Введение

Белок p21Cip1 (альтернативно p21Waf1), также известный как ингибитор киназы, зависящий от циклина 1 или CDK-интерактивный белок 1, является ингибитором киназы, зависящим от циклина (CKI), который способен ингибировать все комплексы циклина / CDK, хотя в первую очередь связан с ингибированием CDK2. p21 представляет собой основную мишень активности p53, и, таким образом, связана с связью повреждения ДНК с остановкой клеточного цикла. Этот белок кодируется геном CDKN1A, расположенным на хромосоме 6 (6p21.2) у человека.

Ингибирование CDK

p21 является мощным ингибитором циклинозависимой киназы (CKI). Белок p21 (CIP1/ WAF1) связывается с циклиновыми комплексами CDK2, CDK1 и CDK4/ 6 и ингибирует их активность, таким образом, он выполняет функции регулятора прогрессирования клеточного цикла на фазе G1 и S. Связывание p21 с комплексами CDK происходит через N-терминальный домен p21, который является гомологичным другим ингибиторам CIP/ KIP CDK p27 и p57. Эксперименты, изучающие активность CDK2 в отдельных клетках, также показали, что p21 отвечает за бифуркацию активности CDK2 после митоза, клетки с высоким p21 входят в состояние G0/покой, в то время как клетки с низким p21 продолжают размножаться. В последующих исследованиях были обнаружены доказательства того, что эта бистабильность поддерживается двойной отрицательной обратной связью между p21 и CDK2, где CDK2 ингибирует активность p21 через активность убиквитин-лигазы.

Ингибирование PCNA

p21 взаимодействует с пролиферативным клеточным ядерным антигеном (PCNA), аксессуарным фактором ДНК- полимеразы, и играет регуляторную роль в репликации ДНК S- фазы и восстановлении повреждений ДНК. В частности, p21 обладает высоким аффинностью к области связывания коробки PIP на PCNA, связывание p21 с этой областью предлагается блокировать связывание процессивности факторов, необходимых для синтеза S-фазы ДНК, зависящей от PCNA, но не от репарации высечения нуклеотидов, зависящей от PCNA (NER). Таким образом, p21 действует как эффективный ингибитор синтеза S-фазы ДНК, хотя и позволяет NER, что приводит к предложению, что p21 действует для предпочтительного выбора факторов процессивности полимеразы в зависимости от контекста синтеза ДНК.

Ингибирование апоптоза

Сообщалось, что этот белок специфически расщепляется CASP3-подобными каспазами, что приводит к резкой активации CDK2 и может играть важную роль в процессе апоптоза после активации каспазы. Однако p21 может ингибировать апоптоз и не вызывает смерть клеток самостоятельно. Также сообщалось о способности p21 ингибировать апоптоз в ответ на стресс репликации вилки.

p53-зависимый ответ

Исследования задержки клеточного цикла, зависящей от p53, в ответ на повреждение ДНК, определили p21 в качестве основного медиатора задержки клеточного цикла в дальнейшем. В частности, El Deiry et al. В результате исследования было выявлено белок p21 (WAF1), который присутствовал в клетках, экспрессирующих дикий тип p53, но не в клетках с мутантным p53, кроме того, конститутивная экспрессия p21 привела к остановке клеточного цикла в ряде клеточных типов. Дульчик и др. Также было обнаружено, что облучение фибробластов γ индуцировало задержку клеточного цикла, зависящую от p53 и p21, здесь p21 был связан с неактивными комплексами циклина E / CDK2. Работая на мышиных моделях, было также показано, что в то время как мыши, не имеющие p21, были здоровы, у них развивались спонтанные опухоли, а контроль контрольной точки G1 был нарушен в клетках, полученных от этих мышей. Кроме того, исследования уровней р21 в популяциях циклических клеток, не подверженных воздействию повреждающих ДНК агентов, показали, что повреждение ДНК, происходящее в фазе S материнской клетки, может вызвать накопление р21 как на фазе G2 материнской клетки, так и на фазе G1 дочерней клетки, что впоследствии вызывает остановку клеточного цикла; это ответственно за бифуркацию в активности CDK2, наблюдаемую в Spencer et al. Исследования также показали, что комплекс E3 убиквитин-лигазы CRL4Cdt2 разрушает р21 в зависимости от PCNA в фазе S, необходимой для предотвращения репликации, зависящей от р21, а также в ответ на ультрафиолетовое облучение. Недавние исследования показали, что в клеточных линиях человека SCFSkp2 разлагает p21 к концу фазы G1, позволяя клеткам выходить из состояния покоя, в то время как CRL4Cdt2 действует для разложения p21 гораздо быстрее, чем SCFSkp2 в течение перехода G1/S, и впоследствии поддерживает низкие уровни p21 на протяжении фазы S.

Клиническое значение

Экспрессия цитоплазматического p21 может быть значительно коррелирована с метастазами лимфатических узлов, отдаленными метастазами, продвинутой стадией TNM (классификация стадии рака, которая означает: размер опухоли, описывающий близлежащие лимфатические узлы и отдаленные метастазы), глубину инвазии и ОС (общая выживаемость). Исследование иммуногистохимических маркеров в злокачественных опухолях эпителия тимья показывает, что экспрессия p21 оказывает негативное влияние на выживаемость и значительно коррелирует с ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) типа B2/B3. В сочетании с низким p27 и высоким p53, снижается DFS (смертность без болезни). p21 оказывает сопротивление гематопоэтических клеток к ВИЧ- инфекции путем комплексирования с интегразой ВИЧ и тем самым прерывает хромосомную интеграцию провируса. У ВИЧ-инфицированных людей, которые естественным образом подавляют репликацию вируса, повышены уровни р21 и связанной с ним мРНК. Экспрессия p21 влияет как минимум на две стадии жизненного цикла ВИЧ внутри CD4 Т-клеток, значительно ограничивая выработку новых вирусов. В метастатических опухолях молочной железы у собак наблюдается повышенный уровень р21 в первичных опухолях, а также в их метастазах, несмотря на повышенную пролиферацию клеток. Мыши, у которых отсутствует ген p21, получают способность регенерировать утраченные придатки.