因突变的情形，为解释这一现象，人们提出了两种假说， 一是TP53的杂合突变使其在蛋白水平获得了新的促癌功能，二是突变体对正常等位基因产物产生了功能性抑制。 尽管有证据表明，在一些癌症类型中，TP53突变体的确表现出了促癌基因的功能性特征，但这一机制是否普遍存在于各类癌症中，仍属未知。

为了探究TP53突变在造血系统癌症中的选择压力究竟来源于何，研究人员利用两种具有正常内源TP53表达的白血病细胞系K562和MOLM13构建了携带多种常见TP53突变体的细胞系模型，包括一种无效突变和六种错义突变。研究人员以这八种细胞系为实验对象，利用多种功能实验和高通量测序手段，详细探究了不同突变类型对TP53功能以及细胞状态的影响。

在细胞状态方面，研究人员通过对各类细胞系进行药物处理并比较细胞存活率，发现和野生型细胞系相比，六种突变型细胞系表现出了和TP53缺失型细胞系极为相似的药物高抗性。这一结果说明， 上述几种TP53突变型赋予了肿瘤细胞以显著强于野生型TP53的促癌活性。

而在作为转录因子的TP53自身功能的变化方面，研究人员利用染色质免疫共沉淀测序技术，检测了六种TP53突变型对其转录结合效应的影响，结果发现其中五种突变型都导致绝大部分正常结合位点的丢失，仅有一种突变型导致了更多位点的产生 （下图） 。

由于转录因子结合位点和强度的变化并不一定意味着基因表达的转录调控效应的变化，因此，研究人员对各类细胞系的基因表达谱进行了定量分析，发现和野生型细胞系相比， TP53突变型细胞系中被TP53结合的基因的表达量均显著更低，且与TP53完全丧失的细胞系极为接近 。这一结果表明， TP53突变体不能通过结合新的DNA调控元件而激活促癌相关基因表达。 亦即，在血液系统癌症中，TP53突变体并不具有功能获得的特性。

因此，为了验证第二种假说，即显性负效应，是否才是TP53突变体细胞受到正向选择的真正驱动力，研究人员构建了TP53杂合、纯合缺失即杂合突变的MOLM13细胞系并研究了他们之间的表型与功能相似性。结果发现， TP53突变显著抑制了正常p53蛋白转录下游基因p21的能力； 同时，TP53杂合突变也表现出和TP53纯合丢失一致的凋亡功能减弱及抗药性增强。 这些结果很好地展示了TP53突变体在肿瘤中发挥的显性负效应。

在上述六种常见的TP53突变型之外，研究人员还利用CDKN1A-GFP报告系统全面检测了跨越整个TP53基因区域的单氨基酸序列改变对内源正常TP53转录因子效应的扰动。结果发现， 绝大多数位于DNA结合区域的氨基酸序列改变都导致了正常TP53的转录调控能力显著下降。 这一结果进一步加强了TP53突变在造血系统肿瘤中经由显性负效应而非促癌功能获得被正向选择的结论。

总的来说，这项研究通过对多种常见TP53突变体在造血系统肿瘤细胞中进行表型和功能方面的详细探究，证实了显性负效应假说用以解释这一特定环境下TP53突变细胞的正向选择压力来源的真确性，但作者并没有因此否定TP53突变体的促癌功能获得这一因素在其他肿瘤环境中发挥效应的可能性。相反，作者认为，由于不同肿瘤类型中TP53相关蛋白的表达特征极为不同，因而作为转录因子的TP53在DNA结合区域发生突变后对整体蛋白调控网络的扰动亦可能表现出十分相异的结果。总之，对TP53这一癌症发生关键基因在赋予肿瘤细胞以选择优势上的机制多样性的进一步探究，无疑将增强人们对肿瘤异质性及其分子基础的认知，也将对开发相关的靶向疗法提供更多的思路。

原文链接：

https://science.sciencemag.org/content/365/6453/599

制版人：小娴子