Кіріспе

Адамға тән сүтқоректілер ақуызы – ATM серин/треонин киназасы немесе Ataxia telangiectasia mutated, ATM символы, – ДНК екі жіптің үзілуі (канондық жол), топизомераза кешендерінің бөлінуі, сплайсинг аралықтары, R циклдары және кейбір жағдайларда ДНК бір жіптің үзілуі арқылы тартылып, белсендірілетін серин/треонин ақуыз киназасы. Ол ДНК зақымдануын бақылау бекетін іске қосатын бірнеше маңызды ақуыздарды фосфорилдейді, бұл жасуша циклының тоқтауына, ДНК жөндеуіне немесе апоптозға алып келеді. Осы мақсаттардың ішінде p53, CHK2, BRCA1, NBS1 және H2AX ісікке қарсы ақуыздар болып табылады. 1995 жылы Йосеф Шило бұл генді ашты және оның өнімін ATM деп атады, себебі оның мутациялары атаксия-телангиэктазия ауруына себеп болатынын анықтады. 1998 жылы Шило және Кастан зертханалары тәуелсіз түрде ATM-нің ДНК зақымдануымен белсенділігі артатын протеинкиназа екенін көрсетті. ATM, МРН кешені сияқты екі жіпті үзіліс сенсорлық ақуыздары арқылы екі жіпті үзіліс орындарына шақырылады. Шақырылғаннан кейін ол басқа ДНК үзілісін жөндеу ақуыздарымен бірге NBS1-ді фосфорилдейді. Бұл өзгертілген медиатор ақуыздары ДНК зақымдану сигналын күшейтеді және CHK2 және p53 сияқты төменгі эффекттерге сигналдарды жеткізеді.

Құрылымы

АТМ гені 3056 амин қышқылынан тұратын 350 кДа протеинді кодтайды. АТМ фосфатидил инозитол 3 киназаға байланысты киназалар (PIKK) суперотбасысына жатады. PIKK суперотбасы фосфатидил инозитол 3 киназаларына (PI3K) ұқсас тізбек көрсеткен алты Ser/Thr белок киназадан тұрады. Бұл протеинкиназалар туысына ATR (ATM және RAD3 туысты), DNA PKcs (ДНК тәуелді протеинкиназаның каталитикалық кіші бірлігі) және mTOR (рапамициннің сүтқоректілердегі нысанасы) жатады. АТМ-ге тән бес домен бар: N-терминалдан C-терминалға дейін HEAT қайталау домені, FRAP ATM TRRAP (FAT) домені, киназа домені (KD), PIKK реттеу домені (PRD) және FAT C терминал (FATC) домені. HEAT қайталаулары NBS1-дің C-терминалымен тікелей байланысады. FAT домені ATM-нің киназа доменімен өзара әрекеттесіп, ATM-нің өзінің C-ұшын тұрақтандырады. KD домені киназалық белсенділікті жаңартады, ал PRD және FATC домендері оны реттейді. ATM-нің құрылымы бірнеше жариялымда криоэлектронды микроскопия арқылы анықталған. Белсенді емес күйде белок гомодимер құрайды. Канондық жолмен ATM, MRN кешені және аутофосфорилирлеу арқылы белсендіріледі, бірнеше жүздей төменгі ағындағы мақсаттарды фосфорилирлей алатын белсенді мономерлерді құрайды. Канондық емес жолмен, мысалы, тотығу стресі арқылы дисульфидтік байланыстардың қалыптасуымен димер белсендірілуі мүмкін. Барлық N-терминалды домен FAT доменімен бірге α спиральді құрылымды қабылдайды, бұл бастапқыда тізбек талдауымен болжанған. Бұл α спиральді құрылым үштік құрылымды құрайды, ол, мысалы, HEAT қайталауларын қамтитын Хантингтин ақуызында кездеседі. FATC – шамамен 30 амин қышқылынан тұратын C-терминалды домен. Ол жоғары сақталған және α спиральдан тұрады. [[Файл:PIKKs.jpg|right|thumb|PIKKs отбасының төрт мүшесіндегі төрт сақталған доменнің схемалық иллюстрациясы]] Бұл фосфорилирлеу BRCT домені бар адаптерлік ақуыздар үшін байланыс орындарын жасайды. Бұл адаптерлік ақуыздар CHK2 эффекторлық протеинкиназасы және ісікке қарсы p53 сияқты әртүрлі факторларды тартады. ДНК зақымдануына жауап жылдам және кешіктірілген жауаптан тұрады. Эффекторлық киназа CHK2 ATM арқылы фосфорилирленеді және осылайша белсендіріледі. Белсенді CHK2 CDC25A фосфатазасын фосфорилирлейді, ол бұдан былай CDK1 циклин B-ні дефосфорилирлей алмайды, нәтижесінде жасуша циклы тоқтатылады. Егер ДСБ осы жылдам жауап кезінде жөнделмесе, ATM MDM2 және p53-ті Ser15 орнында қосымша фосфорилирлейді. p53 сонымен қатар CHK2 эффекторлық киназасымен фосфорилирленеді. Бұл фосфорилирлеу оқиғалары p53-ті тұрақтандыруға және белсендіруге, сондай-ақ CDK ингибиторы p21 сияқты көптеген p53 нысаналық гендерінің транскрипциясына әкеледі, бұл жасуша циклының ұзақ мерзімді тоқтауына немесе тіпті апоптозға алып келеді. [[Файл:ATM мақсатты ақуыздары (жаңа).png|right|thumb|ATM-ның ДНК-ның қос тізбекті үзілуіне екі сатылы жауабы]] Жедел жауап кезінде белсенді ATM эффекторлық киназа CHK2-ні фосфорилирлейді, ол CDC25A-ны фосфорилирлейді, оны убиквитинация мен ыдырау үшін белгілейді. Сондықтан фосфорилирленген CDK2 циклин жинақталады және жасушалық цикл арқылы өту бұғатталады. Кешіктірілген жауап кезінде ATM p53 ингибиторы MDM2 және p53-ті фосфорилирлейді, сонымен қатар Chk2 оларды фосфорилирлейді. Нәтижесінде p53-тің белсенділігі мен тұрақтандырылуы Cdk ингибиторы p21 экспрессиясының жоғарылауына әкеледі, бұл Cdk белсенділігін төмен ұстауға және жасуша циклының ұзақ мерзімді тоқтауына көмектеседі. ATM белсенділігінің жоғарылауы вирустық инфекция кезінде де байқалады, онда ATM денге вирусы инфекциясы кезінде аутофагияны индукциялау және ER стресс-жауабының бөлігі ретінде ертерек белсендіріледі.

Реттеу

Функционалдық МРН кешені ДСБ-дан кейін АТМ-ды белсендіру үшін қажет. Бұл кешен сүтқоректілер жасушаларында АТМ-нан жоғары орналасқан және АТМ-ның CHK2 және p53 сияқты субстраттарға деген туыстығын арттыратын конформациялық өзгерістерді тудырады. АТМ-киназаның қалыпты жұмысы үшін қосымша автофосфорилирлеу (Ser367 және Ser1893 қалдықтарында) қажет. МРН кешенімен АТМ-ның белсендірілуі кемінде екі қадамнан тұрады: ДНҚ зақымдануын тексеруші 1 (MDC1) медиаторы арқылы АТМ-ды ДСБ-ға тарту, ол MRE11-ге байланысады, және одан кейін NBS1 C-терминалымен киназалық белсенділікті күшейту. FAT, PRD және FATC үш домені KD киназа доменінің белсенділігін реттеуге қатысады. FAT домені АТМ-ның KD доменімен өзара әрекеттесіп, АТМ-ның C-терминалдық аймағын тұрақтандырады. FATC домені киназалық белсенділік үшін маңызды және мутацияға өте сезімтал. Ол, мысалы, гистон ацетилтрансферазасы TIP60 (HIV 1 Tat өзара әрекеттесетін 60 кДа ақуыз) арқылы ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуін қамтамасыз етеді, ол Lys3016 қалдығы бойынша АТМ-ды ацетилдейді. Ацетилдеу PRD доменінің C-терминалды жартысында жүреді және АТМ киназасын белсендіру үшін, сондай-ақ мономерлерге айналуы үшін қажет. PRD доменінің толық жойылуы АТМ-ның киназалық белсенділігін жояды, ал нақты шағын жойылулар әсер етпейді. Гомозиготалы АТМ мутациясы атаксия-телангиэктазия (АТ) ауруын тудырады, бұл мишықтың дегенерациясымен, жасушалардың радиацияға жоғары сезімталдығымен және қатерлі ісікке бейімділігімен сипатталатын сирек кездесетін адам ауруы. АТ-мен ауыратын барлық науқастарда АТМ генінің мутациясы бар. Басқа АТ-тәрізді аурулардың көпшілігі МРН ақуыз кешенін кодтайтын гендердегі ақаулармен байланысты. АТМ ақуызының бір ерекшелігі – қос тізбекті үзіліс пайда болғаннан кейін киназалық белсенділігінің жылдам өсуі. АТ-ның фенотиптік көрінісі АТМ-киназаның кең спектрлі субстраттарымен байланысты, олар ДНК жөндеу, апоптоз, G1/S, S және G2/M бақылау бекеттері, гендік реттеу, трансляцияның басталуы және теломералардың сақталуын қамтиды. Сондықтан, АТМ-дегі ақаулық ДНК зақымдануының кейбір түрлерін жөндеуде ауыр салдарларға әкеледі, ал дұрыс емес жөндеуден қатерлі ісік пайда болуы мүмкін. АТ-мен ауыратын науқастарда сүт безі қатерлі ісігінің қаупі жоғары, бұл АТМ-ның BRCA1 және оның байланысты ақуыздарымен өзара әрекеттесуімен және ДНК зақымдануынан кейін оларды фосфорилирлеуімен байланысты.

Спорадикалық қатерлі ісіктердегі сомалық АТМ мутациялары

АТМ геніндегі мутациялар спорадикалық қатерлі ісіктерде салыстырмалы түрде сирек кездеседі. COSMIC, Соматикалық Мутациялардың Каталогы, мәліметтері бойынша, АТМ-дегі гетерозиготалық мутациялардың жиілігі, кең таралған қатерлі ісіктерде: 713 жұмыртқа безі қатерлі ісігінің 0,7%-ында, орталық нерв жүйесі қатерлі ісігінің 0,9%-ында, 1120 сүт безі қатерлі ісігінің 1,9%-ында, 847 бүйрек қатерлі ісігінің 2,1%-ында, ішек қатерлі ісігінің 4,6%-ында, 1040 өкпе қатерлі ісігінің 7,2%-ында және 1790 гематопоэтикалық және лимфоидты тіндердің қатерлі ісігінің 11,1%-ында табылды. Лейкемия мен лимфоманың кейбір түрлері, оның ішінде мантиялық жасушалы лимфома, Т-АЛЛ, атипиялық В-жасушалы созылмалы лимфоциттік лейкемия және Т-ПЛЛ, АТМ-нің бұзылуларымен байланысты. 5234 науқасты қамтыған панкреастық қатерлі ісіктегі АТМ жетіспеушілігі туралы толық әдебиеттік шолу, панкреастық қатерлі ісіктегі ұрықтық немесе соматикалық АТМ мутацияларының жалпы таралуы 6,4% құрайды деп бағалады. ATM мутациялары кейбір емдерге жауап берудің болжамды биомаркерлері болып табылуы мүмкін, себебі клиникалық алдындағы зерттеулер ATM жетіспеушілігінің кейбір қатерлі ісік түрлерін ATR тежегіштеріне сезімтал ететінін көрсетті.

Қатерлі ісіктердегі АТМ-нің жиі эпигенетикалық жетіспеушілігі

АТМ – әртүрлі қатерлі ісіктерде промотор аймағында жиі гиперметилденетін ДНҚ жөндеу гендерінің бірі (осыған ұқсас гендердің тізімін Қатерлі ісік эпигенетикасында қараңыз). АТМ промоторының метилирленуі АТМ протеинінің немесе мРНК экспрессиясының төмендеуіне алып келеді. Ми ісіктерінің 73%-дан астамында АТМ генінің промоторы метилирленгені анықталды және АТМ промоторының метилирленуі мен оның протеин экспрессиясы арасындағы байланыс өте кері болды (p < 0,001). АТМ генінің промоторы шағын (сезілмейтін) сүт қатерлі ісіктерінің 53%-ында және ІІ сатысы немесе одан жоғары сүт қатерлі ісіктерінің 78%-ында гиперметилденген, бұл АТМ мРНК мөлшерінің төмендеуі мен АТМ генінің промоторының бұрыс метилирленуі арасындағы жоғары мағыналы корреляцияны (P = 0,0006) көрсетеді. Кішкентай өкпе қатерлі ісігінде (NSCLC) жұптасқан ісіктер мен гистологиялық жағынан зақымдалмаған өкпе тінінің айналасындағы АТМ промоторының метилирлену деңгейі тиісінше 69% және 59% құрады. Дегенмен, NSCLC-нің прогрессивті түрлерінде АТМ промоторының метилирлену жиілігі 22%-ға төмендеді. Гистологиялық жағынан зақымдалмаған өкпе тінінде АТМ промоторының метилирленуін табу, АТМ жетіспеушілігі NSCLC-ге прогрессияға әкелетін өрістегі ақаудың ерте сатысында болуы мүмкін екенін көрсетеді. Бас және мойынның жалпақ жасушалы карциномасында ісіктердің 42%-ында АТМ промоторының метилирленуі байқалды. ДНҚ зақымдануы қатерлі ісіктің негізгі себебі болып табылады, ал ДНҚ жөндеудің жетіспеушілігі көптеген қатерлі ісік түрлеріне жатады. ДНҚ жөндеу жеткіліксіз болса, ДНҚ зақымдануы жинақталады. ДНҚ-ның мұндай артық зақымдануы қатеге бейім транслезиялық синтез салдарынан ДНҚ репликациясы кезінде мутациялық қателерді арттыруы мүмкін. ДНҚ-ның артық зақымдануы ДНҚ жөндеу кезіндегі қателерге байланысты эпигенетикалық өзгерістерді де арттыруы мүмкін. Мұндай мутациялар мен эпигенетикалық өзгерістер қатерлі ісікке әкелуі мүмкін. Көптеген қатерлі ісіктерде АТМ-нің жиі кездесетін эпигенетикалық жетіспеушілігі осы қатерлі ісіктердің прогрессиясына ықпал еткен болуы мүмкін.

Тефу

Drosophila melanogaster-дің Tefu ақуызы адамның ATM ақуызымен құрылымдық және функционалдық үйлесімді. Tefu, ATM сияқты, ДНК жөндеуге және жұмыртқа жасушаларындағы мейоздық рекомбинацияның қалыпты деңгейіне қажет.