ATM (белок)

Серин/треониновая киназа ATM
Идентификаторы
СимволATM ; AT1; ATA; ATC; ATD; ATDC; ATE; TEL1; TELO1
Внешние IDOMIM: 607585 HomoloGene30952 IUPHAR: ChEMBL: 3797 GeneCards: ATM Gene
номер EC2.7.11.1
Ортологи
ВидЧеловекМышь
Entrez47211920
EnsemblENSG00000149311ENSMUSG00000034218
UniProtQ13315Q62388
RefSeq (мРНК)NM_000051NM_007499
RefSeq (белок)NP_000042NP_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 «мутантный при атаксии-телеангиэктазии белок») — 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 ируется геном ATM.

Белок и ирующий его ген назван по имени наследственного заболевания — атаксии-телеангиэктазии[1], вызываемой мутациями в гене ATM.


Введение[ | ]

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[ | ]

Ген ATM ирует 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 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[ | ]

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, ирующих 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:

Примечания[ | ]

  1. Entrez Gene: ATM ataxia telangiectasia mutated (includes complementation groups A, C and D).
  2. 1 2 Lee J.H., Paull T.T. Activation and regulation of ATM kinase activity in response to DNA double-strand breaks (англ.) // Oncogene (англ.) : journal. — 2007. — December (vol. 26, no. 56). — P. 7741—7748. — DOI:10.1038/sj.onc.1210872. — PMID 18066086.
  3. Serine-protein kinase ATM - Homo sapiens (Human).
  4. 1 2 3 Lempiäinen H., Halazonetis T.D. Emerging common themes in regulation of PIKKs and PI3Ks (англ.) // EMBO J. (англ.) : journal. — 2009. — October (vol. 28, no. 20). — P. 3067—3073. — DOI:10.1038/emboj.2009.281. — PMID 19779456.
  5. Huang X., Halicka H.D., Darzynkiewicz Z. Detection of histone H2AX phosphorylation on Ser-139 as an indicator of DNA damage (DNA double-strand breaks) (англ.) // Curr Protoc Cytom : journal. — 2004. — November (vol. Chapter 7). — P. Unit 7.27. — ISBN 0-471-14295-6. — DOI:10.1002/0471142956.cy0727s30. — PMID 18770804.
  6. Canman C.E., Lim D.S., Cimprich K.A., Taya Y., Tamai K., Sakaguchi K., Appella E., Kastan M.B., Siliciano J.D. Activation of the ATM kinase by ionizing radiation and phosphorylation of p53 (англ.) // Science : journal. — 1998. — September (vol. 281, no. 5383). — P. 1677—1679. — DOI:10.1126/science.281.5383.1677. — PMID 9733515.
  7. 1 2 Morgan, David O. The cell cycle: Principles of Control (англ.). — Oxford University Press, 2007. — ISBN 0-19-920610-4.
  8. Valentin-Vega Y.A., Maclean K.H., Tait-Mulder J., Milasta S., Steeves M., Dorsey F.C., Cleveland J.L., Green D.R., Kastan M.B. Mitochondrial dysfunction in ataxia-telangiectasia (англ.) // Blood (англ.). — American Society of Hematology (англ.), 2012. — Vol. 119, no. 6. — P. 1490—1500. — DOI:10.1182/blood-2011-08-373639. — PMID 22144182.
  9. Bakkenist C.J., Kastan M.B. DNA damage activates ATM through intermolecular autophosphorylation and dimer dissociation (англ.) // Nature : journal. — 2003. — January (vol. 421, no. 6922). — P. 499—506. — DOI:10.1038/nature01368. — PMID 12556884.
  10. Canman C.E., Lim D.S. The role of ATM in DNA damage responses and cancer (англ.) // Oncogene (англ.). — 1998. — December (vol. 17, no. 25). — P. 3301—3308. — DOI:10.1038/sj.onc.1202577. — PMID 9916992.
  11. Banin S., Moyal L., Shieh S., Taya Y., Anderson C.W., Chessa L., Smorodinsky N.I., Prives C., Reiss Y., Shiloh Y., Ziv Y. Enhanced phosphorylation of p53 by ATM in response to DNA damage (англ.) // Science : journal. — 1998. — September (vol. 281, no. 5383). — P. 1674—1677. — DOI:10.1126/science.281.5383.1674. — PMID 9733514.
  12. Kurz E.U., Lees-Miller S.P. DNA damage-induced activation of ATM and ATM-dependent signaling pathways (англ.) // DNA Repair (Amst.) (англ.) : journal. — 2004. — Vol. 3, no. 8—9. — P. 889—900. — DOI:10.1016/j.dnarep.2004.03.029. — PMID 15279774.
  13. Chen J. Ataxia telangiectasia-related protein is involved in the phosphorylation of BRCA1 following deoxyribonucleic acid damage (англ.) // Cancer Research (англ.) : journal. — American Association for Cancer Research (англ.), 2000. — September (vol. 60, no. 18). — P. 5037—5039. — PMID 11016625.
  14. Friedenson B. The BRCA1/2 pathway prevents hematologic cancers in addition to breast and ovarian cancers (англ.) // BMC Cancer (англ.) : journal. — 2007. — Vol. 7. — P. 152. — DOI:10.1186/1471-2407-7-152. — PMID 17683622.
  15. 1 2 Chen G., Yuan S.S., Liu W., Xu Y., Trujillo K., Song B., Cong F., Goff S.P., Wu Y., Arlinghaus R., Baltimore D., Gasser P.J., Park M.S., Sung P., Lee E.Y. Radiation-induced assembly of Rad51 and Rad52 recombination complex requires ATM and c-Abl (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1999. — April (vol. 274, no. 18). — P. 12748—12752. — DOI:10.1074/jbc.274.18.12748. — PMID 10212258.
  16. 1 2 Kishi S., Zhou X.Z., Ziv Y., Khoo C., Hill D.E., Shiloh Y., Lu K.P. Telomeric protein Pin2/TRF1 as an important ATM target in response to double strand DNA breaks (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 2001. — August (vol. 276, no. 31). — P. 29282—29291. — DOI:10.1074/jbc.M011534200. — PMID 11375976.
  17. Shafman T., Khanna K.K., 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 M.F. Interaction between ATM protein and c-Abl in response to DNA damage (англ.) // Nature : journal. — 1997. — May (vol. 387, no. 6632). — P. 520—523. — DOI:10.1038/387520a0. — PMID 9168117.
  18. Chen J. Ataxia telangiectasia-related protein is involved in the phosphorylation of BRCA1 following deoxyribonucleic acid damage (англ.) // Cancer Research (англ.) : journal. — American Association for Cancer Research (англ.), 2000. — September (vol. 60, no. 18). — P. 5037—5039. — PMID 11016625.
  19. 1 2 3 4 5 6 7 Kim S.T., Lim D.S., Canman C.E., Kastan M.B. Substrate specificities and identification of putative substrates of ATM kinase family members (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1999. — December (vol. 274, no. 53). — P. 37538—37543. — DOI:10.1074/jbc.274.53.37538. — PMID 10608806.
  20. 1 2 3 4 Wang Y., Cortez D., Yazdi P., Neff N., Elledge S.J., Qin J. BASC, a super complex of BRCA1-associated proteins involved in the recognition and repair of aberrant DNA structures (англ.) // Genes Dev. : journal. — 2000. — April (vol. 14, no. 8). — P. 927—939. — PMID 10783165.
  21. Gatei M., Scott S.P., Filippovitch I., Soronika N., Lavin M.F., Weber B., Khanna K.K. Role for ATM in DNA damage-induced phosphorylation of BRCA1 (англ.) // Cancer Research (англ.) : journal. — American Association for Cancer Research (англ.), 2000. — June (vol. 60, no. 12). — P. 3299—3304. — PMID 10866324.
  22. Cortez D., Wang Y., Qin J., Elledge S.J. Requirement of ATM-dependent phosphorylation of brca1 in the DNA damage response to double-strand breaks (англ.) // Science : journal. — 1999. — November (vol. 286, no. 5442). — P. 1162—1166. — DOI:10.1126/science.286.5442.1162. — PMID 10550055.
  23. Tibbetts R.S., Cortez D., Brumbaugh K.M., Scully R., Livingston D., Elledge S.J., Abraham R.T. Functional interactions between BRCA1 and the checkpoint kinase ATR during genotoxic stress (англ.) // Genes Dev. : journal. — 2000. — December (vol. 14, no. 23). — P. 2989—3002. — DOI:10.1101/gad.851000. — PMID 11114888.
  24. Gatei M., Zhou B.B., Hobson K., Scott S., Young D., Khanna K.K. 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 (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 2001. — May (vol. 276, no. 20). — P. 17276—17280. — 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 M.F. Functional link between BLM defective in Bloom's syndrome and the ataxia-telangiectasia-mutated protein, ATM (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 2002. — August (vol. 277, no. 34). — P. 30515—30523. — DOI:10.1074/jbc.M203801200. — PMID 12034743.
  26. Suzuki K., Kodama S., Watanabe M. Recruitment of ATM protein to double strand DNA irradiated with ionizing radiation (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1999. — September (vol. 274, no. 36). — P. 25571—25575. — DOI:10.1074/jbc.274.36.25571. — PMID 10464290.
  27. Taniguchi T., Garcia-Higuera I., Xu B., Andreassen P.R., Gregory R.C., Kim S.T., Lane W.S., Kastan M.B., D'Andrea A.D. Convergence of the fanconi anemia and ataxia telangiectasia signaling pathways (англ.) // Cell : journal. — Cell Press (англ.), 2002. — May (vol. 109, no. 4). — P. 459—472. — DOI:10.1016/s0092-8674(02)00747-x. — PMID 12086603.
  28. Reuter T.Y., Medhurst A.L., Waisfisz Q., Zhi Y., Herterich S., Hoehn H., Gross H.J., Joenje H., Hoatlin M.E., Mathew C.G., Huber P.A. Yeast two-hybrid screens imply involvement of Fanconi anemia proteins in transcription regulation, cell signaling, oxidative metabolism, and cellular transport (англ.) // Exp. Cell Res. (англ.) : journal. — 2003. — October (vol. 289, no. 2). — P. 211—221. — DOI:10.1016/s0014-4827(03)00261-1. — PMID 14499622.
  29. Kang J., Ferguson D., Song H., Bassing C., Eckersdorff M., Alt F.W., Xu Y. Functional interaction of H2AX, NBS1, and p53 in ATM-dependent DNA damage responses and tumor suppression (англ.) // Mol. Cell. Biol. (англ.) : journal. — 2005. — January (vol. 25, no. 2). — P. 661—670. — DOI:10.1128/MCB.25.2.661-670.2005. — PMID 15632067.
  30. Fabbro M., Savage K., Hobson K., Deans A.J., Powell S.N., McArthur G.A., Khanna K.K. BRCA1-BARD1 complexes are required for p53Ser-15 phosphorylation and a G1/S arrest following ionizing radiation-induced DNA damage (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 2004. — July (vol. 279, no. 30). — P. 31251—31258. — DOI:10.1074/jbc.M405372200. — PMID 15159397.
  31. Khanna K.K., Keating K.E., Kozlov S., Scott S., Gatei M., Hobson K., Taya Y., Gabrielli B., Chan D., Lees-Miller S.P., Lavin M.F. ATM associates with and phosphorylates p53: mapping the region of interaction (англ.) // Nat. Genet. : journal. — 1998. — December (vol. 20, no. 4). — P. 398—400. — DOI:10.1038/3882. — PMID 9843217.
  32. Westphal C.H., Schmaltz C., Rowan S., Elson A., Fisher D.E., Leder P. Genetic interactions between atm and p53 influence cellular proliferation and irradiation-induced cell cycle checkpoints (англ.) // Cancer Research (англ.) : journal. — American Association for Cancer Research (англ.), 1997. — May (vol. 57, no. 9). — P. 1664—1667. — PMID 9135004.
  33. Bao S., Tibbetts R.S., Brumbaugh K.M., Fang Y., Richardson D.A., Ali A., Chen S.M., Abraham R.T., Wang X.F. ATR/ATM-mediated phosphorylation of human Rad17 is required for genotoxic stress responses (англ.) // Nature : journal. — 2001. — June (vol. 411, no. 6840). — P. 969—974. — DOI:10.1038/35082110. — PMID 11418864.
  34. Li S., Ting N.S., Zheng L., Chen P.L., Ziv Y., Shiloh Y., Lee E.Y., Lee W.H. Functional link of BRCA1 and ataxia telangiectasia gene product in DNA damage response (англ.) // Nature : journal. — 2000. — July (vol. 406, no. 6792). — P. 210—215. — DOI:10.1038/35018134. — PMID 10910365.
  35. Long X., Lin Y., Ortiz-Vega S., Yonezawa K., Avruch J. Rheb binds and regulates the mTOR kinase (англ.) // Curr. Biol. : journal. — 2005. — April (vol. 15, no. 8). — P. 702—713. — DOI:10.1016/j.cub.2005.02.053. — PMID 15854902.
  36. Chang L., Zhou B., Hu S., Guo R., Liu X., Jones S.N., Yen Y. ATM-mediated serine 72 phosphorylation stabilizes ribonucleotide reductase small subunit p53R2 protein against MDM2 to DNA damage (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 2008. — November (vol. 105, no. 47). — P. 18519—18524. — DOI:10.1073/pnas.0803313105. — PMID 19015526.
  37. Kim S.T., Xu B., Kastan M.B. Involvement of the cohesin protein, Smc1, in Atm-dependent and independent responses to DNA damage (англ.) // Genes Dev. : journal. — 2002. — March (vol. 16, no. 5). — P. 560—570. — DOI:10.1101/gad.970602. — PMID 11877376.
  38. Fernandez-Capetillo O., Chen H.T., Celeste A., Ward I., Romanienko P.J., Morales J.C., Naka K., Xia Z., Camerini-Otero R.D., Motoyama N., Carpenter P.B., Bonner W.M., Chen J., Nussenzweig A. DNA damage-induced G2-M checkpoint activation by histone H2AX and 53BP1 (англ.) // Nat. Cell Biol. : journal. — 2002. — December (vol. 4, no. 12). — P. 993—997. — DOI:10.1038/ncb884. — PMID 12447390.
  39. Ward I.M., Minn K., Jorda K.G., Chen J. Accumulation of checkpoint protein 53BP1 at DNA breaks involves its binding to phosphorylated histone H2AX (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 2003. — May (vol. 278, no. 22). — P. 19579—19582. — DOI:10.1074/jbc.C300117200. — PMID 12697768.

Литература[ | ]