Ataksja teleangiektazja i związane z Rad3 - Ataxia telangiectasia and Rad3 related

ATR
ATR .png
Identyfikatory
Skróty ATR , ATR kinaza serynowo/treoninowa, FCTCS, FRP1, MEC1, SCKL, SCKL1
Identyfikatory zewnętrzne OMIM : 601215 MGI : 108028 Homologen : 96916 Karty genowe : ATR
Ortologi
Gatunek Człowiek Mysz
Entrez
Zespół
UniProt
RefSeq (mRNA)

NM_001184
NM_001354579

NM_019864

RefSeq (białko)

NP_001175
NP_001341508

nie dotyczy

Lokalizacja (UCSC) Chr 3: 142,45 – 142,58 Mb Chr 9: 95,86 – 95,95 Mb
Wyszukiwanie w PubMed
Wikidane
Wyświetl/edytuj człowieka Wyświetl/edytuj mysz

Kinaza białkowa serynowo- treoninowa ATR znana również jako ataksja teleangiektazja i białko związane z Rad3 ( ATR ) lub białko związane z FRAP 1 ( FRP1 ) jest enzymem kodowanym u ludzi przez gen ATR . Jest to duża kinaza o masie około 301,66 kDa. ATR należy do rodziny białek kinaz związanych z kinazami 3-fosfatydyloinozytolu . ATR jest aktywowany w odpowiedzi na pęknięcia pojedynczej nici i współpracuje z ATM w celu zapewnienia integralności genomu.

Funkcjonować

ATR to kinaza białkowa specyficzna dla serynowo - treoniny, która bierze udział w wykrywaniu uszkodzeń DNA i aktywowaniu punktu kontrolnego uszkodzenia DNA , co prowadzi do zatrzymania cyklu komórkowego u eukariontów. ATR jest aktywowany w odpowiedzi na trwałe jednoniciowe DNA, które jest powszechnym produktem pośrednim tworzonym 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 zwanym ATRIP w celu rozpoznawania jednoniciowego DNA pokrytego RPA . RPA wiąże się specyficznie z ATRIP, który rekrutuje ATR poprzez domenę aktywującą ATR (AAD) na jego powierzchni. To powiązanie ATR z RPA jest sposobem, w jaki ATR specyficznie wiąże się z jednoniciowym DNA i działa na nim – 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 efektywnego wiązania ATR. Istnieje wiele innych białek rekrutowanych do ssDNA, które są potrzebne do aktywacji ATR. Podczas gdy RPA rekrutuje ATRIP, kompleks RAD9-RAD1-HUS1 (9-1-1) jest ładowany na DNA sąsiadujące z ssDNA; chociaż ATRIP i kompleks 9-1-1 są rekrutowane niezależnie do miejsca uszkodzenia DNA, po ich kolokalizacji oddziałują one intensywnie poprzez masową fosforylację. Kompleks 9-1-1, cząsteczka w kształcie pierścienia spokrewniona z PCNA, umożliwia akumulację ATR w sposób specyficzny dla uszkodzenia. Do skutecznego powiązania 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 konserwatywny 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 et al. w 2016 r.: antygen 1 związany z guzem Ewingsa (ETAA1). Białko to działa równolegle z TOPBP1, aby aktywować ATR poprzez konserwatywne AAD. Przypuszcza się, że ten szlak, który działa niezależnie od szlaku TOPBP1, jest wykorzystywany 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 komórek replikujących, a drugi może być aktywny, gdy komórka jest poddawana bardziej ekstremalnemu stresowi replikacyjnemu.

Nie tylko ssDNA aktywuje ATR, chociaż istnienie ssDNA związanego z RPA jest ważne. Zamiast tego aktywacja ATR jest silnie zależna od istnienia wszystkich opisanych wcześniej białek, które znajdują się w miejscu uszkodzenia DNA. Eksperyment, w którym RAD9, ATRIP i TOPBP1 ulegały nadekspresji, dowiódł, że same te białka wystarczyły do ​​aktywacji ATR przy braku 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 przez pośrednik klaspinowy, który łączy ze sobą oba białka. Ten pośredni klaspinowy musi być fosforylowany w dwóch miejscach, aby wykonać tę pracę, coś, co może być przeprowadzone przez ATR, ale najprawdopodobniej jest pod kontrolą jakiejś innej kinazy. Ta odpowiedź, w której pośredniczy Chk1, jest niezbędna do regulacji replikacji w komórce; poprzez szlak Chk1-CDC25, który wpływa na poziomy CDC2, uważa się, że ta odpowiedź zmniejsza szybkość syntezy DNA w komórce i hamuje wyzwalanie 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 monitoruje widełki replikacyjne w celu naprawy i zatrzymania cyklu komórkowego 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 stabilizuje widełki, aby replikacja DNA mogła zachodzić tak, jak powinna.

ATR jest związany z drugą kinazą aktywującą punkt kontrolny, ATM , która jest aktywowana przez dwuniciowe pęknięcia w DNA lub rozerwanie chromatyny. Wykazano również, że ATR działa na pęknięcia podwójnej nici (DSB), działając wolniej w odpowiedzi na resekcje wspólnych końców, które występują w DSB, a tym samym pozostawiają długie nici ssDNA (które następnie sygnalizują ATR). W tej sytuacji ATM rekrutuje ATR i wspólnie pracuje nad odpowiedzią na to uszkodzenie DNA. Odpowiadają 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 jest odpowiedzialny za wczesną śmierć zarodków myszy, co pokazuje, że jest to białko pełniące podstawowe funkcje życiowe. 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 ma zasadnicze znaczenie dla zapobiegania zapadaniu się widełek, co prowadziłoby do rozległego pękania podwójnej nici w całym genomie. Nagromadzenie tych pęknięć dwuniciowych może prowadzić do śmierci komórki.

Znaczenie kliniczne

Mutacje w ATR są odpowiedzialne za zespół Seckela , rzadką chorobę ludzką, która ma pewne cechy charakterystyczne dla ataksji teleangiektazji , która wynika z mutacji ATM .

ATR jest również powiązany z rodzinną teleangiektazją skórną i zespołem nowotworowym .

Inhibitory

Inhibitory ATR/ChK1 mogą nasilać działanie środków sieciujących DNA, takich jak cisplatyna i analogi nukleozydów, takie jak gemcytabina . Pierwsze badania kliniczne z zastosowaniem inhibitorów ATR zostały zainicjowane 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 opierają się 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 faktycznie nadawał odporność na rozwój guza (6). Po wielu badaniach przesiewowych w celu zidentyfikowania konkretnych inhibitorów ATR, obecnie cztery trafiły do ​​badań klinicznych fazy I lub fazy II od 2013 roku; należą do nich AZD6738, M6620 (VX-970), BAY1895344 i M4344 (VX-803) (10). Te inhibitory ATR działają, aby pomóc komórce przejść przez niezależną apoptozę p53, a także wymusić 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 opierają się na alternatywnym szlaku wydłużania telomerów (ALT). Wynika to z obecności RPA podczas ustalania ALT, która rekrutuje ATR do regulacji rekombinacji homologicznej. Ten szlak ALT był niezwykle delikatny w przypadku hamowania ATR, a zatem wykorzystanie tych inhibitorów do ukierunkowania na ten szlak, który utrzymuje nieśmiertelność komórek rakowych, może zapewnić wysoką specyficzność upartym komórkom rakowym.

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 dramatyczna redukcja komórek macierzystych i progenitorowych specyficznych dla tkanki oraz wyczerpanie odnowy tkanek i zdolności homeostatycznych. Nastąpiła również wczesna i trwała utrata spermatogenezy. Jednak nie było znaczącego wzrostu ryzyka nowotworu.

Zespół Seckela

U ludzi mutacje hipomorficzne (częściowa utrata funkcji genu) w genie ATR są powiązane z zespołem Seckela, stanem autosomalnym recesywnym, charakteryzującym się proporcjonalnym karłowatością , opóźnieniem rozwoju, znaczną małogłowiem , wadami zgryzu i kifozą piersiową . U pacjentów z Seckelem często odnotowywano również wygląd starczy lub progeroidalny . Przez wiele lat mutacje znalezione w dwóch rodzinach, u których po raz pierwszy zdiagnozowano zespół Seckela, były jedynymi znanymi mutacjami powodującymi chorobę.

W 2012 roku Ogi i współpracownicy odkryli wiele nowych mutacji, które również spowodowały chorobę. Jedna z postaci choroby, która obejmowała mutację w genach kodujących białko partnerskie ATRIP, jest uważana za cięższą niż postać, która została odkryta po raz pierwszy. Ta mutacja doprowadziła do zerwania małogłowie i opóźnienia wzrostu, mikrotii, mikrognacji, stłoczeń zębów i problemów szkieletowych (o czym świadczy unikalny 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 skróconego białka ATR. Obie te mutacje skutkowały niższymi poziomami ATR i ATRIP niż w komórkach typu dzikiego, prowadząc do niewystarczającej odpowiedzi na uszkodzenie 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.

Naprawa homologiczna rekombinacyjna

Komórki somatyczne myszy z niedoborem ATR mają zmniejszoną częstotliwość rekombinacji homologicznej i podwyższony poziom uszkodzenia chromosomów. To odkrycie sugeruje, że ATR jest wymagane do homologicznej rekombinacyjnej naprawy uszkodzeń endogennego DNA.

Mitoza i mejoza Drosophila

Mei-41 to ortolog Drosophila ATR. Podczas mitozy u Drosophila uszkodzenia DNA spowodowane czynnikami egzogennymi są naprawiane w procesie homologicznej rekombinacji zależnej od mei-41 (ATR). Mutanty uszkodzone 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 alleliczną (crossing over) podczas mejozy, co sugeruje, że mei-41(ATR) typu dzikiego jest wykorzystywany w rekombinacyjnej naprawie spontanicznych uszkodzeń DNA podczas mejozy .

Interakcje

Wykazano, że Ataksja teleangiektazja i białko związane z Rad3 wchodzą w interakcje z:

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki