ATM (белок)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Серин/треониновая киназа ATM
Идентификаторы
Символ ATM ; AT1; ATA; ATC; ATD; ATDC; ATE; TEL1; TELO1
Внешние ID OMIM: 607585 HomoloGene30952 IUPHAR: ChEMBL: 3797 GeneCards: ATM Gene
номер EC 2.7.11.1
Ортологи
Вид Человек Мышь
Entrez 472 11920
Ensembl ENSG00000149311 ENSMUSG00000034218
UniProt Q13315 Q62388
RefSeq (мРНК) NM_000051 NM_007499
RefSeq (белок) NP_000042 NP_031525
Локус (UCSC) Chr 11:
108.09 – 108.24 Mb
Chr 9:
53.44 – 53.54 Mb
Поиск в PubMed [1] [2]

ATM (англ. аtaxia telangiectasia mutated) — серин/треониновая протеинкиназа, которая рекрутируется и активируется двунитевыми разрывами ДНК. Эта киназа фосфорилирует несколько ключевых белков, которые инициируют остановку клеточного цикла, запускают репарацию ДНК или апоптоз. Некоторые из этих белков, в том числе p53, Сhk2 и вариантный гистон H2AX являются опухолевыми супрессорами. Белок кодируется геном ATM.

Белок и кодирующий его ген назван по имени наследственного заболевания — атаксии телеангиэктазии.[1]

Введение[править | править код]

На протяжении клеточного цикла ДНК 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[править | править код]

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[править | править код]

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 фосфатазу CDC25A, 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 гомеостаз митохондрий, как регулятор аутофагии митохондрий (митофагия), что приводит к удалению старых дисфункциональных митохондрий.[8]

Регуляция[править | править код]

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[править | править код]

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[править | править код]

Мутантная атаксия-телеангиэктазия, как было выявлено, взаимодействует с:

Примечания[править | править код]

  1. Entrez Gene: ATM ataxia telangiectasia mutated (includes complementation groups A, C and D).
  2. 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. PMID 18066086.
  3. Serine-protein kinase ATM - Homo sapiens (Human).
  4. 1 2 3 Lempiäinen H, Halazonetis TD (October 2009). «Emerging common themes in regulation of PIKKs and PI3Ks». EMBO J. 28 (20): 3067–73. DOI:10.1038/emboj.2009.281. PMID 19779456.
  5. 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. PMID 18770804.
  6. 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. PMID 9733515.
  7. 1 2 Morgan David O. The cell cycle: Principles of Control. — Oxford University Press, 2007. — ISBN 0-19-920610-4.
  8. Valentin-Vega YA, Maclean KH, Tait-Mulder J, Milasta S, Steeves M, Dorsey FC, Cleveland JL, Green DR, Kastan MB (2012). «Mitochondrial dysfunction in ataxia-telangiectasia». Blood 119 (6): 1490–500. DOI:10.1182/blood-2011-08-373639. PMID 22144182.
  9. Bakkenist CJ, Kastan MB (January 2003). «DNA damage activates ATM through intermolecular autophosphorylation and dimer dissociation». Nature 421 (6922): 499–506. DOI:10.1038/nature01368. PMID 12556884.
  10. 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. PMID 9916992.
  11. 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. PMID 9733514.
  12. 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. PMID 15279774.
  13. 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. PMID 11016625.
  14. Friedenson B (2007). «The BRCA1/2 pathway prevents hematologic cancers in addition to breast and ovarian cancers». BMC Cancer 7: 152. DOI:10.1186/1471-2407-7-152. PMID 17683622. Lay summary – Scientific Video Site.
  15. 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. PMID 10212258.
  16. 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. PMID 11375976.
  17. 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. PMID 9168117.
  18. 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. PMID 11016625.
  19. 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. PMID 10608806.
  20. 1 2 3 4 Wang Y, Cortez D, Yazdi P, Neff N, Elledge SJ, Qin J (April 2000). «BASC, a super complex of BRCA1-associated proteins involved in the recognition and repair of aberrant DNA structures». Genes Dev. 14 (8): 927-39. PMID 10783165.
  21. 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. PMID 10866324.
  22. 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. PMID 10550055.
  23. Tibbetts RS, Cortez D, Brumbaugh KM, Scully R, Livingston D, Elledge SJ, Abraham RT (Dec 2000). «Functional interactions between BRCA1 and the checkpoint kinase ATR during genotoxic stress». Genes Dev. 14 (23): 2989-3002. DOI:10.1101/gad.851000. PMID 11114888.
  24. 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. PMID 11278964.
  25. 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. PMID 12034743.
  26. 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. PMID 10464290.
  27. 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. PMID 12086603.
  28. 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. PMID 14499622.
  29. Kang J, Ferguson D, Song H, Bassing C, Eckersdorff M, Alt FW, Xu Y (January 2005). «Functional interaction of H2AX, NBS1, and p53 in ATM-dependent DNA damage responses and tumor suppression». Mol. Cell. Biol. 25 (2): 661-70. DOI:10.1128/MCB.25.2.661-670.2005. PMID 15632067.
  30. 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. PMID 15159397.
  31. 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. PMID 9843217.
  32. 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. PMID 9135004.
  33. 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. PMID 11418864.
  34. 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. PMID 10910365.
  35. 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. PMID 15854902.
  36. Chang L, Zhou B, Hu S, Guo R, Liu X, Jones SN, Yen Y (November 2008). «ATM-mediated serine 72 phosphorylation stabilizes ribonucleotide reductase small subunit p53R2 protein against MDM2 to DNA damage». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (47): 18519-24. DOI:10.1073/pnas.0803313105. PMID 19015526.
  37. Kim ST, Xu B, Kastan MB (March 2002). «Involvement of the cohesin protein, Smc1, in Atm-dependent and independent responses to DNA damage». Genes Dev. 16 (5): 560-70. DOI:10.1101/gad.970602. PMID 11877376.
  38. 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. PMID 12447390.
  39. 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. PMID 12697768.

Литература[править | править код]

  • 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. PMID 9765199.
  • 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. PMID 11252893.
  • Shiloh Y (2002). «ATM: from phenotype to functional genomics--and back». Ernst Schering Res. Found. Workshop (36): 51–70. PMID 11859564.
  • 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. PMID 11893489.
  • Tang Y (2003). «[ATM and Cancer]». Zhongguo Shi Yan Xue Ye Xue Za Zhi 10 (1): 77–80. PMID 12513844.
  • Shiloh Y (2003). «ATM and related protein kinases: safeguarding genome integrity». Nature Reviews Cancer 3 (3): 155–68. DOI:10.1038/nrc1011. PMID 12612651.
  • Gumy-Pause F, Wacker P, Sappino AP (2004). «ATM gene and lymphoid malignancies». Leukemia 18 (2): 238–42. DOI:10.1038/sj.leu.2403221. PMID 14628072.
  • 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. PMID 15279774.
  • 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. PMID 15279777.
  • 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. PMID 15279808.
  • 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. PMID 16082221.
  • Ahmed M, Rahman N (2006). «ATM and breast cancer susceptibility». Oncogene 25 (43): 5906–11. DOI:10.1038/sj.onc.1209873. PMID 16998505.