连续三篇Nature子刊！源井基因敲除细胞系助力揭秘p53与BCL-2的互作机制

连续三篇Nature子刊！源井基因敲除细胞系助力揭秘p53与BCL-2的互作机制

抑瘤基因TP53是肿瘤发生过程中最常突变的基因，超过50%的人类肿瘤中都检测有TP53基因突变。p53蛋白在DNA损伤等细胞应激条件下被激活，调控多种细胞过程，包括细胞周期阻滞、抑制细胞增殖、促进细胞凋亡等。p53和B细胞淋巴瘤-2（BCL-2）蛋白家族在介导细胞凋亡过程中起着至关重要的作用。p53既可以作为转录因子调控凋亡相关基因的表达，也可以通过与BCL-2家族蛋白的直接相互作用发挥转录非依赖的线粒体细胞凋亡调节作用，然而现阶段对于p53与BCL-2蛋白家族相互作用的分子机制还知之甚少。

近日，中南大学湘雅医院陈永恒课题组在Nature子刊《自然通讯》（Nature Communications, IF: 16.6）上，发表了题为“Structures of p53/BCL-2 complex suggest a mechanism for p53 to antagonize BCL-2 activity（p53/BCL-2复合物结构揭示p53抑制BCL-2活性的机制）”的原创性研究论文。该研究采用源井生物构建的敲除TP53基因的HCT116细胞系，通过解析p53与抗凋亡蛋白BCL-2的复合物晶体结构，并结合生化与细胞实验，深入阐明了p53与BCL-2蛋白如何通过相互作用调节细胞凋亡的分子机制^[1]。

本项研究中，作者首先运用X射线晶体学获得了分辨率达2.5 Å 的p53与BCL-2复合物晶体结构。复合物结构显示，p53的两段柔性loop环直接结合在BCL-2蛋白表面的BH3疏水结合口袋上（图1）。位于相互作用界面的p53蛋白的Asp186、Leu188和Leu201以及BCL-2蛋白的Phe104、Arg107、Tyr108以及Arg146在蛋白-蛋白相互作用中发挥了关键作用，与突变相关的GST pull-down及MST实验也验证了这一结论。

图1 p53与抗凋亡蛋白BCL-2的复合物结构。

进一步的结构分析发现，p53在BCL-2表面的这一BH3疏水结合口袋正是BCL-2结合同家族促凋亡蛋白成员的主要区域（如促凋亡蛋白BAX），也是临床靶向药物（例如维奈托克Venetoclax）的靶向作用位置。为了进一步研究p53/BCL-2相互作用如何调控细胞凋亡，作者随后通过荧光偏振实验和微量热泳动实验等方法，验证了p53可以与BAX等促凋亡蛋白竞争性结合BCL-2，使得BAX等促凋亡蛋白释放出来进而促进线粒体外膜通透性（mitochondrial outer membrane permeabilization，MOMP）（图2）。 此外，作者在转录缺陷型p53（Ti-p53）的基础上设计了与BCL-2相互作用缺陷的p53突变体（Ti-p53^RRR），流式细胞实验证明转染了Ti-p53^RRR 的p53^-/-HCT116细胞相较于Ti-p53，细胞凋亡作用显著降低（图3）。

图2 p53竞争性抑制BCL-2与BCL-2家族促凋亡蛋白的相互作用。

图3 p53与BCL-2相互作用的突变会降低细胞凋亡。

综上所述，本研究揭示了p53与BCL-2蛋白相互作用并促进细胞凋亡的新机制，即p53通过直接占据BCL-2的BH3结合口袋与之形成复合物，并通过释放位于口袋的促凋亡BCL-2家族蛋白来拮抗BCL-2活性，从而促进细胞凋亡。这些结构和功能数据为进一步了解p53介导的线粒体凋亡的复杂调控机制提供了新的思路，也为研发靶向蛋白质间相互作用激活细胞凋亡的抗癌治疗策略提供了重要基础。

参考文献：

[1] Wei H, Wang H, Wang G, Qu L, Jiang L, Dai S, Chen X, Zhang Y, Chen Z, Li Y, Guo M, Chen Y. Structures of p53/BCL-2 complex suggest a mechanism for p53 to antagonize BCL-2 activity. Nat Commun. 2023 Jul 18;14(1):4300. doi: 10.1038/s41467-023-40087-2.