ATR-Struktur und Funktion

ATR ist ein 300 kDa Protein, das entsprechend seiner Funktion in ATRIP-interagierende Domäne, Kinase-Domäne und andere Domänen unterteilt wird. Die N-terminale ATRIP-Bindungsdomäne ist eine wichtige Domäne für die ATR-Aktivierung, und die C-terminale Kinase-Domäne ist eine wichtige Domäne für die ATR-Phosphorylierung von nachgeschalteten Proteinen. ATR ist ein Mitglied der Phosphatidylinositol-3-Kinase-verwandten Kinase (PIKK) Protein-Familie und hat die Funktion, Serin oder Threonin des Zielproteins zu phosphorylieren. Es spielt eine wichtige Rolle im Zellwachstumsstoffwechsel, bei der DNA-Schadensreparatur und anderen Prozessen. Die Sequenz seiner Kinase-Domäne ist den Proteinen der Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3K) Familie sehr ähnlich. ATR ist an einer breiteren Palette von DNA-Schadensreparaturtypen beteiligt als ATM und spielt eine Schlüsselrolle bei der Stabilisierung der DNA während der Replikation. ATR kann die durch ultraviolette Strahlen verursachten Schäden erkennen und nachgeschaltete Proteine wie p53, Chk1, Claspin usw. phosphorylieren, wodurch die Nukleotid-Exzisionsreparatur, der Zellzyklus und die Apoptose der Zelle reguliert werden.

ATR reguliert UV-induzierte Apoptose

Apoptose (programmierter Zelltod) ist eine wichtige Regulationsmethode zur Aufrechterhaltung des Mikroklimas des Organismus. Wenn die Zelle beschädigt ist und nicht repariert werden kann, wird der Apoptoseprozess eingeleitet und die beschädigte Zelle wird apoptotisch, um das Individuum zu schützen. Der Weg der UV-induzierten Apoptose kann in p53-unabhängige Apoptose und p53-abhängige Apoptose unterteilt werden. Es gibt drei Wege der p53-unabhängigen Apoptose: UV-Strahlung induziert die Freisetzung oder Erhöhung des Todesliganden auf der Zellmembran und erhöht die Bindung an den Todesrezeptor, um die Apoptose zu aktivieren; UV-Strahlung verursacht direkt die Aggregation von Todesrezeptoren auf der Zellmembran, was nicht die Anwesenheit von Todesliganden zur Aktivierung der Apoptose erfordert; UV-Strahlung verursacht die Freisetzung von Cytochrom C in den Mitochondrien und aktiviert den Apoptoseweg. Die UV-induzierte Apoptose wird hauptsächlich durch den p53-abhängigen Weg reguliert, der durch ATR gesteuert wird: Nach UV-Schädigung wird ATR aktiviert, p53 wird phosphoryliert, p53 und MDM2 dissoziieren, und p53 wird durch Ubiquitinierung abgebaut. Wenn der DNA-Schaden nicht repariert werden kann, kann phosphoryliertes p53 Apaf1 aktivieren, Apaf1 spaltet Caspase9, und dann spaltet Caspase9 Caspase3 zur Aktivierung. Caspase3 wirkt als Effektormolekül für die Apoptose, und p53 kann auch die durch Cytochrom C aktivierte mitochondriale Apoptose hemmen. Wissenschaftler fanden jedoch in menschlichen Keratinozyten heraus, dass ATR die durch ultraviolette Strahlen verursachte Apoptose durch Phosphorylierung von Chk1 reguliert und p53 nicht beteiligt ist. Dies deutet darauf hin, dass ATR möglicherweise Chk1 oder p53 phosphoryliert, um die Zellapoptose zu regulieren, aber der spezifische Prozess, wie ATR die Zellapoptose über Chk1 reguliert, ist noch nicht geklärt und bedarf weiterer Forschung.

Funktionen

ATR ist eine Serin/Threonin-spezifische Proteinkinase, die an der Erkennung von DNA-Schäden und der Aktivierung von DNA-Schadenskontrollpunkten beteiligt ist, was zu einem Zellzyklusarrest führt. ATR wird als Reaktion auf persistierende einzelsträngige DNA aktiviert, ein häufiges Zwischenprodukt, das während der Erkennung und Reparatur von DNA-Schäden gebildet wird. Einzelsträngige DNA tritt an gestoppten Replikationsgabeln auf und wirkt als Zwischenprodukt in DNA-Reparaturwegen wie der Nukleotid-Exzisionsreparatur und der homologen Rekombinationsreparatur. ATR erkennt zusammen mit einem Chaperon-Protein namens ATRIP einzelsträngige DNA, die in RPA eingehüllt ist. Sobald ATR aktiviert ist, phosphoryliert es Chk1 und leitet so eine Signaltransduktionskaskade ein, die schließlich zum Zellzyklusarrest führt. Zusätzlich zu seiner Funktion, DNA-Schadenskontrollpunkte zu aktivieren, wird angenommen, dass ATR auch eine Rolle bei der störungsfreien DNA-Replikation spielt. ATR ist mit einer zweiten durch Kontrollpunkte aktivierten Kinase, ATM, verwandt, die durch Doppelstrangbrüche oder Chromatinunterbrechungen der DNA aktiviert wird.

Klinische Bedeutung

ATR-Mutationen sind die Ursache des Seckel-Syndroms, einer seltenen menschlichen Erkrankung, die bestimmte Merkmale mit der durch ATM-Mutationen verursachten Ataxia-Teleangiektasia gemeinsam hat. ATR ist auch mit familiärer Hautteleangiektasie und Krebssyndrom assoziiert. ATR/Chk1-Inhibitoren können die Wirkung von DNA-Quervernetzungsagenzien verstärken. AstraZeneca hat die erste klinische Studie mit ATR-Inhibitoren eingeleitet, vorzugsweise bei Patienten mit ATM-mutierter chronischer lymphatischer Leukämie (CLL), prälymphozytärer Leukämie (PLL) oder B-Zell-Lymphom, und Vertex Pharmaceuticals behandelt fortgeschrittene solide Tumoren.

Referenz

1. Cimprich KA; et al. cDNA-Klonierung und Genkartierung eines Kandidatenproteins für den menschlichen Zellzyklus-Checkpoint. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1996,93 (7): 2850-5.