p21

p21 es un potente inhibidor de la quinasa dependiente de ciclina (CKI). La proteína p21 (CIP1/WAF1) se une a los complejos ciclina - CDK2 , -CDK1 y -CDK4 /6 e inhibe su actividad, funcionando así como un regulador de la progresión del ciclo celular en las _fases G1 y S. [ 12 ] ^{[ 13 ] La unión de} p21 a los complejos CDK se produce a través del dominio N-terminal de p21, homólogo a los otros inhibidores de CDK CIP/KIP, p27 y p57 . ^{[ 6 ]} Específicamente, contiene un motivo Cy1 en la mitad N-terminal y un motivo Cy2 más débil en el dominio C-terminal, lo que le permite unirse a CDK en una región que bloquea su capacidad de formar complejos con las ciclinas y, por lo tanto, previene la activación de CDK. ^{[ 14 ]}

_{Los experimentos que analizan la actividad de CDK2 en células individuales también han demostrado que} p21 es responsable de una bifurcación en la actividad de CDK2 después de la mitosis: las células con altos niveles de p21 entran en un estado G0 /quiescente , mientras que las que tienen bajos niveles de p21 continúan proliferando. ^{[ 15 ]} Trabajos posteriores encontraron evidencia de que esta biestabilidad está sustentada por una doble retroalimentación negativa entre p21 y CDK2, donde CDK2 inhibe la actividad de p21 a través de la actividad de la ubiquitina ligasa . ^{[ 16 ]}

p21 interactúa con el antígeno nuclear de células proliferantes ( PCNA ), un factor accesorio de la ADN polimerasa, y desempeña un papel regulador en la replicación del ADN en fase S y la reparación del daño del ADN. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} Específicamente, p21 tiene una alta afinidad por la región de unión PIP-box en PCNA, ^{[ 20 ]} se propone que la unión de p21 a esta región bloquea la unión de los factores de procesividad necesarios para la síntesis de ADN en fase S dependiente de PCNA, pero no la reparación por escisión de nucleótidos (NER) dependiente de PCNA. ^{[ 21 ]} Por lo tanto, p21 actúa como un inhibidor eficaz de la síntesis de ADN en fase S, aunque permite la NER, lo que lleva a la propuesta de que p21 actúa seleccionando preferentemente los factores de procesividad de la polimerasa dependiendo del contexto de la síntesis de ADN. ^{[ 22 ]}

Se ha informado que esta proteína es escindida específicamente por caspasas tipo CASP3 , lo que conduce a una activación drástica de CDK2 y puede ser fundamental en la ejecución de la apoptosis tras la activación de la caspasa . Sin embargo, p21 puede inhibir la apoptosis y no induce la muerte celular por sí misma. ^{[ 23 ]} También se ha informado de la capacidad de p21 para inhibir la apoptosis en respuesta al estrés de la horquilla de replicación. ^{[ 24 ]}

Estudios de la detención del ciclo celular dependiente de p53 en respuesta al daño del ADN identificaron a p21 como el principal mediador de la detención del ciclo celular posterior. En particular, El-Deiry et al. identificaron una proteína p21 (WAF1) que estaba presente en células que expresaban p53 de tipo silvestre pero no en aquellas con p53 mutante, además la expresión constitutiva de p21 condujo a la detención del ciclo celular en varios tipos de células. ^{[ 25 ]} Dulcic et al. también encontraron que la irradiación γ de fibroblastos indujo una detención del ciclo celular dependiente de p53 y p21, aquí se encontró p21 unido a complejos inactivos de ciclina E / CDK2 . ^{[ 26 ]} Trabajando en modelos de ratón, también se demostró que si bien los ratones que carecían de p21 eran sanos, se desarrollaron tumores espontáneos y el control del punto de control G1 se vio comprometido en las células derivadas de estos ratones. ^{[ 27 ] [ 13 ]} En conjunto, estos estudios definieron así a p21 como el principal mediador de la detención del ciclo celular dependiente de p53 en respuesta al daño del ADN.

Trabajos recientes que exploran la activación de p21 en respuesta al daño del ADN a nivel de célula única han demostrado que la actividad pulsátil de p53 conduce a pulsos subsiguientes de p21, y que la fuerza de la activación de p21 depende de la fase del ciclo celular. ^{[ 28 ]} Además, estudios de los niveles de p21 en poblaciones de células en división, no expuestas a agentes que dañan el ADN, han demostrado que el daño del ADN que ocurre en la fase S de la célula madre puede inducir la acumulación de p21 en las fases G2 de la madre y G1 de la hija, lo que posteriormente induce la detención del ciclo celular; ^{[ 29 ]} esto es responsable de la bifurcación en la actividad de CDK2 observada en Spencer et al . ^{[ 15 ]}

p21 está regulado negativamente por las ubiquitina ligasas tanto durante el ciclo celular como en respuesta al daño del ADN. Específicamente, durante la transición G1/S se ha demostrado que el complejo de ubiquitina ligasa E3 SCF ^Skp2 induce la degradación de p21. ^{[ 30 ] [ 31 ]} Los estudios también han demostrado que el complejo de ubiquitina ligasa E3 CRL4 ^Cdt2 degrada p21 de manera dependiente de PCNA durante la fase S, lo cual es necesario para prevenir la replicación dependiente de p21, ^{[ 32 ]} así como en respuesta a la irradiación UV. ^{[ 33 ]} Trabajos recientes han encontrado que en líneas celulares humanas SCF ^Skp2 degrada p21 hacia el final de la fase G1, lo que permite a las células salir de un estado de quiescencia, mientras que CRL4 ^Cdt2 actúa para degradar p21 a una tasa mucho mayor que SCF ^Skp2 durante la transición G1/S y posteriormente mantiene bajos niveles de p21 durante toda la fase S. ^{[ 29 ]}