Evading the guardian of the genome: a biophysical study on p53 mutations

Abstract

p53, the most frequently mutated protein in human cancers, is a tumor-suppressor in charge of regulating gene expression when there is DNA damage to prevent the cell from becoming cancerous. p53 can only carry out this regulatory function when found in the proper structural form consisting of an aggregate of four identical p53 subunits, a tetramer. The region of the protein which allows the formation of this functional p53 tetramer is the so-called tetramerization domain (p53-TD), characterized by its helical structure. Of special importance are the mutations found in this tetramerization domain, since they inhibit the formation of the tetramer and, therefore, its function. Our research focuses on studying how two cancer-related mutations in the p53-TD, L344P and R337H, affect the helicity of the fragment and the formation of its functional tetrameric structure by using nuclear magnetic resonance (NMR). We found that the R337H mutant remained folded in its normal helical structure and was completely in its tetrameric form at a concentration of 100 μM, but was in its monomeric state 11% of the time at a lower concentration of 25 μM. However, the L344P mutant was always found unfolded and in its monomeric state, regardless of the concentration. In this study we show that the mutation L344P severely affects the helicity of the fragment and thus the protein’s ability to tetramerize and suppress tumor formation, while the R337H mutant does not inhibit the formation of the domain’s helical structure, but can still give rise to unfunctional p53 when found at a low concentration.

La p53, la proteïna més mutada en càncer, és una supressora de tumors que s’encarrega de regular l’expressió gènica quan es danya l’ADN d’una cèl·lula per evitar que es torni cancerosa. Aquesta funció només la pot dur a terme quan es troba en la seva estructura funcional tetramèrica. La regió de la proteïna que permet que es formi aquest tetràmer funcional és l'anomenat domini de tetramerització, caracteritzat per la seva estructura helicoidal. Són d’especial importància les mutacions que es troben en aquest domini, ja que impedeixen la formació del tetràmer i, per tant, la seva funció. La nostra recerca se centra en l’estudi de com dues mutacions que s’han trobat en aquest domini en pacients de càncer, la L344P i R337H, afecten l’helicitat del fragment i la formació de la seva estructura quaternària funcional mitjançant la realització d’experiments de ressonància magnètica nuclear (RMN). Hem descobert que el mutant R337H manté la seva estructura helicoidal habitual i es troba sempre en la seva forma tetramèrica a una concentració de 100 μM, però es troba com a monòmer un 11% de vegades a una concentració de 25 μM. No obstant això, el mutant L344P sempre es troba de forma monomèrica independentment de la concentració en què es trobi la proteïna. En aquest estudi concloem que la mutació L344P afecta severament l’helicitat del fragment i, per tant, l’habilitat de la p53 d’eliminar la formació de tumors, mentre que la R337H no inhibeix la formació de l’hèlix alfa, però pot donar lloc a p53 no funcional quan es troba en concentracions baixes.

p53, la proteína más mutada en cáncer, es una supresora de tumores que se encarga de regular la expresión génica cuando se daña el ADN de una célula para evitar que se vuelva cancerosa. Esta función sólo puede llevarla a cabo cuando se encuentra en su estructura funcional tetramérica. La región de la proteína que permite que se forme este tetrámero funcional es el llamado dominio de tetramerización, caracterizado por su estructura helicoidal. Son de especial importancia las mutaciones que se encuentran en este dominio, ya que impiden la formación del tetrámero y, por lo tanto, su función. Nuestra investigación se centra en el estudio de cómo dos mutaciones del dominio de tetramerización que se han encontrado en pacientes de cáncer, la L344P y R337H, afectan la helicidad del fragmento y la formación de su estructura cuaternaria funcional mediante la realización de experimentos de resonancia magnética nuclear (RMN). Hemos descubierto que el mutante R337H mantiene su estructura helicoidal habitual y se encuentra siempre en su forma tetramérica a una concentración de 100 μM, pero se encuentra como monómero un 11% de veces a una concentración de 25 μM. Sin embargo, el mutante L344P siempre se encuentra de forma monomérica independientemente de la concentración en que se encuentre la proteína. En este estudio concluimos que la mutación L344P afecta severamente a la helicidad del fragmento y, por lo tanto, a la habilidad de la p53 de eliminar la formación de tumores, mientras que la R337H no inhibe la formación de la hélice alfa, pero puede dar lugar a p53 no funcional cuando se encuentra en concentraciones bajas.