Белок и кодирующий его ген назван по имени наследственного заболевания — атаксии-телеангиэктазии[1], вызываемой мутациями в гене ATM.
Введение
На протяжении клеточного циклаДНК контролируется на наличие повреждений. Повреждения ДНК возникают в результате ошибок при репликации, воздействия побочных продуктов метаболизма, токсичных препаратов, ионизирующего излучения и других факторов. При наличии повреждений ДНК клеточный цикл останавливается в так называемых контрольных точках. Клеточный цикл имеет две основных контрольных точки, G1/S и G2/M, на которых проверяется целостность генетического материала. ATM играет важную роль в задержке клеточного цикла после возникновения повреждений ДНК, особенно после двунитевых разрывов.[2] ATM вместе с другим белком NBS1 выступают в качестве белков, детектирующих двунитевые разрывы ДНК. Различные посредники, такие как Mre11 и MDC1, обретают пост-трансляционные модификации, которые создаются с помощью белков-детекторов. Эти модифицированные белки-посредники затем усиливают сигнал и передают нижестоящим эффекторам, таким как Сhk2 и p53.
Структура
Ген ATM кодирует белок весом 350 кДа, состоящий из 3056 аминокислот.[3] ATM относится к надсемейству фосфатидилинозитоло 3-киназосвязанных киназ[en] (PIKK). Надсемейство PIKK состоит из шести серин/ треониновых протеинкиназ, обладающих сходством с фосфатидилинозитол-3-киназой (PI3K). Этот семейство киназ включает, среди прочих: ATR, ДНК-PKcs (ДНК-зависимая протеинкиназа каталитической субъединицы) и МРМ (целевой рапамицин у млекопитающих). ATM состоит из пяти доменов, расположенных от N-конца к С-концу в следующем порядке: HEAT repeat domain[en], домен FRAP-ATM-TRRAP (FAT), домен киназы (KD), PIKK-регуляторный домен (PRD) и FAT-C-терминальный (FATC) домен. HEAT repeat непосредственно связывается с С-концом NBS1. Домен FAT взаимодействует с доменом киназы ATM, чтобы стабилизировать С-концевую область самой ATM. Домен KD возобновляет активность киназы, в то время как PRD и домен FATC её регулируют. Хотя ни одна структура для ATM окончательно не ясна, общая форма ATM очень похожа на ДНК-зависимая протеинкиназу ДНК-PKcs и состоит из головки и длинного плеча, для того, как полагают, чтобы обернуть его вокруг двухцепочечной ДНК после конформационного изменения. Весь N-концевой домен вместе с доменом FAT, по прогнозам, принимает вид α-спиральной структуры, которая была найдена с помощью анализа последовательности. Это α-спиральная структура, как полагают, образуют третичную структуру, которая имеет изогнутую трубчатую форму, например, как у белка хантингтин, который также содержит HEAT повторы. FATC является С-концевым доменом с длиной около 30 аминокислот. Он высококонсервативен и состоит из α-спирали с последующим резким поворотом, стабилизированным с помощью дисульфидной связи.[4]
Схематическое изображение четырёх известных консервативных доменов в четырёх членах семейства PIKK.[4]
Функция
Комплекс из трёх белков Mre11, RAD50 и NBS1 (Xrs2 в дрожжах), у человека называется MRN комплексом, рекрутирует ATM при двунитевых разрывах ДНК и удерживает два конца вместе. ATM непосредственно взаимодействует с субъединицей NBS1 и фосфорилирует вариантный гистон H2AX по серину в 139 положении.[5] Это фосфорилирование генерирует сайт связывания для адаптерных белков, обладающих доменом BRCT . Эти адаптерные белки затем рекрутируют различные факторы, включая эффекторные протеинкиназы Сhk2 и опухолевые супрессоры p53. ATM-опосредованный ответ на повреждение ДНК состоит из быстрой и отсроченной реакции. Эффекторная киназа Chk2 фосфорилируется при помощи ATM и таким образом активируется. Активированная Chk2 фосфорилирует фосфатазуCDC25A, которая в результате не может дефосфорилировать CdK2-циклин, что приводит к остановке клеточного цикла. Если двунитевой разрыв ДНК не был быстро восстановлен, ATM дополнительно фосфорилирует MDM2 и р53 по серину в 115 положении.[6] p53 также фосфорилируется эффекторной киназой Сhk2 . Эти фосфорилирования приводят к стабилизации и активации p53 и последующей транскрипции многочисленных целевых генов p53, включая ингибитор Cdk р21. Это приводит к долгосрочной остановке клеточного цикла или даже апоптозу.[7]
ATM-опосредованный двухступенчатый ответ на двунитевой разрыв ДНК. При быстром реагировании активированная ATM фосфорилирует эффекторную киназу Сhk2, который фосфорилирует CDC25A, что приводит затем к его убиквитинированию и деградации. Поэтому фосфорилированный CDK2-циклин накапливается и блокирует прогрессирование клеточного цикла. В задержанном отклике АТМ фосфорилирует MDM2 и р53, который также фосфорилируется Chk2, что приводит к активации и стабилизации р53. Активация р53, в свою очередь, приводит к повышенной экспрессии ингибитора Cdk (р21), который дополнительно помогает сохранить низкую активность Cdk и поддерживать долгосрочную остановку клеточного цикла.[7]
Протеинкиназа АТМ также может быть вовлечена в гомеостазмитохондрий, как регулятор аутофагии митохондрий (митофагия), что приводит к удалению старых дисфункциональных митохондрий.[8]
Регуляция
Функциональный комплекс MRN необходим для активации ATM после двунитевых разрывов ДНК. Сложные функции в клетках млекопитающих выше ATM и индуцируют конформационные изменения, которые облегчают увеличение сродства ATM к его субстратам, таким как Chk2 и p53.[2] Неактивный ATM присутствует в клетках без DSB, как димер или мультимер. При повреждении ДНК, ATM аутофосфорилируется в остатке Ser1981. Это фосфорилирование провоцирует диссоциацию димеров ATM, которая сопровождается выделением её активных мономеров.[9] Кроме того автофосфорилирование (из остатков Ser367 и Ser1893) необходимо для нормальной деятельности киназы ATM. Активации ATM с помощью комплекса MRN предшествует по меньшей мере, две стадии; рекрутирование ATM для DSB окончаний в качестве посредника контрольной точки повреждений ДНК — белка 1 (MDC1), который связывается с MRE11, а также последующей стимуляции активности киназы и C-окончания NBS1. Три домена FAT, PRD и FaTC вовлечены в регуляцию активности домена киназы KD. Домен FAT взаимодействует с доменом KD ATM, чтобы стабилизировать С-концевую область самой ATM. Домен FATC имеет решающее значение для активности киназы и очень чувствителен к мутагенезу. Это посредник белок-белковых взаимодействий, например, у гистонацетилтрансферазы Tip60 (HIV-1 Tat белок, взаимодействующий с 60 кДа), который ацетилирует ATM в остатке Lys3016. Ацетилирование происходит в С-концевой половине домена PRD и требуется для активации киназы АТМ и для её расщепления в мономеры. В то время как делеция всего домена PRD отменяет киназную активность ATM, конкретные небольшие делеции не показывают никакого эффекта.[4]
Роль при раке
Атаксия телеангиэктазия (AT) является редким заболеванием, характеризующимся дегенерацией мозжечка, крайней чувствительностью клеток к облучению и предрасположенностью к раку. Все пациенты имеют мутации в гене ATM. Большинство других расстройств, сходных по симптомам с атаксией телеангиэктазией, могут быть вызваны дефектами в генах, кодирующих белковый комплекс MRN. Одной из особенностей белка ATM является быстрое увеличение киназной активности сразу же после образования двунитевого разрыва ДНК.[10][11] Фенотипическое проявление атаксии телеангиэктазии обусловлено широким диапазоном субстратов киназы ATM, включая белки, участвующие в репарации ДНК, апоптозе,в регуляции клеточного цикла, генной регуляции, инициации трансляции и обслуживании теломер.[12] Таким образом, дефект в ATM имеет серьезные последствия в виде неправильной репарации определённых типов повреждений ДНК и результатом неправильной репарации может быть рак. У больных, имеющих повышенный риск развития рака молочной железы, этот риск был приписан взаимодействию ATM и фосфорилирования BRCA1 и связанных с ним белков после повреждения ДНК.[13] Некоторые виды лейкозов и лимфом, в том числе мантийноклеточной лимфомы, T-ALL[en], атипичный хронический лимфолейкоз и T-PLL[en] также связаны с дефектами ATM.[14]
Взаимодействия
Выявлено, что мутантный при атаксии-телеангиэктазии белок взаимодействует с:
1 2 Lee JH, Paull TT (December 2007). “Activation and regulation of ATM kinase activity in response to DNA double-strand breaks”. Oncogene. 26 (56): 7741—8. DOI:10.1038/sj.onc.1210872. PMID18066086.
↑ Huang X, Halicka HD, Darzynkiewicz Z (November 2004). “Detection of histone H2AX phosphorylation on Ser-139 as an indicator of DNA damage (DNA double-strand breaks)”. Curr Protoc Cytom. Chapter 7: Unit 7.27. DOI:10.1002/0471142956.cy0727s30. ISBN0-471-14295-6. PMID18770804.
↑ Canman CE, Lim DS, Cimprich KA, Taya Y, Tamai K, Sakaguchi K, Appella E, Kastan MB, Siliciano JD (September 1998). “Activation of the ATM kinase by ionizing radiation and phosphorylation of p53”. Science. 281 (5383): 1677—9. DOI:10.1126/science.281.5383.1677. PMID9733515.
↑ Canman CE, Lim DS (December 1998). “The role of ATM in DNA damage responses and cancer”. Oncogene. 17 (25): 3301—8. DOI:10.1038/sj.onc.1202577. PMID9916992.
↑ Banin S, Moyal L, Shieh S, Taya Y, Anderson CW, Chessa L, Smorodinsky NI, Prives C, Reiss Y, Shiloh Y, Ziv Y (September 1998). “Enhanced phosphorylation of p53 by ATM in response to DNA damage”. Science. 281 (5383): 1674—7. DOI:10.1126/science.281.5383.1674. PMID9733514.
↑ Kurz EU, Lees-Miller SP (2004). “DNA damage-induced activation of ATM and ATM-dependent signaling pathways”. DNA Repair (Amst.). 3 (8—9): 889—900. DOI:10.1016/j.dnarep.2004.03.029. PMID15279774.
↑ Chen J (September 2000). “Ataxia telangiectasia-related protein is involved in the phosphorylation of BRCA1 following deoxyribonucleic acid damage”. Cancer Res. 60 (18): 5037—9. PMID11016625.
1 2 Chen G, Yuan SS, Liu W, Xu Y, Trujillo K, Song B, Cong F, Goff SP, Wu Y, Arlinghaus R, Baltimore D, Gasser PJ, Park MS, Sung P, Lee EY (April 1999). “Radiation-induced assembly of Rad51 and Rad52 recombination complex requires ATM and c-Abl”. J. Biol. Chem. 274 (18): 12748–52. DOI:10.1074/jbc.274.18.12748. PMID10212258.
1 2 Kishi S, Zhou XZ, Ziv Y, Khoo C, Hill DE, Shiloh Y, Lu KP (August 2001). “Telomeric protein Pin2/TRF1 as an important ATM target in response to double strand DNA breaks”. J. Biol. Chem. 276 (31): 29282–91. DOI:10.1074/jbc.M011534200. PMID11375976.
↑ Shafman T, Khanna KK, Kedar P, Spring K, Kozlov S, Yen T, Hobson K, Gatei M, Zhang N, Watters D, Egerton M, Shiloh Y, Kharbanda S, Kufe D, Lavin MF (May 1997). “Interaction between ATM protein and c-Abl in response to DNA damage”. Nature. 387 (6632): 520–3. DOI:10.1038/387520a0. PMID9168117.
↑ Chen J (September 2000). “Ataxia telangiectasia-related protein is involved in the phosphorylation of BRCA1 following deoxyribonucleic acid damage”. Cancer Res. 60 (18): 5037–9. PMID11016625.
1 2 3 4 5 6 7 Kim ST, Lim DS, Canman CE, Kastan MB (Dec 1999). “Substrate specificities and identification of putative substrates of ATM kinase family members”. J. Biol. Chem. 274 (53): 37538–43. DOI:10.1074/jbc.274.53.37538. PMID10608806.
↑ Gatei M, Scott SP, Filippovitch I, Soronika N, Lavin MF, Weber B, Khanna KK (June 2000). “Role for ATM in DNA damage-induced phosphorylation of BRCA1”. Cancer Res. 60 (12): 3299–304. PMID10866324.
↑ Cortez D, Wang Y, Qin J, Elledge SJ (November 1999). “Requirement of ATM-dependent phosphorylation of brca1 in the DNA damage response to double-strand breaks”. Science. 286 (5442): 1162–6. DOI:10.1126/science.286.5442.1162. PMID10550055.
↑ Gatei M, Zhou BB, Hobson K, Scott S, Young D, Khanna KK (May 2001). “Ataxia telangiectasia mutated (ATM) kinase and ATM and Rad3 related kinase mediate phosphorylation of Brca1 at distinct and overlapping sites. In vivo assessment using phospho-specific antibodies”. J. Biol. Chem. 276 (20): 17276–80. DOI:10.1074/jbc.M011681200. PMID11278964.
↑ Beamish H, Kedar P, Kaneko H, Chen P, Fukao T, Peng C, Beresten S, Gueven N, Purdie D, Lees-Miller S, Ellis N, Kondo N, Lavin MF (August 2002). “Functional link between BLM defective in Bloom's syndrome and the ataxia-telangiectasia-mutated protein, ATM”. J. Biol. Chem. 277 (34): 30515–23. DOI:10.1074/jbc.M203801200. PMID12034743.
↑ Suzuki K, Kodama S, Watanabe M (September 1999). “Recruitment of ATM protein to double strand DNA irradiated with ionizing radiation”. J. Biol. Chem. 274 (36): 25571–5. DOI:10.1074/jbc.274.36.25571. PMID10464290.
↑ Taniguchi T, Garcia-Higuera I, Xu B, Andreassen PR, Gregory RC, Kim ST, Lane WS, Kastan MB, D'Andrea AD (May 2002). “Convergence of the fanconi anemia and ataxia telangiectasia signaling pathways”. Cell. 109 (4): 459–72. DOI:10.1016/s0092-8674(02)00747-x. PMID12086603.
↑ Reuter TY, Medhurst AL, Waisfisz Q, Zhi Y, Herterich S, Hoehn H, Gross HJ, Joenje H, Hoatlin ME, Mathew CG, Huber PA (October 2003). “Yeast two-hybrid screens imply involvement of Fanconi anemia proteins in transcription regulation, cell signaling, oxidative metabolism, and cellular transport”. Exp. Cell Res. 289 (2): 211–21. DOI:10.1016/s0014-4827(03)00261-1. PMID14499622.
↑ Fabbro M, Savage K, Hobson K, Deans AJ, Powell SN, McArthur GA, Khanna KK (July 2004). “BRCA1-BARD1 complexes are required for p53Ser-15 phosphorylation and a G1/S arrest following ionizing radiation-induced DNA damage”. J. Biol. Chem. 279 (30): 31251–8. DOI:10.1074/jbc.M405372200. PMID15159397.
↑ Khanna KK, Keating KE, Kozlov S, Scott S, Gatei M, Hobson K, Taya Y, Gabrielli B, Chan D, Lees-Miller SP, Lavin MF (Dec 1998). “ATM associates with and phosphorylates p53: mapping the region of interaction”. Nat. Genet. 20 (4): 398–400. DOI:10.1038/3882. PMID9843217.
↑ Westphal CH, Schmaltz C, Rowan S, Elson A, Fisher DE, Leder P (May 1997). “Genetic interactions between atm and p53 influence cellular proliferation and irradiation-induced cell cycle checkpoints”. Cancer Res. 57 (9): 1664–7. PMID9135004.
↑ Bao S, Tibbetts RS, Brumbaugh KM, Fang Y, Richardson DA, Ali A, Chen SM, Abraham RT, Wang XF (June 2001). “ATR/ATM-mediated phosphorylation of human Rad17 is required for genotoxic stress responses”. Nature. 411 (6840): 969–74. DOI:10.1038/35082110. PMID11418864.
↑ Li S, Ting NS, Zheng L, Chen PL, Ziv Y, Shiloh Y, Lee EY, Lee WH (July 2000). “Functional link of BRCA1 and ataxia telangiectasia gene product in DNA damage response”. Nature. 406 (6792): 210–5. DOI:10.1038/35018134. PMID10910365.
↑ Long X, Lin Y, Ortiz-Vega S, Yonezawa K, Avruch J (April 2005). “Rheb binds and regulates the mTOR kinase”. Curr. Biol. 15 (8): 702–13. DOI:10.1016/j.cub.2005.02.053. PMID15854902.
↑ Fernandez-Capetillo O, Chen HT, Celeste A, Ward I, Romanienko PJ, Morales JC, Naka K, Xia Z, Camerini-Otero RD, Motoyama N, Carpenter PB, Bonner WM, Chen J, Nussenzweig A (Dec 2002). “DNA damage-induced G2-M checkpoint activation by histone H2AX and 53BP1”. Nat. Cell Biol. 4 (12): 993–7. DOI:10.1038/ncb884. PMID12447390.
↑ Ward IM, Minn K, Jorda KG, Chen J (May 2003). “Accumulation of checkpoint protein 53BP1 at DNA breaks involves its binding to phosphorylated histone H2AX”. J. Biol. Chem. 278 (22): 19579–82. DOI:10.1074/jbc.C300117200. PMID12697768.
Литература
Giaccia AJ, Kastan MB (1998). “The complexity of p53 modulation: emerging patterns from divergent signals”. Genes Dev. 12 (19): 2973—83. DOI:10.1101/gad.12.19.2973. PMID9765199.
Kastan MB, Lim DS (2001). “The many substrates and functions of ATM”. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 1 (3): 179—86. DOI:10.1038/35043058. PMID11252893.
Shiloh Y (2002). “ATM: from phenotype to functional genomics--and back”. Ernst Schering Res. Found. Workshop (36): 51—70. PMID11859564.
Redon C, Pilch D, Rogakou E, Sedelnikova O, Newrock K, Bonner W (2002). “Histone H2A variants H2AX and H2AZ”. Current Opinion in Genetics & Development. 12 (2): 162—9. DOI:10.1016/S0959-437X(02)00282-4. PMID11893489.
Tang Y (2003). “[ATM and Cancer]”. Zhongguo Shi Yan Xue Ye Xue Za Zhi. 10 (1): 77—80. PMID12513844.
Shiloh Y (2003). “ATM and related protein kinases: safeguarding genome integrity”. Nature Reviews Cancer. 3 (3): 155—68. DOI:10.1038/nrc1011. PMID12612651.
Gumy-Pause F, Wacker P, Sappino AP (2004). “ATM gene and lymphoid malignancies”. Leukemia. 18 (2): 238—42. DOI:10.1038/sj.leu.2403221. PMID14628072.
Kurz EU, Lees-Miller SP (2005). “DNA damage-induced activation of ATM and ATM-dependent signaling pathways”. DNA Repair (Amst.). 3 (8—9): 889—900. DOI:10.1016/j.dnarep.2004.03.029. PMID15279774.
Abraham RT (2005). “The ATM-related kinase, hSMG-1, bridges genome and RNA surveillance pathways”. DNA Repair (Amst.). 3 (8—9): 919—25. DOI:10.1016/j.dnarep.2004.04.003. PMID15279777.
Lavin MF, Scott S, Gueven N, Kozlov S, Peng C, Chen P (2005). “Functional consequences of sequence alterations in the ATM gene”. DNA Repair (Amst.). 3 (8—9): 1197—205. DOI:10.1016/j.dnarep.2004.03.011. PMID15279808.
Meulmeester E, Pereg Y, Shiloh Y, Jochemsen AG (2006). “ATM-mediated phosphorylations inhibit Mdmx/Mdm2 stabilization by HAUSP in favor of p53 activation”. Cell Cycle. 4 (9): 1166—70. DOI:10.4161/cc.4.9.1981. PMID16082221.
Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.
2019-2025 WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии