Specific heme interaction modulates the conformational dynamics and function of p53

Abstract

Tumor suppressor p53 is one of the most studied proteins in terms of cancer and the mechanism of its formation. The general function of p53 is based on the transcriptional regulation of various genes, which can differently influence numerous cellular processes. Recent studies revealed a relationship between p53 and iron homeostasis within the cell. In particular, p53 was shown to interact with a molecule of heme, and this interaction ultimately disrupts the DNA-binding ability of p53 and promotes its proteasomal degra- dation. This work focuses on a detailed description of heme binding to the p53. For this purpose, we isolated two forms of p53, heme-free and heme-bound. We discovered that conformational dynamics of heme-free and heme-bound p53 differ, with the latter exhibi- ting a higher degree of flexibility. We also confirmed previous reports that heme indeed interacts with a cysteine residue in a specific manner. However, heme binding does not disrupt the oligomeric state of p53 or its native zinc binding ability. Finally, we showed that heme-bound p53 exhibits severely impaired DNA-binding ability as opposed to the heme-free form. Keywords: heme, sensor proteins, p53 protein, transcription factor, intrinsically disor- dered proteins

Tumor supresor p53 je jedním z nejvíce studovaných proteinů v souvislosti s rakovinou a mechanismem jejího vzniku. Obecná funkce p53 spočívá v transkripční regulaci celé řady genů, které různými způsoby ovlivňují velké množství buněčných procesů. Nedávné studie odhalily vztah mezi p53 a homeostázou železa v buňce. Konkrétně, bylo ukázáno, že p53 je schopen interagovat s molekulou hemu a tato interakce vede ve výsledku k narušení DNA- vazebných schopností p53 a podporuje jeho proteazomální degradaci. Tato práce se zabývá podrobným popisem vazby molekuly hemu na p53. Za tímto účelem jsme izolovali dvě formy proteinu p53, bez hemu a s navázaným hemem. Zjistili jsme, že se liší konformační dynamika obou forem s tím, že forma s hemem vykazuje vyšší stupeň flexibility. Taktéž jsme potvrdili dřívější práce, že hem reaguje s p53 specificky a této interakce se účastní cysteinový zbytek. Nicméně, bylo zjištěno, že vazba hemu žádným způsobem nenarušuje oligomerní stav p53 a ani jeho přirozenou schopnost vázat zinek. Nakonec jsme ukázali, že p53 s navázaným hemem má značně narušené DNA-vazebné schopnosti v porovnání s p53 bez hemu. Klíčová slova: hem, senzorové proteiny, protein p53, transkripční faktor, vnitřně neu- spořádané proteiny