抑癌基因p53是细胞中监测基因组DNA完整性的关键信号分子之一。当发生有害突变时，p53启动DNA修复途径并阻止细胞周期，以保护子细胞免受潜在突变DNA的遗传(沃斯登和普里夫斯，2009年). p53对DNA损伤极为敏感，它甚至可以对核DNA中的一两个断裂作出反应，但它显然忽略了在细胞周期的复制阶段DNA被打开时自然形成的无害断裂。因此，一个核心问题是，p53如何保持其对诱变损伤的高度敏感性，同时忽略正常细胞分裂过程中的良性断裂。在本期单元格,Loewer等人（2010年）使用优雅的单细胞显微镜方法来解决这个基本问题。他们发现p53的活性与细胞浓度惊人地脱钩；相反，它的活性取决于抑制和激活翻译后修饰的相互作用。
p53激活的经典模型主要基于大细胞群的实验。这些研究得出结论，在正常细胞周期条件下，细胞中的p53蛋白水平保持在较低水平。DNA损伤通过激活p53启动子和稳定现有p53蛋白触发细胞中p53浓度的初始升高(Kruse和Gu，2009年). 如果DNA损伤持续存在，p53可以通过刺激特定靶点的基因表达，部分启动细胞周期阻滞反应，包括第21页最终，p53的活性随着其开启另一个关键靶基因而减弱，平方米Mdm2蛋白抑制p53的转录激活，同时通过泛素介导的降解降低p53蛋白水平(沃斯登和普里夫斯，2009年;Kruse和Gu，2009年).
在他们的新研究中，Loewer等人（2010年）现在揭示了p53激活机制的新转折。通过用延时显微镜检查单个细胞，他们发现p53蛋白的水平实际上在正常细胞周期中上下波动。此外，p53浓度的突变需要激酶，例如共济失调毛细血管扩张突变（ATM）激酶，它磷酸化并稳定p53(沃斯登和普里夫斯，2009年;克鲁斯和顾2009). 早期的研究没有检测到正常生长过程中p53的这些振荡，因为它们在细胞群中平均。有趣的是，Loewer等人发现，这些“正常”脉冲可能是由DNA复制过程中的短暂DNA损伤触发的，不会导致第21页或者拘捕牢房。相反，由辐射和药物等外源诱变剂触发的p53突变确实会激活第21页并停止细胞分裂。值得注意的是，这两种情况下p53脉冲的强度和持续时间相似。那么，p53如何区分DNA的良性断裂和潜在的危险断裂？
Loewer及其同事发现，控制p53活性的关键信号是p53选择性翻译后修饰的复杂平衡。最近的研究发现，与组蛋白一样，p53是众多赖氨酸（K）残基的无数翻译后修饰的靶点，主要是在其羧基末端区域() (沃斯登和普里夫斯，2009年;克鲁斯和顾2009). 与许多组蛋白一样，乙酰化激活p53，而甲基化可以激活（在K372）或抑制（在K370、K373和K382）该转录因子(黄和伯杰，2008;Huang等人，2010年). 有趣的是，在羧基末端的相同或相邻赖氨酸残基上发生了几种替代修饰(). 此外，这些赖氨酸还可以泛素化以靶向p53进行降解。
翻译后修饰调节p53活性抑癌基因p53是一种模块化蛋白，它包含（从氨基端到羧基端）两个串联激活域（绿色）、一个DNA结合域（tan）和一个由调控域包围的寡聚化域（红色）。正常细胞周期中p53水平短暂升高(Loewer等人，2010年). 然而，通过羧基末端区域的赖氨酸残基（K370、K373和K382）的甲基化（红色六角体），可以在这些突发期间检查p53的活性。相反，K370的二甲基化和K372的单甲基化激活p53(黄和伯杰，2008). 作为对DNA损伤的反应，会发生顺序性的调控步骤。p53蛋白在多个位点（K120、K164、K320、K370和K382）被磷酸化（未显示）和乙酰化。细胞中p53的水平增加，触发修复DNA和阻止细胞周期的因素。为了恢复细胞分裂，需要通过脱乙酰化（未显示）和泛素介导的p53降解来减弱p53介导的应激反应。
这些赖氨酸修饰在p53羧基末端的重要性和意义一直存在争议。对转基因小鼠的几项研究发现，改变这些赖氨酸的一个子集对p53的活性只有轻微的影响(托莱多和瓦尔，2006年). 相反，随后的细胞培养研究发现，当所有乙酰化位点发生突变时，p53功能显著降低(Tang等人，2008). 然而，对表达这种乙酰化缺陷型p53的小鼠的研究还没有报道。
更为复杂的是，赖氨酸甲基化与乙酰化发生在许多相同的残基上()，似乎抑制p53活性(沃斯登和普里夫斯，2009年;黄和伯杰，2008). 这令人困惑，因为压制的背景还不清楚；甲基化是在正常细胞周期中维持p53的低基础活性，还是在应激反应后减弱p53的活性？对功能研究结果相互矛盾的一个潜在解释是，这些赖氨酸可能被乙酰化以激活，甲基化以抑制，泛素化以降解。因此，这些修饰的相反作用可以掩盖从p53中去除赖氨酸残基的效果。换句话说，用其他残基取代赖氨酸会导致激活和抑制修饰同时丢失，从而可能在体内相互抑制。
Loewer及其同事使用的单细胞方法支持后一种假设。他们发现，只有经历真正DNA突变的细胞才具有乙酰化的p53（即p53的活化形式），并诱导第21页在正常细胞周期中应用去乙酰化酶抑制剂可提高乙酰化p53的水平，并增加第21页此外，减少特定甲基转移酶（SET8）的表达刺激了第21页在正常细胞周期中。这些结果表明，当p53在细胞分裂过程中发生脉冲时，p53上的抑制性甲基化使其受到抑制；当实际的DNA损伤发生时，乙酰化取代甲基化来触发p53转录活性。
尽管这项新的研究为理解p53甲基化和乙酰化之间的平衡如何调节其活性提供了一个优雅的框架，但这些结果也引发了许多问题。例如，p53的DNA结合域中赖氨酸残基的甲基化（K120和K164；)还阻断p53的乙酰化和活化(沃斯登和普里夫斯，2009年)? 此外，有证据表明脱乙酰酶和脱甲基酶也调节p53(克鲁斯和顾2009;Huang等人，2007年)了解这些不同种类的酶如何靶向p53，尤其是它们在癌症和肿瘤发生中的作用非常重要。
此外，了解这些相同残基的泛素化是如何整合到调节p53的方案中是很有趣的。一个合理的总体设想是，甲基化抑制p53，直到DNA中不可调和的断裂发生在正常细胞周期之外。然后p53的激活通过一系列步骤发生：乙酰化阻断抑制性甲基化，导致p53蛋白增加，最终导致细胞周期停滞(). 当细胞“想要”恢复生长时，这些赖氨酸的泛素化可能通过刺激p53的降解来减弱这个循环。
最后，把这项研究的结果放在过去十年来p53研究的背景下，也引出了一个问题：“为什么p53的调控如此复杂？”？是因为p53对正常细胞生理学具有深远的重要性，需要进行复杂的调控，其中至少涉及赖氨酸翻译后修饰的三种替代形式吗？或者，p53是否只是比其他转录因子研究得更深入，从而对其调控了解得更多？这是一个有趣的问题，特别是考虑到数百种非组蛋白被乙酰化。此外，在未来十年，研究人员可能会发现同等数量的甲基化蛋白质。反对赖氨酸修饰也会成为调节这些因素的一个普遍主题吗？只有时间和努力才能找到答案。
