ATR-Struktur und -Funktion

ATR ist ein 300 kDa Protein, das gemäß seiner Funktion in das ATRIP-interagierende Domäne, die Kinase-Domäne und andere Domänen unterteilt ist. Die N-terminalen ATRIP-Bindungsdomäne ist eine wichtige Domäne für die ATR-Aktivierung, und die C-terminale Kinase-Domäne ist eine wichtige Domäne für die Phosphorylierung von downstream-Proteinen durch ATR. ATR ist ein Mitglied der Familie der phosphatidylinositol-3-Kinase-verwandten Kinasen (PIKK) und hat die Funktion, Serin oder Threonin des Zielproteins zu phosphorylieren. Es spielt eine wichtige Rolle im Zellwachstumsstoffwechsel, bei der DNA-Schadenreparatur 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-Schadenreparaturtypen 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 phosphoryliert downstream-Proteine wie p53, Chk1, Claspin usw., wodurch die Nukleotid-Exzisionsreparatur, den Zellzyklus und die Zellapoptose reguliert werden.

ATR reguliert UV-induzierte Apoptose

Apoptose (Apoptose) ist eine wichtige Regulierungsmethode zur Aufrechterhaltung des Mikroumfelds 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 in der Zellmembran, was keine Anwesenheit von Todesliganden erfordert, um die Apoptose zu aktivieren; ultraviolette Strahlung verursacht die Freisetzung von Cytochrom C in den Mitochondrien, was den apoptotischen Weg aktiviert. Die UV-induzierte Apoptose wird hauptsächlich durch den p53-abhängigen Weg reguliert, der von ATR reguliert wird: Nach UV-Schaden wird ATR aktiviert, p53 wird phosphoryliert, p53 und MDM2 werden dissoziiert, und p53 wird durch Ubiquitinierung abgebaut. Wenn DNA-Schäden nicht repariert werden können, kann phosphoryliertes p53 Apaf1 aktivieren, Apaf1 spaltet Caspase9, und dann spaltet Caspase9 Caspase3 zur Aktivierung. Caspase3 fungiert als Effektorprotein für die Apoptose, und p53 kann auch die Mitochondrien hemmen. Cytochrom C aktiviert den apoptotischen Weg. 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 Chk1 oder p53 phosphorylieren kann, um die Zellapoptose zu regulieren, aber der spezifische Prozess der ATR-Regulierung der Zellapoptose über Chk1 ist noch nicht aufgeklärt, und weitere Forschung ist erforderlich.

Funktionen

ATR ist eine serin/threonin-spezifische Proteinkinase, die an der Erkennung von DNA-Schäden und der Aktivierung von DNA-Schadenkontrollpunkten beteiligt ist, was zu einer Zellzyklus-Arrest führt. ATR wird als Reaktion auf persistierende einzelsträngige DNA aktiviert, ein häufiges Zwischenprodukt, das während der Erkennung und Reparatur von DNA-Schäden entsteht. Einzelsträngige DNA tritt an gestoppten Replikationsgabeln auf und fungiert 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 gewickelt ist. Sobald ATR aktiviert ist, phosphoryliert es Chk1, wodurch eine Signaltransduktionskaskade eingeleitet wird, die schließlich zu einer Zellzyklus-Arrest führt. Neben seiner Funktion zur Aktivierung von DNA-Schadenkontrollpunkten wird auch angenommen, dass ATR eine Rolle bei der störungsfreien DNA-Replikation spielt. ATR steht in Beziehung zu einer zweiten checkpoint-aktivierten Kinase, ATM, die durch Doppelstrangbrüche oder Chromatinstörungen der DNA-Aktivierung zerstört wird.

Klinische Bedeutung

ATR-Mutationen sind die Ursache des Seckel-Syndroms, einer seltenen menschlichen Erkrankung, die bestimmte Merkmale mit ataktischer Kapillardilatation aufweist, die durch ATM-Mutationen verursacht wird. ATR ist auch mit familiärer Hautkapillardilatation und Krebs-Syndrom assoziiert. ATR/ChK1-Inhibitoren können die Wirkung von DNA-Quervernetzungsmitteln verstärken. AstraZeneca hat die erste klinische Studie mit ATR-Inhibitoren initiiert, vorzugsweise bei Patienten mit ATM-mutierter chronischer lymphatischer Leukämie (CLL), prälymphatischer Leukämie (PLL) oder B-Zell-Lymphom, und wurde von Vertex Pharmaceuticals zur Behandlung fortgeschrittener solider Tumoren durchgeführt.

Referenz

1. Cimprich KA; et al. cDNA cloning and gene mapping of a candidate human cell cycle checkpoint protein. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1996,93 (7): 2850-5.