《eLife》：明星抑癌基因p53如何发挥作用？

　　

生物通报道：p53为肿瘤抑制蛋白（也称为p53蛋白或p53肿瘤蛋白），属于最早发现的肿瘤抑制基因（或抑癌基因）之一。p53蛋白能调节细胞周期和避免细胞癌变发生。因此，p53蛋白被称为基因组守护者。总而言之，其角色为保持基因组的稳定性，避免突变发生。在遏制肿瘤细胞生长、DNA修复、以及细胞程序化死亡等方面扮演着十分重要的角色。通常50%以上的癌症病人中p53基因发生了突变。

最近，美国科罗拉多大学（UC）癌症中心和科罗拉多大学博尔德分校的科学家们，使用一种新技术，通过确定p53调控其他什么基因，梳理出p53基因如何能抑制肿瘤。相关研究结果于2014年5月27日发表在国际生命科学领域的顶尖杂志《eLife》，描述了由p53直接调控的几十个新基因。

该论文的作者称，进一步的研究可以探究：这些基因中有哪一些是p53抑癌作用所必需的基因？癌症细胞如何规避p53激活的这些基因？医生如何能减缓癌细胞免于遗传学抑制而保持安全的能力。

从1979年发现至今，p53基因已经被详尽的研究过，在30多年的研究中，以p53基因为主题发表的论文有50,000多篇。p53自发现以来就与癌症结下了不解之缘，这个人类肿瘤中突变最频繁的单个基因能通过促进细胞老化来防止细胞癌变，通常情况下发生突变或有危险的细胞会收到信号让其停止生长或死亡，但缺乏p53的细胞会无视这些信号。

因此，所有癌症都要应对p53的抗肿瘤作用。一般来说，癌细胞有两种方式应对其抗肿瘤作用：通过直接使p53基因产生突变，或通过产生一种称为MDM2的蛋白质，这种蛋白能阻止p53发挥功能。

在这项研究中，研究人员探讨的是第二种策略：癌细胞通过产生MDM2蛋白质来阻断p53的功能。研究人员推断，用一种MDM2抑制剂治疗患者，应该能够使p53重新开始其抗癌活性。

CU癌症中心研究人员、CU博尔德分校分子、细胞和发育生物学副教授Joaquín Espinosa指出：“MDM2抑制剂，已经通过第一阶段的人体试验，可有效地激活p53，但只能杀死约20分之一的肿瘤。问题是为什么？在这些癌症细胞中发生了什么，从而使它们能够逃避p53的作用？”

Espinosa称，答案在于该基因的“下游”影响。P53基因单独不会对癌症起作用。相反，它是一个主开关，会发动许多导致癌细胞摧毁的遗传学事件。直到现在，我们都还不清楚到底是哪些基因直接由p53激活。

关于p53作用的知识不够完整，并不是因为缺乏研究兴趣。研究人员已经发表了成千上万的论文，探究p53的靶标，事实上，许多遗传靶标在以前是已知的。大多数这些研究，是通过测量RNA的水平，来确定遗传学靶标。

当一个基因被激活时，它会制造一种蛋白质。但是在基因及其蛋白质产物之间，是RNA可测量的一步——基因特异性RNA越多，被运送至细胞制造中心的基因信息蓝图就越多，最终产生更多的蛋白质。研究人员往往通过测量RNA，来探究哪些基因正在被其他基因打开或关闭。

Espinosa称：“但问题是，测量总的RNA水平，就好比看一个装满水的巨大水桶——你看得到水，但是你真正并不知道它来自哪里。想象一下，你正在把水滴入这个水桶——这需要很长一段时间才能在总水位水平上产生一个可测量的变化。”

同时，很难用传统的方法来判断：增加的RNA是否是一个基因的直接效应，或者桶里更多的RNA是否是两或三步去除信号的产物。P53 基因可能会激活另外一个基因，该基因又激活另一个，如此直至很远的下游结果是RNA增加。

Espinosa称：“相反，为了测量p53的直接遗传靶标，我们测量的不是桶里的水，而是往桶里滴水的水龙头。”

他们使用的技术被称为GRO-Seq（或总的运行测序），它检测的是正在产生的新RNA，而不是总RNA水平。Espinosa介绍说：“世界各地的许多研究小组，已经获得了癌细胞，用MDM2抑制剂处理它们，然后要等待很久，以探究哪个基因被打开，而且并不严密。GRO-Seq可让我们在几分钟之内做到这一切，而得到大量结果。”

这一技术也产生了惊人数量的数据。这是因为，在p53激活之前和之后，需要计算成千上万个RNA分子。所以，实验需要设计运算法则——用于解决问题的指令集，来分类数据，计算机生物学家通过操纵超级计算机来达到这些目的。

Espinosa与CU博尔德分校BioFrontiers研究所的计算生物学家Robin Dowell合作。他们共同指导博士后研究人员Mary Allen，她既能做分子生物学方面的工作，也能做计算机方面的工作。Dowell称：“数据收集花了一年的时间，计算机分析花了一年半的时间。”这些结果帮助科学家们确定了p53直接调控的几十个新基因，这可能会带来未来的抗癌策略。

GRO-Seq技术也有其他深远的应用。例如，Dowell实验室计划寻找一种RNA，这种RNA的合成，因唐氏综合征患者21号染色体的三分之一拷贝而发生改变。

（生物通：王英）

延伸阅读：杰青《PNAS》解析明星抑癌基因。

生物通推荐原文摘要：
Global analysis of p53-regulated transcription identifies its direct targets and unexpected regulatory mechanisms
Abstract: The p53 transcription factor is a potent suppressor of tumor growth. We report here an analysis of its direct transcriptional program using Global Run-On sequencing (GRO-seq). Shortly after MDM2 inhibition by Nutlin-3, low levels of p53 rapidly activate ∼200 genes, most of them not previously established as direct targets. This immediate response involves all canonical p53 effector pathways, including apoptosis. Comparative global analysis of RNA synthesis vs steady state levels revealed that microarray profiling fails to identify low abundance transcripts directly activated by p53. Interestingly, p53 represses a subset of its activation targets before MDM2 inhibition. GRO-seq uncovered a plethora of gene-specific regulatory features affecting key survival and apoptotic genes within the p53 network. p53 regulates hundreds of enhancer-derived RNAs. Strikingly, direct p53 targets harbor pre-activated enhancers highly transcribed in p53 null cells. Altogether, these results enable the study of many uncharacterized p53 target genes and unexpected regulatory mechanisms.