|
有这么一个基因，它的突变在50%的癌症里都存在，也是目前我们所知的和癌症关系最大的单基因突变[1]。 它就是p53。 因为与癌症的密切关系，有不少科学家都把p53突变作为研究的重点。但是p53功能何其多，开发矫正药物也是难上加难[2,3]，奇点糕得实话实说——距离临床还远着呢。 既然矫正的挑战难度太高，我们是不是可以想办法从源头消灭这种突变呢？  11月13日发表的《自然通讯》上，德国德累斯顿工学院科学家带来了一项“黑科技”。他们开发出了一种 “p53报警器”，能够监测细胞中p53的正常功能，一旦p53发生突变，它将立刻启动“自毁程序”，炸掉这个要“叛变”的细胞[4]。 在正常的情况下，p53保持低调，但是一旦细胞产生状况，p53马上就挺身而出顶在一线。P53蛋白具有很多功能，像帮助DNA修复啦、调节细胞周期啦，DNA损伤没得救了，它还负责启动细胞凋亡程序，让细胞走得有尊严。从结果来看，p53倒是更像个转录因子，能够影响超多基因的表达。有研究数据表明，p53工作的时候，能影响上千个基因的表达 [5]。  看看，p53能管这么多事儿 但是，这就很令人惊讶了——如此重要的一个基因，竟然并不是细胞生存必需的。事实上，没有p53基因的小鼠一样能够长大成鼠，唯一不同的就是更容易得癌症罢了[6]。或许也正是因为p53突变并不会带来什么直接的表现，我们不能尽早发现，才让一批又一批的细胞投敌吧。 那我们能不能把细胞改造一下，让它们没p53就活不了呢？ 本项研究的通讯作者之一，Frank Buchholz教授想到了近年来火热的合成生物学。利用合成生物学的思路，设计一个“报警器”，让它感应P53蛋白，这样只要p53不正常在岗，细胞立马完蛋，从源头上就遏制了它们叛变的心。  Frank Buchholz 这个报警器设计起来倒也不难，毕竟p53能影响一千多个基因呢，有的受P53抑制，有的则受刺激，把它们的启动子剪出来，科学家就get到了一批天然的检测器。 那我们用什么来精准干掉细胞呢？ 不知道大家了不了解“自杀基因”系统，这里Buchholz教授选择的是单纯疱疹病毒胸苷激酶基因/更昔洛韦（HSV-TK/GCV）系统。简单来说，HSV-TK表达的是一种酶，能够促进GCV产生化学反应。GCV本来是一种没啥大碍的化合物，但是经过这个酶一催化啊，它立刻就变身杀手，chuachuachua的就把细胞干掉了。自杀基因系统常被用来治疗肿瘤和感染，HSV-TK/GCV则是目前使用的最广泛、最标准的一种。 研究者把报警器放进细胞里，再给细胞喂点GCV。只要p53还在岗，报警器就什么也不做；但是只要p53突变，细胞有叛变倾向，报警器立刻启动，自杀基因瞬间就把清水（GCV）变毒酒，细胞也甭考虑敌方开的条件了，直接拜拜了您那。 p53功能正常，抑制HSV-TK表达（上） p53突变，启动HSV-TK表达（下） 不过这也有个新疑问，P53正常情况下不是表达量很低吗，检测器够灵敏吗？会不会p53仍然在那干活，只是工作业绩不突出，就连累细胞被无辜裁员了啊？ 不用担心，聪明的科学家也想到了这个问题。毕竟保存有生力量最重要，Buchholz教授特地给报警器装了一个信号放大的装置，省得报警器一时近视，错把队友当敌人。 具体是怎么做的呢？想要抑制一个基因的表达，科学家有很多的方法，其中的一个就是利用短发卡RNA（shRNA）沉默目标基因。于是Buchholz教授设计了一个专门靶向HSV-TK基因的shRNA，只要p53还工作，它就陪着上班，丝毫不给HSV-TK表现的机会；p53罢工它也休息，舞台就让给HSV-TK了。这样即使很少量的P53蛋白也足以抑制HSV-TK，把它的表达量控制在一个很低的水平上，以防误伤正常细胞。 p53正常时，二者共同抑制HSV-TK表达，细胞存活（上） p53突变时，启动HSV-TK表达，将GCV转化为细胞毒性药物，细胞死亡（下） 这样我们就得到一个灵敏又有效的p53报警器了！那它实际用起来效果怎么样呢？ 研究者给p53突变了的癌细胞和没突变的癌细胞都安上报警器，给同一只小鼠种上，再给小鼠打点GCV。嘿，还别说，这玩意挺灵的，p53没突变那边肿瘤岿然不动，突变的肿瘤却死光光啦。  右：注射GCV的小鼠86天/82天，可见敲除p53基因的肿瘤（L）在报警器作用下停止生长、体积缩小；p53正常的肿瘤（R）继续生长 左：对照组小鼠77天/56天 “我们开始治疗癌症的时候，这些癌细胞往往已经发展很久了。” Buchholz教授说，“p53报警器首次实现了早期主动干预。具有p53突变的细胞，可以在很早的时候被选择性地检测出来消除掉，避免它们向癌细胞转化。”[7] 同时研究者也表示，要将p53报警器应用于临床，还有很长的路要走。转染方式、对p53的识别水平、自杀基因系统的选择等等都是需要考虑的问题。 奇点糕觉得，p53报警器除了杀肿瘤，稍微修改一下，把自杀基因换成绿色荧光蛋白（GFP）之类的标记物，也可以用来做检测嘛，不管是做药物筛选还是组织检测，应该都挺方便的。 p53敢突变就绿了😏。 编辑神叨叨 奇点糕其实还开了个更大的脑洞。 或许未来技术成熟，我们也会拥有以这种传感器为基础的癌症疫苗，每个小孩子出生都来上一针，人类就彻底和癌症say goobye啦~ 参考资料： [1] Levine, A. J. p53, the cellular gatekeeper for growth and division. Cell 88,323–331 (1997). [2] Mantovani, F., Walerych, D. & Sal, G. D. Targeting mutant p53 in cancer: a long road to precision therapy. FEBS J. 284, 837–850 (2017). [3] Cheok, C. F. & Lane, D. P. Exploiting the p53 pathway for therapy. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 7, a026310 (2017). [4] Mircetic J, Dietrich A, Paszkowski-Rogacz M, et al. Development of a genetic sensor that eliminates p53 deficient cells[J]. Nature Communications, 2017, 8(1): 1463. [5] Andrysik Z, Galbraith M D, Guarnieri A L, et al. Identification of a core TP53 transcriptional program with highly distributed tumor suppressive activity[J]. Genome Research, 2017, 27(10): 1645-1657. [6] Donehower, L. A. et al. Mice deficient for p53 are developmentally normal but susceptible to spontaneous tumours. Nature 356, 215–221 (1992). [7]https://www./releases/2017/11/171114104201.htm |
|
|
