Investigation into the structural dynamics of the proline-rich domain in the p53 protein family

Abstract

The tumor suppressor protein p53 is an intrinsically disordered protein. Binding to DNA as a tetramer, the protein searches for mutations and prevents the replication of damaged DNA through apoptosis and growth arrest. Inactivation of p53 by mutation is recognized as a key step in the development of over 50 % of human cancers. The p53 protein family contains two additional proteins, p63 and p73. While studies using knockout mice have shown that a lack of p53 makes the mice cancer-prone, a lack of p63 or p73 resulted in developmental abnormalities but not tumors. To understand the differences within the p53 protein family and get the full picture of their function and importance, investigations can be carried out by studying the proteins, one domain at a time. In particular, this study aims to investigate the proline-rich domain (PRD), an intrinsically disordered region of the p53 protein family. PRD is a domain next to the DNA-binding domain, with a high content of proline residues and several PXXP motifs that have been suggested to be vital for the apoptosis of mutated cells. The aim of this investigation is achieved through molecular dynamics simulations and the experimental methods CD and SAXS. The results showed an increased probability of polyproline II-helices at the approximate positions of the PXXP motifs. This could suggest that the region has a function, for example, as a binding site. Additionally, the results showed that p63 and p73 were more similar to each other than to p53, with p53 being more extended than the other two proteins. This is not surprising given the differences in their function and amino acid sequence.

Popular Abstract (Swedish)

Cancer är en av de mest allvarliga sjukdomarna globalt, och nästan alla känner någon vars liv har påverkats av den. En av de viktigaste faktorerna bakom sjukdomens utveckling är genetiska mutationer som påverkar celldelning och normal celltillväxt. Kroppen har egna försvarsmekanismer för att förhindra, stoppa eller reparera skadade celler, och ett exempel på ett sådant naturligt försvar är tumörsuppressorproteinet p53. Dess uppgift är att identifiera DNA-skador och antingen stoppa den skadade cellens tillväxt och initiera reparation, eller inducera apoptos, vilket innebär att cellen självförstörs för att förhindra att den genetiska skadan sprids genom celldelning. Med ett sådant försvar kan man undra varför cancer ändå är ett så vanligt problem. I över 50 % av alla mänskliga cancerformer har p53 inaktiverats genom mutation i genen som kodar för proteinet, vilket leder till att kroppens naturliga försvar försvagas och risken för cancer ökar.
Utöver p53 finns två nära besläktade proteiner, p63 och p73, som har utvecklats tillsammans genom evolutionen. Studier har visat att avsaknad av p53 ökar risken för tumörbildning, medan avsaknad av p63 eller p73 istället leder till utvecklingsstörningar utan en ökad benägenhet för cancer. Dessa proteiner är exempel på intrinsiskt oordnade proteiner, vilket innebär att de saknar en stabil tredimensionell struktur och istället antar många olika konformationer. Detta begränsar användbarheten av traditionella metoder för strukturbestämning, och som en följd även förståelsen av proteinets funktion. Ett alternativt sätt att studera sådana proteiner är molekyldynamiska simuleringar, men experimentella metoder krävs fortfarande för att validera resultaten.
För att förstå skillnaderna inom p53-familjen och få en helhetsbild av deras funktion och betydelse kan forskning bedrivas genom att studera proteinerna en domän i taget. Denna studie fokuserar specifikt på att undersöka en av de intrinsiskt oordnade regionerna, prolinrika domänen (PRD), hos p53, p63 och p73. Den innehåller en hög andel prolinaminosyror samt flera PXXP-motiv (dvs. en aminosyrasekvens som kännetecknas av prolin följt av två andra aminosyror och sist en till prolin), vilka har föreslagits vara avgörande för apoptos av muterade celler. Målet med denna undersökning är att analysera den prolinrika domänens struktur och dynamik genom molekyldynamiska (MD) simuleringar samt de experimentella metoderna cirkulär dikroism (CD) och småvinkelröntgenspridning (SAXS). Genom att jämföra resultatet kan vi få en bättre förståelse för skillnaderna inom p53-familjen och deras potentiella roll i cancerbiologi.
Sammanfattningsvis visade resultatet att p53 hade en mer utsträckt konformation jämfört med p63 och p73. Detta kunde också bekräftas med SAXS-data som även visade god överensstämmelse mellan de experimentella resultaten och den simulerade modellen. Vid analys av sekundärstrukturen var en intressant observation förekomsten av polyprolin II-helixar, vilka kunde kopplas till de tidigare nämnda PXXP-motiven. Detta indikerar att de kan vara viktiga för proteinets funktion.

• author: Berggren, Agnes
• supervisor: Marie Skepö; Oskar Svensson
• organization: Department of Chemistry
• course: KEMR30 20242
• year: 2025
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Chemistry
• keywords: computational chemistry, intrinsically disordered proteins, molecular dynamics simulations, cancer, p53, p63, p73, SRCD, SAXS
• language: English
• id: 9186110
• date added to LUP: 2025-03-12 09:12:37
• date last changed: 2025-03-12 09:12:37