ATM serin/treonin-kinaza, simbol ATM, je serin/treonineska protein-kinaza koja se regrutira i aktivira dvolančane prekide DNK. Fosforilizira nekoliko ključnih proteina koji iniciraju aktivaciju kontrolne tačke oštećenja DNK, što dovodi do zaustavljanja ćelijskog ciklusa, poravnavanja DNK ili apoptoza. Nekoliko ovih meta, uključujući p53, CHK2, BRCA1, NBS1 i H2AX su supresori tumora.
Godine 1995., gen je otkrio dr Yosef Shiloh koji je svoj proizvod nazvao ATM jer je otkrio da su njegove mutacije odgovorne za poremećaj ataksija – telangiektazija. U 1998, laboratorije Shiloh i Kastan nezavisno su pokazale da je ATM protein-kinaza, čija je aktivnost pojačana oštećenjem DNK.
right|thumb|Četiri poznata konzervirna domena u četiri člana porodice PIKK
Funkcija Kompleks od tri proteina: MRE11, RAD50 i NBS1 (XRS2 u kvascu), zvani MRN složen kod ljudi, regrutuje ATM na dvolančane prekide (DSB) i drži dva kraja zajedno. ATM direktno stupa u interakciju sa podjedinicom NBS1 i fosforilizira histonsku varijantu H2AX na Ser139. Ova fosforilacija generira mjesta vezanja za adapterske proteine sa BRCT-domenom. Ovi adapterski proteini tada regrutiraju različite faktore uključujući efektorsku protein kinazu CHK2 i supresor tumora p53. Odgovor na oštećenje DNK posredstvom ATM-a sastoji se od brzog i odgođenog odgovora. Efektorna kinaza CHK2 je fosforilirana i aktivirana pomoću ATM-a. Aktivirani CHK2 fosforilira fosfatazu CDC25A, koja se zatim razgrađuje i više ne može defosforilirati CDK1-ciklin-B, što rezultira zaustavljanjem ćelijskog ciklusa. Ako se DSB ne može popraviti tokom ovog brzog odgovora, ATM dodatno fosforilira MDM2 i p53 na Ser15. I p53 je također fosforiliran efektorskom kinazom CHK2. Ovi događaji fosforilacija dovode do stabilizacije i aktivacije p53 i kasnije transkripcije brojnih gena za ciljanje p53, uključujući inhibitor CDK p21 što dovodi do dugotrajnog zastoja u ćelijskom ciklusu ili čak do apoptoze.
right|thumb|ATM-posredovani dvostepeni odgovor na prekide dvostrukih lanaca DNK. U brzom odgovoru, aktivirani ATM fosforilira efektorski kinazu CHK2 koja fosforilira CDC25A, ciljajući je na ubikvitinaciju i razgradnju. Zato se fosforilirani CDK2-ciklin akumulira i progresija kroz ćelijski ciklus je blokirana. U odgođenom odgovoru, ATM fosforilizira inhibitore p53, MDM2 i p53, koji je takođe fosforilizirao Chk2. Rezultirajuća aktivacija i stabilizacija p53 dovodi do povećane ekspresije inhibitora Cdk p21, što dodatno pomaže u održavanju niske aktivnosti Cdk i u održavanju dugotrajnog zastoja ćelijskog ciklusa.
ATM protein-kinaze također može biti uključen u mitohondrijsku homeostazu, kao regulator mitohondrijske autofagije (mitofagije) pri čemu se uklanjaju stare, disfunkcionalne mitohondrije. Povećana aktivnost ATM-a javlja se i kod virusne infekcije gdje se ATM aktivira rano tokom infekcije virusom denga, kao dio indukcije autofagije i odgovora na ER- stres.
Regulacija Za aktiviranje ATM nakon DSB-a potreban je funkcionalan kompleks MRN. Kompleks funkcionira uzvodno od ATM-a u ćelijama sisara i izaziva konformacijske promjene koje olakšavaju povećanje afiniteta ATM-a prema njegovim podlogama, poput CHK2 i p53. Neaktivni ATM prisutan je u ćelijama bez DSB-a u obliku dimera ili multimera. Nakon oštećenja DNK, on se autofosforilira na ostatku Ser1981. Ova fosforilacija izaziva disocijaciju ATM dimera, nakon čega slijedi oslobađanje aktivnih ATM monomera. Dalja autofosforilacija (ostataka Ser367 i Ser1893) potrebna je za normalnu aktivnost ATM-kinaze. Aktivaciji ATM-a kompleksom MRN prethode najmanje dva koraka, tj. regrutiranje ATM-a u DSB završava posrednik proteina 1 kontrolne tačke oštećenja DNK (MDC1) koji se veže do MRE11 i naknadna stimulacija aktivnosti kinaze sa NBS1 C-terminala. Tri domena FAT, PRD i FATC uključena su u regulisanje aktivnosti domena KD-kinaze. FAT domen stupa u interakciju s KD domenom ATM-a, kako bi stabilizirao područje C-kraja samog ATM-a. FATC domen je kritičan za aktivnost kinaze i vrlo je osjetljiv na mutagenezu. Posreduje u interakciji protein-protein, n primjer sa histonskom acetiltransferazom TIP60 (HIV-1 Tat interakcijski protein od 60 kDa), koji acetilira ATM na ostatku Lys3016. Acetilacija se događa u C-terminalnoj polovini PRD-domena i potrebna je za aktivaciju ATM-kinaze i za njenu pretvorbu u monomere. Dok delecija cijelog domena PRD ukida kinaznu aktivnost ATM-a, specifične male delecije ne pokazuju učinak.
Mutacije germinativnih linija i rizik od raka Ljudi koji nose heterozigotnu ATM-mutaciju imaju povećan rizik od raka gušterače, prostate, želuca i ivazivnog duktusnog karcinoma dojke. Homozigotna mutacija ATM-a izaziva bolest ataksija – telangiektazija (AT), rijetku ljudsku bolest koju karakterizira cerebelarna degeneracija, ekstremna ćelijskA osjetljivost na zračenje i predispozicija za kancer. Svi AT pacijenti sadrže mutacije u ATM genu. Većina drugih AT-sličnih poremećaja ima defekt u genima koji kodiraju kompleks proteina MRN. Jedna značajka proteina ATM je njegovo brzo povećanje aktivnosti kinaze neposredno nakon formiranja dvostrukog prekida. Fenotipska manifestacija posljedica AT je širokog raspona supstrata za ATM-kinazu, uključujući popravak DNK, apoptoza, G1/S, intra-S kontrolnu tačku i G2/M kontrolne tačke, regulacija gena, inicijaciju translacije i održavanje telomera. Stoga, kvar u ATM ima ozbiljne posljedice pri popravljanju određenih tipova oštećenja DNK, a kancer može nastati zbog nepravilnog popravljanja. AT pacijentice imaju povećan rizik od raka dojke koji se pripisuje interakciji ATM-a i fosforilaciji BRCA1 i njegovih povezanih proteina, nakon oštećenja DNK.
Somatske ATM mutacije sporadičnih karcinoma Kod sporadičnih karcinoma, mutacije u ATM genu nalaze se na relativno niskim frekvencijama. Prema COSMIC-u, Katalogu somatskih kancerogenih mutacija, učestalosti s kojima se javljaju heterozigotne mutacije u ATM-u kod uobičajenih karcinoma uključuju 0,7% kod 713 karcinoma jajnika, 0,9% kod karcinoma centralnog nervnog sistema, 1,9 % kod 1.120 dojke, 2.1% kod 847 bubrega, 4,6% kod debelog crijeva, 7.2% među 1.040 pluća i 11.1% kod 1790 karcinoma hematopoeze i limfoidnog tkiva. Određene vrste leukemija i limfoma, kao što su limfom plaštanih ćelija, T-ALL, atipska hronična limfocitna leukemija B ćelija i T-PLL su takođeR povezane sa defektim ATP-a. Sveobuhvatna pretraga literature o nedostatku ATM-a u karcinomu gušterače, koja je obuhvatila 5.234 pacijenta, procijenila je da je ukupna prevalencija mutacija zametnih linija ili somatskih ATM mutacija u raku gušterače 6,4%. Mutacije ATM-a mogu poslužiti kao prediktivni biomarkeri odgovora na određene terapije, budući da su pretklinička istraživanja otkrila da nedostatak ATM-a može osjetiti neke tipove raka na inhibiciju ATR inhibicije.
Česti epigenetički nedostaci ATM kod karcinoma ATM je jedan od gena za popravak DNK, koji je često hipermetiliran u promotorskoj regiji kod različitih karcinoma. Metilacija promotora ATM -a uzrokuje smanjenu ekspresiju proteina ili iRNK ekspresijew ATM-a.
Utvrđeno je da je više od 73% tumora mozga metilirano u promotoru ATM gena, a postojala je snažna inverzna korelacija između metilacije promotora ATM i njegove ekspresije proteina (p <0,001).
Uočeno je da je promotor ATM gena hipermetiliran u 53% malih (neopipljivih) karcinoma dojke i bio je hipermetiliran u 78% karcinoma dojke II ili stadija s visoko značajnom korelacijom (p = 0,0006) između smanjene količine ATM-ove iRNK i aberantne metilacije promotora ATM gena.
Kod raka pluća nemalih ćelija (NSCLC), stanje metilacije promotora ATM-a uparenih tumora i okolnog histološki nepogođenog plućnog tkiva bilo je 69%, odnosno 59%. Međutim, u naprednijem NSCLC-u učestalost metilacije promotora ATM bila je niža na 22%. Nalaz metilacije promotora ATM-a u okolnom histološki nepogođenom plućnom tkivu sugerira da nedostatak ATM -a može biti prisutan u ranoj fazi defekata polja što dovodi do progresije u NSCLC.
Kod karcinoma pločastih ćelija glave i vrata, 42% tumora pokazalo je metilaciju promotora ATM.
Oštećenje DNK javlja se kao primarni uzrok raka, a nedostaci u popravljanju DNK vjerovatno su u osnovi mnogih oblika raka. Ako je popravak DNK nedostatan, oštećenje DNK se nakuplja. Takva prevelika oštećenja DNK mogu povećati mutacijske greške tokom replikacije DNK zbog sklonosti greškama sinteze translezije. Višak oštećenja DNK također može povećati epigenetičke promjene zbog grešaka tokom popravka DNK. Takve mutacije i epigenetičke promjene mogu uzrokovati rak. Česti epigeneički nedostatak ATM-a u brojnim tipovima karcinoma vjerojatno je pridonio nihovojprogresiji.
Mejoza Funkcije ATM-a tokom mejotske profaze ATM gena divljeg tipa je eksprimirju se u četiri puta povećanom nivou u ljudskim sjemenicima, u poređenju sa somatskim ćelijama (kao što su kožni fibroblasti). I kod miševa i kod ljudi, nedostatak ATM-a dovodi do ženskr i muške neplodnosti. Nedostatak ekspresije ATM uzrokuje ozbiljne mejotske poremećaje tokom profaze I. Osim toga, oslabljena reparacija DNK DSB posredovana ATM-om identificirana je kao vjerovatni uzrok starenja jajnih ćelija miša i ljudi. Ekspresija gena ATM, kao i drugih ključnih gena za popravak DSB-a, opada s godinama u oocitima miša i ljudi, a to smanjenje je usporedo s povećanjem DSB-a u primordijalnim folikulama. Ovi nalazi ukazuju da ATM- posredovana homologna rekombinacijske popravka ključnafunkcija mejoze.
Interakcije Pokazalo se da mutirana ataksija telangiektazija ima interakciju sa:
Gen Abl, BRCA1, Protein Bloomovog sindroma, DNA-PKcs, FANCD2, MRE11A, Nibrin, P53, RAD17, RAD51, RBBP8, RHEB, RRM2B, SMC1A TERF1, i TP53BP1.
Tefu The Tefu protein of Drosophila melanogaster is a structural and functional homolog of the human ATM protein. Tefu, like ATM, is required for DNA repair and normal levels of meiotic recombination in oocytes.
Također pogledajte Ataksija telangiektazija Ataksija telangiektazija i srodni Rad3
Reference
Dopunska literatura
Vanjski link0vi https://web.archive.org/web/20060107000211/http://www.hprd.org/protein/06347 Drosophila telomere fusion - The Interactive Fly GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Ataxia telangiectasia OMIM entries on Ataxia telangiectasia
Kategoprija:Enzimi
Kategorija:Ljudski proteini Kategorija:EC 2.7.11