基于原子力显微镜研究 p53 蛋白与 PBＲ322 DNA 的相互作用

目前来说，肿瘤依然难以攻克。肿瘤(癌症)是由于细胞在复制过程中，DNA损伤不能修复导致的细胞无限增殖或者细胞凋亡而形成的。众多研究发现，在人类恶性肿瘤疾病中，肿瘤细胞中的p53基因至少有50%发生了突变。但是，p53蛋白具有识别和修复损伤DNA的效果，从而达到抑癌作用。因此，p53蛋白也叫肿瘤抑制蛋白，是参与细胞复制的关键蛋白之一，对于细胞的凋亡、基因的保护和避免癌症发生有着重要的意义。

现在，众多研究者对于p53蛋白的结构都有一致的认识，认为p53蛋白是由393个残基构成的多域蛋白。这个多域蛋白可分为五部分，分别为:(1)N端域(N-terminaldomain，N-ter)-末端转录活化区，能与一系列的蛋白结构结合，调节p53的转录功能和其与DNA的解离;(2)信号区，富含脯氨酸，有5个脯-X-X-脯重复顺序，此区不是转录活化区所必须的，但对诱导细胞凋亡是必须的;(3)DNA特异性结合域(DNAbindingdomain，DBD)，也叫核心域(coredomain)，可以特异性结合到DNA;(4)四聚化域(tetramerizationdomain，Tet);(5)C端域(C-terminaldomain，C-ter)部分与DNA非特异性结合。学者们对于p53-DNA相互作用也提出了两个滑动搜索机制:(1)一维滑动模式。p53蛋白持续与DNA保持接触形式，沿着DNA滑动扩散。(2)“Hopping”模式和“Jumping”模式。Hopping模式，是p53蛋白在一条DNA上跳跃行走。Jumping模式，是p53蛋白从一条DNA上跳跃到另外一条DNA上，这种情况很少发生。一直以来，大家关注最多的是p53蛋白在DNA上的滑动机制。然而，p53蛋白与DNA相互作用的机制还没有完全被搞清楚。可以通过p53蛋白与DNA相互作用的结果推演其作用机制，为完善此作用机制提供可能和方向。金属离子对于p53-DNA相互作用也有一定影响。比如一些有毒的离子(如汞、镉、铜等)可以结合到p53蛋白，破坏p53蛋白的结构和p53蛋白与DNA的亲和力。再比如镁和锌离子等可以增强p53蛋白的结构和p53蛋白与DNA的亲和力。在本文中，我们基于AFM扫描p53蛋白与PBＲ322DNA相互作用的图像，直观地展现了p53与环状DNA的相互作用结果。研究发现，p53蛋白可以使环状DNA自身形成聚集或者相交。而对于5000bpDNA的效果很不明显，对于20000bpDNA则没有这样的现象。此外，也发现在高浓度镁离子环境下，环状DNA会扭转成为麻花状，即形成超螺旋结构。这一现象，可以为p53蛋白功能和作用机理研究提供启示，也希望为癌症治疗、癌症药物开发以及癌症检测方法提供启示。

在p53蛋白与PBＲ322DNA相互作用的AFM图像中，可以直观地看到p53与环状DNA的相互作用结果。在镁离子浓度为3mmol/L，并且没有p53蛋白时，可以很直观地看到PBＲ322环状DNA都呈现自由的环状，基本没有相交现象出现。当加入p53蛋白时，环状DNA自身形成聚集或者相交，即环状DNA自身出现更多的环，有的甚至呈现棒状。对于5000bpDNA有类似效果，却很不明显，对于20000bpDNA没有这样的现象。但是，在高浓度(20mmol/L)镁离子环境下，环状DNA会扭转成为麻花状，甚至出现超螺旋。我们认为，这一现象的出现有两方面的原因:一个是p53蛋白与DNA间相互静电的作用，另一个是高浓度镁离子增强了p53蛋白与DNA之间的亲和力。镁离子可以与p53残基结合，增强结构稳定性，并且可以增加残基电荷量，使其可以与带负电的DNA有更强的静电相互作用力。

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