p53 종양 억제 단백질 기능 규명 연대기
203
연표
1979
[p53 단백질의 초기 발견]
1979년은 p53 단백질이 세상에 알려진 기념비적인 두개의 논문이 거의 동시에 발표되었습니다. 이들은 숙주 단백질(53 kDa)이 SV40 Large T-Antigen에 결합함을 확인하였고 이는 초기에 암유전자로 오분류되는 배경을 제공하게 되었습니다.
T antigen is bound to a host protein in SV40-transformed cells. Lane DP, Crawford LV. Nature. 1979 Mar 15;278(5701):261-3. doi: 10.1038/278261a0.
Characterization of a 54K dalton cellular SV40 tumor antigen present in SV40-transformed cells and uninfected embryonal carcinoma cells. Linzer DI, Levine AJ. Cell. 1979 May;17(1):43-52. doi: 10.1016/0092-8674(79)90293-9.
1980
[p53 단백질 기능 혼돈의 시대]
1980년대에는 p53이 종양유전자로 믿고 많은 연구를 진행했습니다. 사실 근거가 없었던 것은 아닙니다. 예를 들면 숙주 단백질 p53과 반응하는 항체가 원발성 또는 이차성 유방암 환자의 혈청에서 발견되었다는 보고가 있었습니다. 1985년에는 , p53 cDNA 클론을 다른 활성화된 암유전자Ha-ras와 함께 세포에 과발현시켰을 때 심하게 변형된 종양 형성 세포로 형질전환할 수 있다고 Nature에 발표도 했습니다.
Detection of antibodies against the cellular protein p53 in sera from patients with breast cancer (1982) L. V. Crawford, D. C. Pim, R. D. Bulbrook International Journal of Cancer 30(4):403-408 https://doi.org/10.1002/ijc.2910300404
Overproduction of p53 antigen makes established cells highly tumorigenic (1985) D. Eliyahu, D. Michalovitz, M. Oren Nature volume 316:158–160
1988
[종양유전자 p53 의문 제기]
1988년 Levine 연구그룹은 그들의 연구 결과를 분석하여 처음으로 올바른 p53 야생형 서열이 무엇인지, 그리고 야생형 p53 유전자가 배양된 세포를 형질전환할 수 있는지에 대한 의문을 제기합니다.
이전 연구 결과들이 주는 혼란의 근본적인 원인은, 당시 실험에 사용되던 p53 cDNA 클론들 대부분이 사실은 야생형(Wild-Type, WT)이 아니라 DNA 결합 도메인에 돌연변이를 가진 '기능 상실(Loss-of-function)' 또는 '우성-음성(dominant-negative)' 돌연변이 형태였다는 사실이 후속 연구에서 밝혀졌기 때문입니다. 암세포에서 흔히 발견되는 p53 돌연변이체는 야생형 p53과 결합하여 그 기능을 우세하게 억제하는 경향이 있으며, 이러한 돌연변이 클론을 사용한 실험은 p53의 본질적인 기능을 오도했습니다.
Activating mutations for transformation by p53 produce a gene product that forms an hsc70-p53 complex with an altered half-life (1988) CA Finlay, PW Hinds, TH Tan, D Eliyahu, M Oren, AJ Levine Molecular and Cellular Biology 8(2):531-539 https://doi.org/10.1128/mcb.8.2.531-539.1988
1989
[야생성 p53 유전자 확인]
Levine 연구 그룹은 야생성 p53 유전자의 기능을 확인했습니다. 이 연구는 정상 마우스 DNA에서 유래한 야생형 p53 (135번 위치에 알라닌(Alanine)을 가짐)은 암유전자 $ras$와 협력하여 세포를 형질전환시키지 못함을 입증했습니다. 그러나 이 135번 위치의 아미노산을 발린(Valine)과 같은 돌연변이 형태로 치환했을 때, p53은 비로소 $ras$와 협력하여 형질전환 능력을 보였습니다. 이 결과는 이전에 '암유전자'로 오인되었던 p53의 기능은 특정 돌연변이에 의해 유도된 기능이었으며, 야생형 p53의 본질적인 기능이 아님을 명확히 했습니다.
Mutation is required to activate the p53 gene for cooperation with the ras oncogene and transformation (1989) P Hinds, C Finlay, AJ Levine Journal of virology 63(2):739-746 https://doi.org/10.1128/jvi.63.2.739-746.1989
[야생형 p53 종양 억제자로 확인됨]
[야생형 p53, 종양 억제자로 확인됨]
M Oren 연구그룹은 1989년 야생형(wt) p53이 종양을 억제한다는 최초의 보고를 했습니다. 이는 기념비적인 연구 결과입니다.
야생형(wt) p53을 암호화하는 플라스미드가 돌연변이 p53과 ras의 조합에 의한 1차 쥐 배아 섬유아세포의 형질전환 능력에 미치는 영향을 연구했습니다. wt p53 플라스미드는 실제로 형질전환된 병소의 수를 현저히 감소시키는 것으로 나타났습니다. 또한, wt p53 플라스미드는 myc + ras 또는 아데노바이러스 E1A + ras와 같은 진정한 종양유전자의 조합에 의한 형질전환된 병소의 유도도 억제했습니다. 반면, p53 암호화 영역에 돌연변이를 가진 플라스미드는 종양유전자에 의한 병소 유도를 전혀 억제하지 못했고, 심지어 약간만 자극하기도 했습니다. 따라서 이러한 돌연변이는 "억제자" 효과를 담당하는 야생형 p53의 활성을 완전히 없앴습니다.야생형 p53 발현이 종양 진행을 제한할 수 있으며, p53 불활성화가 종양 형성에 중요한 역할을 할 수 있다는 가설을 뒷받침합니다.
Wild-type p53 can inhibit oncogene-mediated focus formation. (1989) D Eliyahu, D Michalovitz, S Eliyahu, O Pinhasi-Kimhi, M Oren Proceedings of the National Academy of Sciences 86(22): 8763-8767 https://doi.org/10.1073/pnas.86.22.8763
1991
[p53 염기서열 특이적 DNA 결합]
B Vogelstein 연구팀은 1991년 p53이 게놈 내의 특정 인식 서열(p53 Response Element)에 특이적으로 결합할 수 있는 능력을 가진 전사 인자임을 확인했습니다.12 이 연구는 33 염기쌍 정도로 짧은 특정 구아닌(Guanine) 서열이 p53 결합에 필수적임을 보여주었습니다.
이 발견의 핵심적인 중요성은 다음과 같습니다. 첫째, p53이 단순히 다른 단백질과 상호작용하는 보조 단백질이 아니라, 특정 유전자 발현을 직접 활성화하는 마스터 스위치임을 입증했습니다. 둘째, 인간 종양에서 흔히 발견되는 두 가지 미스센스 돌연변이(missense mutations)를 가진 p53 단백질은 이 DNA 결합 능력을 현저히 상실했다는 사실을 확인함으로써, p53의 종양 억제 기능이 이 염기서열 특이적 결합 활동을 통해 매개됨을 확고히 했습니다.
[p53 세포사멸 유도]
Moshe Oren 연구그룹은 1991년 야생성 p53의 발현이 세포를 능동적으로 사멸(Apoptosis)로 이끌 수 있음을 시연하였습니다. 연구자들은 온도 감수성(temperature-sensitive) p53 돌연변이를 발현하는 골수성 백혈병 세포주를 사용했습니다. 이 돌연변이 단백질은 비활성 상태(고온, 섭씨 37도)에서 돌연변이 p53처럼 행동하지만, 온도를 낮추면(섭씨 32도) 야생형 p53의 구조와 기능을 갖게 됩니다. 야생성 p53이 활성화되는 조건에서 해당 세포가 세포 사멸을 겪는다는 결정적인 관찰이 이루어졌습니다.
이 발견은 p53이 단순히 증식을 늦추는 정지 신호만이 아니라, 복구할 수 없는 손상을 입은 세포를 제거하는 능동적인 '사망 신호'를 전달하는 단백질임을 입증했습니다. 이는 p53을 "게놈의 수호자(Guardian of the Genome)"로 부르는 핵심적인 이유가 되었습니다.
Wild-type p53 induces apoptosis of myeloid leukaemic cells that is inhibited by interleukin-6 E Yonish-Rouach, D Resnftzky, J Lotem, L Sachs, A Kimchi, M Oren Nature 352: 345–347.
1992
[MDM2 결합 및 p53 활성 억제]
[MDM2 결합 및 p53 활성 억제]
1992년 Levine 연구팀은 MDM2가 p53과 결합하여 p53의 활성을 억제한다는 것을 밝혀 Cell에 발표하였습니다. 즉, MDM2는 p53에 결합하여 p53의 종양억제 기능을 차단하는 oncoprotein 역할을 수행한다는 것입니다. 나아가 mdm2 유전자가 종양에서 증폭(amplification)되는 경우,
→ 과도한 MDM2 → p53 억제 → 종양 성장 촉진 이라는 모델을 제시하였습니다.The mdm-2 oncogene product forms a complex with the p53 tumor suppressor protein. (1992) Momand J, Zambetti GP, Olson DC, George DL, Levine AJ. Cell. 69(7):1237-45. doi: 10.1016/0092-8674(92)90644-r.
1993
[MDM2 자가 조절 루프 완성]
1993년 Oren 연구그룹은 MDM2 유전자가 p53 단백질의 직접적인 전사 표적이며, WT p53의 활성에 의해 MDM2 발현이 유도됨을 보고했습니다.
mdm2 expression is induced by wild type p53 activity. (1993) Barak Y, Juven T, Haffner R, Oren M. EMBO J. 12(2):461-468. doi: 10.1002/j.1460-2075.1993.tb05697.x.
이러한 발견으로 분자 생물학적 조절 기전의 고전적인 예인 MDM2-p53 자가 조절 음성 피드백 루프를 완성하게 됩니다.
1. p53이 활성화되면 MDM2 유전자의 전사를 촉진하여 MDM2 단백질 생성을 증가시킵니다.
2. 증가된 MDM2 단백질은 다시 p53에 결합하여 p53을 유비퀴틴화하고 분해를 유도하며, p53 수치를 낮춥니다.
3. p53 수치가 낮아지면 MDM2 유전자 유도가 감소합니다.
[p53의 4량체 구조 확립]
1993년 Prives 연구그룹은 p53이 기능적으로 활성화되기 위해 4개의 서브유닛이 결합한 테트라머를 형성해야 함을 확인하였습니다.
The p53 protein is an unusually shaped tetramer that binds directly to DNA. (1993) P N Friedman, X Chen, J Bargonetti, and C Prives Proc Natl Acad Sci U S A.90(8):3319-3323. doi: 10.1073/pnas.90.8.3319.
[p53의 전사 표적 유전자 WAF]
[ p53의 전사 표적 유전자, WAF1(p21)]
DNA 손상이 발생했을 때 세포 주기를 G1기에서 일시적으로 정지시켜 손상 복구를 위한 시간을 벌어주는 것이 p53의 대표적인 핵심 기능 가운데 하나입니다. Vogelstein 연구진은 1993년 WAF1(p21)이 p53의 직접적인 전사 표적 유전자임을 최초로 제시했습니다. p53이 활성화되면 WAF1의 전사가 증가합니다. 이는 DNA 손상 → p53 활성화 → WAF1 증가라는 경로가 존재함을 처음으로 분명히 보여준 것입니다. WAF1(p21)이 CDK(cyclin-dependent kinase)를 억제하여 세포주기 정지(G1 arrest)를 유도합니다. WAF1 단백질은 CDK2–Cyclin E, CDK4–Cyclin D 등 세포주기 진행에 핵심적인 CDK 복합체를 강력하게 억제합니다.
WAF1, a potential mediator of p53 tumor suppression. (1993) El-Deiry WS, Tokino T, Velculescu VE, Levy DB, Parsons R, Trent JM, Lin D, Mercer WE, Kinzler KW, Vogelstein B. Cell. 75(4):817-825. doi: 10.1016/0092-8674(93)90500-p.
이 논문은 WAF1(p21)이 p53의 직접적 전사 표적이며, CDK 억제를 통해 세포주기를 멈추게 하는 p53 종양억제 기능의 핵심 매개자임을 처음으로 규명한 연구입니다.
이 논문이 이후 가져온 영향은 다음과 같습니다.
WAF1은 이후 p21^Cip1/Waf1로 명명되고, p53–p21–CDK–Rb 축은 종양억제 신호의 중심 경로로 자리 잡았습니다. p21은 또한 노화(senescence), DNA repair, differentiation 등 광범위한 p53 기능의 핵심 중개자로 인식되었습니다.
1997
[MDM2는 p53의 E3 ligase]
1997년 Yasuda 연구팀은 MDM2 단백질이 p53을 ubiquitin화하여 프로테아좀에 의한 분해로 유도할 수 있음을 보여주었고 후속연구를 통해 2000년에 MDM2의 C-말단에 있는 RING finger 도메인이 E3 ubiquitin 리가아제 활성을 위해 필수적이라는 것을 보여줍니다.
Oncoprotein MDM2 is a ubiquitin ligase E3 for tumor suppressor p53 (1997) Reiko Honda, Hirofumi Tanaka, Hideyo Yasuda FEBS Letters 420(1): 25-27 DOI: 10.1016/S0014-5793(97)01480-4
Activity of MDM2, a ubiquitin ligase, toward p53 or itself is dependent on the RING finger domain of the ligase (2000) R. Honda, H. Yasuda Oncogene 19(11):1473-1476
1998
[p53 연구 개발 요약]
I. p53의 기원: 초기 발견과 정체성 혼란 (1979년–1988년)
I.1. 53 kDa 단백질의 공동 발견 (1979년)
I.2. 초기 암유전자 패러다임과 종양 억제자로의 전환 배경 (1980년대초 중반)
II. 패러다임 전환: 종양 억제자로서의 확립 (1989년–1990년)
II.1. 야생형 p53의 형질전환 억제 능력 규명 (1989년)
II.2. p53의 기능적 구조 이해와 우성-음성 효과의 설명
III. 분자 메커니즘의 해명: 전사 인자로서의 p53 (1991년–1993년)
III.1. 염기서열 특이적 DNA 결합 인자로서의 정의 (1991년)
III.2. 기능적 구조의 확립: p53의 도메인 구성 (1993년)
IV. 핵심 실행 경로: 세포 운명 결정의 제어 (1991년–1993년)
IV.1. 세포 사멸 (Apoptosis) 유도 기능의 발견 (1991년)
IV.2. G1 세포 주기 정지의 매개체: p21/WAF1의 발견 (1993년)
IV.3. 세포 운명 결정의 중앙 스위치 역할
V. p53의 자가 조절 회로: MDM2 음성 피드백 루프 (1992년–1993년)
V.1. MDM2: p53의 주요 음성 조절자 발견 (1992년)
V.2. MDM2-p53 자가 조절 피드백 루프의 완성 (1993년)
p53이 처음 발견된 1979년부터 그 핵심적인 종양 억제 기능이 분자적 수준에서 해명된 1993년까지, 단 15년 만에 p53은 암유전자라는 오해에서 벗어나 암 방어의 핵심 조절자로서 확고한 위치를 차지했습니다. 그리고 지금 현재까지도 암을 정복하기 위해 가장 많이 연구되고 있는 단백질 가운데 하나입니다. p53의 새로운 기능이 발견되어 이 연대기가 좀 더 보강되길 바랍니다.
By Thierry Soussi - 자작, 퍼블릭 도메인, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1867723
