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MDM2 e cancro |
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Molecola del mese di giugno 2019 MDM2 controlla l'azione del soppressore di tumore p53 e questo la rende un bersaglio per la chemioterapia  IntroduzioneIl soppressore di tumore p53 (mdm 7/2002) è un guardiano per le nostre cellule. Appena individua qualche danno, una infezione, o un tumore, arresta la crescita della cellula o ne innesca la morte programmata (apoptosi). Naturalmente l'azione del p53 deve essere attentamente controllata. Questo è il compito di MDM2 (mouse double minute 2, una oncoproteina scoperta la prima volta nel topo) e del suo partner MDMX che sorvegliano il p53 in modo che entri in azione solo quando è assolutamente necessario. Sorvegliare il sorvegliante Per la maggior parte del tempo, MDM2 rimane legato al p53 e svolge più azioni in sequenza prima nel nucleo e poi nel citoplasma. Queste ultime sono rappresentate nell'immagine artistica qui a fianco. Nel nucleo, un dominio di MDM2 (rosa) si lega al dominio di transattivazione del p53 (giallo), bloccando la sua azione di attivazione della trascrizione del DNA. Poi, un'altro dominio di MDM2 lega un segnale di esportazione dal nucleo (mdm 1/2007), che è usato per trascinare il p53 fuori dal nucleo, lontano dai geni che può attivare. Infine, nel citoplasma, due domini, uno di MDM2 e l'altro di MDMX (entrambi rosa), legano ubiquitina (verde, mdm 12/2004) e la aggiungono al p53 marcandolo per la distruzione nei proteasomi (viola, mdm 8/2006). Collegamento con il cancro Normalmente la cellula sintetizza abbastanza MDM2 da tenere sotto controllo il p53. Quando però vi è un danno o un'infezione, MDM2 viene disattivato per consentire al p53 di attivarsi per affrontare il problema. La maggior parte delle cellule cancerose hanno sviluppato metodi per aggirare questo processo. In alcuni casi viene alterato il p53 stesso e così la cellula non ha più strumenti per proteggersi. In altri casi, le cellule del cancro sintetizzano una maggior quantità di MDM2, spesso creando copie multiple del gene che lo codifica. Questa alta quantità di MDM2 blocca il p53 e permette alle cellule cancerose di crescere senza controllo.  Domini
del MDM2MDM2 ha più domini connessi tra loro, ognuno con una specifica funzione. Dato che la proteina è molto flessibile, i biologi strutturali hanno dovuto studiare i vari domini separatamente. Nell'immagine composita qui a lato MDM2 è la proteina rossa. In alto, all'estremità N-terminale di MDM2, vi è il dominio che si lega in modo specifico al dominio di transattivazione del p53 (giallo), bloccandone l'azione (file PDB 1ycr). Al centro vi è un dominio di MDM2 che contiene un dito di zinco (mdm 3/2007) e che si può legare alla proteina ribosomiale L11 (file PDB 4xxb). In basso, all'estremità C-terminale di MDM2, vi è il dominio chiamato ring, che contiene due dita di zinco. Insieme con MDMX lega ubiquitina (verde) e il suo carrier UbcH5B (azzurro) (file PDB 5mnj) per poi trasferire l'ubiquitina al p53. L'immagine qui sotto mostra con più dettaglio il dominio centrale di MDM2 (rosso) unito alla proteina ribosomiale L11 (azzurra). Il dominio di MDM2 è tenuto compatto dal dito di zinco formato da quattro cisteine (con l'atomo di zolfo giallo) strette attorno allo ione zinco (verde). Un secondo ione zinco sulla destra aiuta a tenere unite le due proteine. . . . . . . . . . . . . . . . . .  Nella prossima immagine si vede in dettaglio il dominio ring di MDM2 (rosso) all'estremità C-terminale. Notate che questo è legato ad un dominio di MDMX (rosa) ed entrambi contengono due dita di zinco, uno formato da quattro cisteine ed un altro formato da due cisteine (con atomi di zolfo gialli) e due istidine (anelli con atomi di azoto blu). . . . . . . . . . . . .  Notate infine la strana struttura ad anello, che dà il nome al dominio (ring), che si forma tra MDM2 e MDMX grazie a due tratti beta-pieghe avvolti a spirale. . . . . . . . ..  Esplorando la struttura L'interazione tra MDM2 e p53 è un bersaglio interessante per la chemioterapia del cancro, perchè i farmaci che annullano questa interazione possono riattivare p53 e uccidere le cellule cancerose. Naturalmente, disattivare del tutto MDM2 può significare non controllare più p53 che potrebbe avere effetti tossici anche sulle cellule sane. Un prossimo obiettivo per la ricerca, quindi, è quello di inibire solo parzialmente MDM2, per esempio impedendogli di legare ubiquitina, per mantenere almeno un controllo basale sul p53. Finora sono stati scoperti molti inibitori capaci di legarsi nella profonda tasca apolare di MDM2 che riconosce p53. Due di questi sono mostrati qui sotto. Sulla sinistra (file PDB 1rv1) si vede la piccola molecola Nutlin, un farmaco a quattro braccia con al centro un anello imidazolo. Sulla destra (file PDB 3v3b) si vede un piccolo peptide (azzurro) che riproduce il tratto di p53 che normalmente si deve legare qui e che è tenuto nella giusta conformazione da un linker (verde). Il peptide azzurro penetra nella tasca di MDM2 con i suoi amminoacidi apolari: leucina, triptofano, fenilalanina.   Spunti per ulteriori esplorazioni Negli archivi PDB vi sono anche numerose strutture di MDMX. Esaminatene qualcuna cercando "MDMX" Potete esplorare le interazioni di vari inibitori con MDM2 usando la pagina " Ligand View". Per esempio esplorate queste interazioni nel file PDB 1rv1.  Bibliografia5mnj: Nomura, K., Klejnot, M., Kowalczyk, D., Hock, A.K., Sibbet, G.J., Vousden, K.H., Huang, D.T. (2017) Structural analysis of MDM2 RING separates degradation from regulation of p53 transcription activity. Nat. Struct. Mol. Biol. 24: 578-587. Joerger, A.C., Fersht, A.R. (2016) The p53 pathway: origins, inactivation in cancer, and emerging therapeutic approaches. Annu. Rev. Biochem. 85, 375-404. 4xxb: Zheng, J., Lang, Y., Zhang, Q., Cui, D., Sun, H., Jiang, L., Chen, Z., Zhang, R., Gao, Y., Tian, W., Wu, W., Tang, J., Chen, Z. (2015) Structure of human MDM2 complexed with RPL11 reveals the molecular basis of p53 activation. Genes Dev. 29: 1524-1534. 3v3b: Baek, S., Kutchukian, P.S., Verdine, G.L., Huber, R., Holak, T.A., Lee, K.W., Popowicz, G.M. (2012) Structure of the stapled p53 peptide bound to Mdm2. J.Am.Chem.Soc. 134: 103-106. 1rv1: Vassilev, L.T., Vu, B.T., Graves, B., Carvajal, D., Podlaski, F., Filipovic, Z., Kong, N., Kammlott, U., Lukacs, C., Klein, C., Fotouhi, N., Liu, E.A. (2004) In vivo activation of the p53 pathway by small-molecule antagonists of MDM2. Science 303: 844-848. Iwakuma, T., Lozano, G. (2003) MDM2, an introduction. Mol. Cancer Res. 1, 993-1000. 1ycr: Kussie, P.H., Gorina, S., Marechal, V., Elenbaas, B., Moreau, J., Levine, A.J., Pavletich, N.P. (1996) Structure of the MDM2 oncoprotein bound to the p53 tumor suppressor transactivation domain. Science 274: 948-953.
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