Medizinische Universität Graz

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Bibliografische Informationen

Titel

Komplementäre Omics-Strategien zur Entschlüsselung von p53-Signalnetzwerken unter Nährstoffstress

Kurzfassung

Die zelluläre Signaltransduktion durch Tumorsuppressorprotein TP53 (p53) ist ein wichtiger Stressreaktionsmechanismus, welcher Zellen vor ungewollten Veränderungen, wie zum Beispiel DNA-Schäden, DNA Replikationsstress, Telomer-Erosion, ribosomalem Stress, Hypoxie, Produktion von reaktivem Sauerstoff (ROS) oder epigenetischen Veränderungen schützt. Darüber hinaus wird p53 damit in Verbindung gebracht, die Zelle an Schwankungen der Nährstoffverfügbarkeit (z.B. Kohlehydrate, Fette) anzupassen. Die zellulären Reaktionen auf Nährstoffentzug sind reversible Prozesse wie Zellzyklusstillstand, DNA-Reparatur oder Autophagie, die über den p53 Stoffwechselweg vermittelt werden. Die Funktionen von p53 werden dabei durch direkte Protein-Protein Interaktion („Interaktom“) mit Signalproteinen vermittelt, was letztlich zu einer Aktivierung von p53 als Transkriptionsfaktor führt, wodurch zellprotektive Programme gestartet werden.
In dieser Studie zeigen wir in einer humanen Hepatoma-Zelllinie (HepG2), dass der Entzug von Nährstoffen zu einer robusten Stabilisierung von p53 im Zellkern führt. Mithilfe von Proteomik-Methoden (BioID) bestimmen wir das zytoplasmatische p53-Interaktionsnetzwerk während der unmittelbar nach Nahrungsentzug stattfindenden Hungerreaktion und zeigen, dass p53 sowohl von mehreren Stoffwechselenzymen als auch von Proteinkinase PAK2, deren direkte Bindung an die DNA-Bindungsdomäne von p53 mittels Nukleärer Magnetresonanz (NMR)-Studien bestätigt wurde, dissoziiert. Nach Translokation von p53 in den Zellkern analysierten wir das das nukleäre Interaktom mit einer weiteren Proteomik-Methode („Chromatin-Immunopräzipitation“), welche die Proteininteraktion von p53 mit anderen DNA-bindenden Proteinen ermöglicht. Mit dieser Methode war es uns möglich, die neue p53-Interaktoren SORBS1 (Insulinrezeptor-Signalisierung) und UGP2 (Glykogensynthese) zu bestätigen. Schließlich konnten wir auch zeigen, dass die DNA-Bindung von p53 nach verlängertem Nährstoffentzug hungerspezifische Transkriptionsprogramme startet, welche bisher nicht bekannt waren.
Zusammengenommen beschreiben unsere komplementären Ansätze mehrere Knotenpunkte der p53-Signalkaskade bei Nährstoffentzug und werfen ein neues Licht auf die Mechanismen von p53 als Sensor für Nährstoffstress. In Anbetracht der zentralen Rolle von p53 in der Krebsbiologie und der positiven Auswirkungen des Fastens in der Krebsbehandlung, könnten die in dieser Studie identifizierten Interaktionspartner und Netzwerke neue pharmakologische Ziele zur Feinabstimmung der p53-Aktivität aufzeigen.

Schlagwörter

p53, Nährstoffstress, Proteomik, BioID, RIME, Fasten, Leberkrebs, HepG2

Anzahl Seiten

Publikationsjahr

2022

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