Ataksja teleangiektazja i związane z Rad3
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Identyfikatory | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ATR | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| , kinaza serynowo-treoninowa ATR, FCTCS, FRP1, MEC1, SCKL, SCKL1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Identyfikatory zewnętrzne | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wikidane | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Serynowo/treoninowa kinaza białkowa ATR, znana również jako ataksja teleangiektazja i białko związane z Rad3 ( ATR ) lub białko 1 związane z FRAP ( FRP1 ), jest enzymem , który u ludzi jest kodowany przez gen ATR . Jest to duża kinaza o masie około 301,66 kDa. ATR należy do kinaz związanych z kinazą 3-fosfatydyloinozytolu . ATR jest aktywowany w odpowiedzi na pęknięcia pojedynczej nici i współpracuje z ATM, aby zapewnić integralność genomu.
Funkcjonować
ATR jest kinazą białkową specyficzną dla seryny / treoniny , która bierze udział w wykrywaniu uszkodzeń DNA i aktywacji punktu kontrolnego uszkodzeń DNA , co prowadzi do zatrzymania cyklu komórkowego u eukariotów. ATR jest aktywowany w odpowiedzi na trwałe jednoniciowe DNA, które jest powszechnym związkiem pośrednim powstającym podczas wykrywania i naprawy uszkodzeń DNA . Jednoniciowy DNA występuje w zablokowanych widełkach replikacyjnych i jako produkt pośredni w szlakach naprawy DNA , takich jak naprawa przez wycinanie nukleotydów i naprawa przez rekombinację homologiczną . ATR jest aktywowany podczas bardziej uporczywych problemów z uszkodzeniem DNA; w komórkach większość uszkodzeń DNA jest naprawiana szybko i wiernie za pomocą innych mechanizmów. ATR współpracuje z białkiem partnerskim o nazwie ATRIP w celu rozpoznania jednoniciowego DNA pokrytego RPA . RPA wiąże się specyficznie z ATRIP, który następnie rekrutuje ATR poprzez domenę aktywującą ATR (AAD) na swojej powierzchni. To powiązanie ATR z RPA jest sposobem, w jaki ATR specyficznie wiąże się i działa na jednoniciowym DNA - zostało to udowodnione w eksperymentach z komórkami, które miały zmutowane ścieżki wycinania nukleotydów. W tych komórkach ATR nie był w stanie aktywować się po uszkodzeniu UV, co wskazuje na potrzebę jednoniciowego DNA dla aktywności ATR. Kwaśna alfa-helisa ATRIP wiąże się z podstawową szczeliną w dużej podjednostce RPA, tworząc miejsce skutecznego wiązania ATR. Istnieje wiele innych białek, które są rekrutowane do cytowania ssDNA, które są potrzebne do aktywacji ATR. Podczas gdy RPA rekrutuje ATRIP, kompleks RAD9-RAD1-HUS1 (9-1-1) jest ładowany na DNA przylegający do ssDNA; chociaż ATRIP i kompleks 9-1-1 są rekrutowane niezależnie do miejsca uszkodzenia DNA, oddziałują intensywnie poprzez masową fosforylację po kolokalizacji. Kompleks 9-1-1, cząsteczka w kształcie pierścienia związana z PCNA, umożliwia akumulację ATR w sposób specyficzny dla uszkodzenia. Do skutecznego asocjacji kompleksu 9-1-1 z DNA potrzebny jest również RAD17-RFC. Kompleks ten wprowadza również białko wiążące topoizomerazę 1 ( TOPBP1 ), które wiąże ATR poprzez wysoce konserwatywną AAD. Wiązanie TOPBP1 jest zależne od fosforylacji reszty Ser387 podjednostki RAD9 kompleksu 9-1-1. Jest to prawdopodobnie jedna z głównych funkcji kompleksu 9-1-1 w odpowiedzi na uszkodzenie DNA. Inne ważne białko wiążące TR zostało zidentyfikowane przez Haahr i in. w 2016 r.: antygen 1 związany z guzem Ewingsa (ETAA1). Białko to działa równolegle z TOPBP1, aby aktywować ATR poprzez konserwatywną AAD. Postawiono hipotezę, że ten szlak, który działa niezależnie od szlaku TOPBP1, służy do podziału pracy i prawdopodobnie odpowiada na zróżnicowane potrzeby w komórce. Przypuszcza się, że jeden szlak może być najbardziej aktywny, gdy ATR zapewnia normalne wsparcie dla replikujących się komórek, a drugi może być aktywny, gdy komórka znajduje się w bardziej ekstremalnym stresie replikacyjnym.
Nie tylko ssDNA aktywuje ATR, chociaż istnienie ssDNA związanego z RPA jest ważne. Zamiast tego aktywacja ATR jest silnie uzależniona od istnienia wszystkich opisanych wcześniej białek, które kolokalizują się wokół miejsca uszkodzenia DNA. Eksperyment, w którym doszło do nadekspresji RAD9, ATRIP i TOPBP1, wykazał, że same te białka wystarczyły do aktywacji ATR pod nieobecność ssDNA, pokazując ich znaczenie w wyzwalaniu tego szlaku.
Po aktywacji ATR fosforyluje Chk1 , inicjując kaskadę transdukcji sygnału , której kulminacją jest zatrzymanie cyklu komórkowego . Działa aktywując Chk1 poprzez pośrednią spinkę, która wiąże ze sobą dwa białka. Ten związek pośredni spinyny musi być fosforylowany w dwóch miejscach, aby wykonać to zadanie, co może wykonać ATR, ale najprawdopodobniej znajduje się pod kontrolą innej kinazy. Ta odpowiedź, w której pośredniczy Chk1, jest niezbędna do regulacji replikacji w komórce; uważa się, że poprzez szlak Chk1-CDC25, który wpływa na poziomy CDC2, ta odpowiedź zmniejsza szybkość syntezy DNA w komórce i hamuje odpalanie początku podczas replikacji. Oprócz swojej roli w aktywacji punktu kontrolnego uszkodzenia DNA, uważa się, że ATR działa w niezakłóconej replikacji DNA. Odpowiedź zależy od tego, ile ssDNA gromadzi się w zablokowanych widełkach replikacyjnych. ATR jest aktywowany podczas każdej fazy S, nawet w normalnie cyklicznych komórkach, ponieważ działa w celu monitorowania widełek replikacyjnych w celu naprawy i zatrzymania cykli komórkowych w razie potrzeby. Oznacza to, że ATR jest aktywowany na normalnych poziomach tła we wszystkich zdrowych komórkach. Istnieje wiele punktów w genomie, które są podatne na zatrzymanie podczas replikacji z powodu złożonych sekwencji DNA lub endogennych uszkodzeń, które występują podczas replikacji. W takich przypadkach ATR działa w celu ustabilizowania widełek, aby replikacja DNA mogła przebiegać tak, jak powinna.
ATR jest powiązany z drugą kinazą aktywującą punkt kontrolny, ATM , która jest aktywowana przez pęknięcia podwójnej nici w DNA lub rozerwanie chromatyny. Wykazano również, że ATR działa na pęknięcia podwójnej nici (DSB), działając wolniej w odpowiedzi na wspólne resekcje końców, które występują w DSB, a tym samym pozostawiają długie nici ssDNA (które następnie przechodzą do sygnału ATR). W tej sytuacji ATM rekrutuje ATR i współpracują, aby zareagować na to uszkodzenie DNA. Są odpowiedzialne za „powolną” reakcję na uszkodzenie DNA, która może ostatecznie wywołać p53 w zdrowych komórkach, a tym samym doprowadzić do zatrzymania cyklu komórkowego lub apoptozy.
ATR jako niezbędne białko
Mutacje w ATR są bardzo rzadkie. Całkowity nokaut ATR odpowiada za wczesną śmierć zarodków myszy, co pokazuje, że jest to białko o podstawowych funkcjach życiowych. Przypuszcza się, że może to być związane z jego prawdopodobną aktywnością w stabilizowaniu fragmentów Okazaki na opóźnionych niciach DNA podczas replikacji lub z jego zadaniem stabilizowania zablokowanych widełek replikacyjnych, które występują naturalnie. W tym ustawieniu ATR jest niezbędny do zapobiegania zapadaniu się widełek, co prowadziłoby do rozległego pęknięcia podwójnej nici w całym genomie. Nagromadzenie tych podwójnych pęknięć nici może prowadzić do śmierci komórki.
Znaczenie kliniczne
Mutacje w ATR są odpowiedzialne za zespół Seckela , rzadką ludzką chorobę, która ma pewne cechy wspólne z ataksją teleangiektazją , która wynika z mutacji ATM .
ATR jest również powiązany z rodzinną skórną teleangiektazją i zespołem raka.
Inhibitory
Inhibitory ATR/ChK1 mogą nasilać działanie czynników sieciujących DNA, takich jak cisplatyna i analogi nukleozydów , takie jak gemcytabina . Pierwsze badania kliniczne z użyciem inhibitorów ATR zostały zapoczątkowane przez AstraZeneca, najlepiej u pacjentów z przewlekłą białaczką limfocytową (CLL) z mutacją ATM, białaczką prolimfocytową (PLL) lub chłoniakiem z komórek B oraz przez Vertex Pharmaceuticals w zaawansowanych guzach litych . ATR dostarczył ekscytującego punktu do potencjalnego celowania w te guzy lite, ponieważ wiele guzów działa poprzez aktywację odpowiedzi na uszkodzenie DNA. Te komórki nowotworowe polegają na szlakach, takich jak ATR, w celu zmniejszenia stresu replikacyjnego w komórkach rakowych, które dzielą się w sposób niekontrolowany, a zatem te same komórki mogą być bardzo podatne na nokaut ATR. U myszy ATR-Seckel, po ekspozycji na czynniki rakotwórcze, szlak odpowiedzi na uszkodzenie DNA w rzeczywistości nadawał odporność na rozwój nowotworu (6). Po przeprowadzeniu wielu badań przesiewowych w celu zidentyfikowania konkretnych inhibitorów ATR, obecnie od 2013 r. cztery trafiły do badań klinicznych fazy I lub fazy II; należą do nich AZD6738, M6620 (VX-970), BAY1895344 i M4344 (VX-803) (10). Te inhibitory ATR pomagają komórce przejść przez apoptozę niezależną od p53, a także wymuszają wejście mitotyczne, które prowadzi do katastrofy mitotycznej.
Jedno badanie przeprowadzone przez Flynna i in. odkryli, że inhibitory ATR działają szczególnie dobrze w komórkach nowotworowych, które polegają na alternatywnym szlaku wydłużania telomerów (ALT). Wynika to z obecności RPA, gdy ALT jest ustalany, co rekrutuje ATR do regulacji rekombinacji homologicznej. Ten szlak ALT był niezwykle wrażliwy na hamowanie ATR, a zatem użycie tych inhibitorów do celowania w ten szlak, który utrzymuje nieśmiertelność komórek nowotworowych, może zapewnić wysoką specyficzność wobec uporczywych komórek rakowych.
Przykłady obejmują
Starzenie się
Niedobór ekspresji ATR u dorosłych myszy prowadzi do pojawienia się zmian związanych z wiekiem, takich jak siwienie włosów, wypadanie włosów, kifoza (zaokrąglona górna część pleców), osteoporoza i inwolucja grasicy. Co więcej, wraz z wiekiem następuje radykalne zmniejszenie liczby komórek macierzystych i progenitorowych specyficznych dla tkanki oraz wyczerpanie odnowy tkanek i zdolności homeostatycznych. Wystąpiła również wczesna i trwała utrata spermatogenezy. Jednak nie było znaczącego wzrostu ryzyka nowotworu.
Zespół Seckla
U ludzi mutacje hipomorficzne (częściowa utrata funkcji genu) w genie ATR są powiązane z zespołem Seckela, chorobą autosomalną recesywną charakteryzującą się proporcjonalnym karłowatością , opóźnieniem rozwojowym, wyraźną małogłowiem , wadą zgryzu i kifozą piersiową . U pacjentów Seckel często obserwowano również wygląd starczy lub progeroidalny . Przez wiele lat mutacje znalezione w dwóch rodzinach, u których po raz pierwszy zdiagnozowano zespół Seckela, były jedynymi mutacjami, o których wiadomo, że powodują tę chorobę.
W 2012 roku Ogi i współpracownicy odkryli wiele nowych mutacji, które również spowodowały chorobę. Jedna postać choroby, która obejmowała mutację w genach kodujących białko partnerskie ATRIP, jest uważana za cięższą niż postać, która została odkryta jako pierwsza. Ta mutacja doprowadziła do poważnego małogłowia i opóźnienia wzrostu, mikrotii, mikrognacji, stłoczeń zębów i problemów szkieletowych (o czym świadczy wyjątkowy wzrost rzepki). Sekwencjonowanie ujawniło, że ta mutacja ATRIP wystąpiła najprawdopodobniej z powodu nieprawidłowego składania, co doprowadziło do fragmentów genu bez eksonu 2. Komórki miały również nonsensowną mutację w eksonie 12 genu ATR, co doprowadziło do skrócenia białka ATR. Obie te mutacje skutkowały niższymi poziomami ATR i ATRIP niż w komórkach typu dzikiego, co prowadziło do niewystarczającej odpowiedzi na uszkodzenia DNA i ciężkiej postaci zespołu Seckela opisanej powyżej.
Naukowcy odkryli również, że heterozygotyczne mutacje w ATR były odpowiedzialne za wywoływanie zespołu Seckela. Dwie nowe mutacje w jednej kopii genu ATR spowodowały niedostateczną ekspresję zarówno ATR, jak i ATRIP.
Homologiczna naprawa rekombinacyjna
Komórki somatyczne myszy z niedoborem ATR mają zmniejszoną częstość rekombinacji homologicznej i zwiększony poziom uszkodzeń chromosomów. To odkrycie sugeruje, że ATR jest wymagany do homologicznej rekombinacyjnej naprawy endogennego uszkodzenia DNA.
Mitoza i mejoza Drosophila
Mei-41 jest ortologiem ATR Drosophila . Podczas mitozy u Drosophila uszkodzenia DNA spowodowane przez czynniki egzogenne są naprawiane przez proces rekombinacji homologicznej , który zależy od mei-41 (ATR). Mutanty defektywne w mei-41(ATR) mają zwiększoną wrażliwość na zabijanie przez ekspozycję na czynniki uszkadzające DNA UV i metanosulfonian metylu . Niedobór mei-41(ATR) powoduje również zmniejszoną spontaniczną rekombinację alleli (crossing over) podczas mejozy , co sugeruje, że mei-41(ATR) typu dzikiego jest wykorzystywana do rekombinacyjnej naprawy spontanicznych uszkodzeń DNA podczas mejozy .
Interakcje
Wykazano, że ataksja teleangiektazja i białko związane z Rad3 wchodzą w interakcje z:
Dalsza lektura
- Giaccia AJ, Kastan MB (październik 1998). „Złożoność modulacji p53: wyłaniające się wzorce z rozbieżnych sygnałów” . Geny i rozwój . 12 (19): 2973–2983. doi : 10.1101/gad.12.19.2973 . PMID 9765199 .
- Shiloh Y (luty 2001). „ATM i ATR: sieciowe odpowiedzi komórkowe na uszkodzenia DNA”. Aktualna opinia w genetyce i rozwoju . 11 (1): 71–77. doi : 10.1016/S0959-437X(00)00159-3 . PMID 11163154 .
- Kastan MB, Lim DS (grudzień 2000). „Wiele substratów i funkcji ATM”. Recenzje przyrody. Biologia komórki molekularnej . 1 (3): 179–186. doi : 10.1038/35043058 . PMID 11252893 . S2CID 10691352 .
- Abrahama RT (2005). „Kinaza związana z ATM, hSMG-1, łączy ścieżki nadzoru genomu i RNA” . Naprawa DNA . 3 (8–9): 919–925. doi : 10.1016/j.dnarep.2004.04.003 . PMID 15279777 .
- Li L, Li HS, Pauza CD, Bukrinsky M, Zhao RY (2006). „Role białek pomocniczych HIV-1 w patogenezie wirusów i interakcjach gospodarz-patogen” . Badania komórek . 15 (11–12): 923–934. doi : 10.1038/sj.cr.7290370 . PMID 16354571 .
Linki zewnętrzne
- Drosophila meiotic-41 - Interaktywna mucha
- Lokalizacja ludzkiego genomu ATR i strona szczegółów genu ATR w przeglądarce genomu UCSC .
