Дисциплина Экспериментальная патобиохимия клетки

Одним путем, регулирующим прогресс клеточного цикла является путь АТМ-Chk2, который может остановить клеточный цикл на многочисленных контрольных точках, если повреждение ДНК обнаружено. В нормальных клетках, когда в двухцепочечной имеется разрыв  обнаружено, что основным активатором ответного пути является атаксия-телеангиэктазия-мутантная (ATM), протеинкиназа. АТМ фосфорилирует следующие белки каскада, обладающие консенсусными последовательностями, содержащие остатки либо серина или треонина, непосредственно предшествующие остатку глутамина. Nbs1 усиливает активность ATM для усиления ответа. Одним из белков, фосфорилированных в остатке треонина в положении 68 с помощью ATM является киназа Chk2, которая распространяется сигнал также путем фосфорилирования белков вниз по каскаду. Мишенью Chk2 является cdc25, который после фосфорилирования становится либо мишенью для деградации или секвестрации в цитоплазме, тем самым вызывая остановку клеточного цикла в G1, S и G2 / M стадии. Chk2 участвует в регуляции транскрипции, а также, с помощью фосфорилирования E2F-1 и р53, способствуя транскрипции генов в каскадах их ответов. Аналогичный сигнальный путь, который реагирует на присутствие одноцепочечной ДНК является ATR-Chk1 путь. ATR-Chk1 активируется если репликация ДНК затруднена, например, когда существует дефицит нуклеотидов или УФ-индуцированные димеры, препятствующие генерации репликативной вилки, что приводит к образованию ssДНК. Этот путь обычно активируется в сочетании с каскадом АТМ-Chk2 (16). TopBP1 усиливает активность ATR неизвестным механизмом, который затем фосфорилирует Claspin, который в свою очередь связывается с Chk1. Chk1 затем ассоциируется в ATR, поэтому он может быть фосфорилирован по остаткам серина, и, следовательно, ингибирует Сdc25 путем фосфорилирования и тем самым способствует его деградации. Таким образом, этот путь вызывает торможение клеточного цикла. Эти два пути могут замедлить прогрессирование от G1 до фазы S, действовать в рамках фазы S, чтобы замедлить процесс репликации ДНК, или предотвратить прогрессирование от G2 до митоза. Таким образом, оба пути могут действовать в любой момент до митоза, чтобы предотвратить разделение, если есть повреждение ДНК. Существуют также контрольные точки в рамках процесса репликации ДНК, чьи ответы можно управлять обоими путями. Эти ответы включают стабилизирующие застопорился вилки репликации, подавление репликации в начале координат, а также задержки вступления в митоз, пока репликация ДНК не будет полностью завершена. 

Поврежденная система реагирования на повреждения ДНК с участием как ATM-Chk2 и пути ATR-Chk1 часто встречается при многих видов рака. Это приводит к неспособности остановить клеточный цикл при необходимости, то есть утрате возможности регулирования клеточного цикла на контрольно точках, а также клетки, несущие двойные разрывы (DSBs) и другие аномалии ДНК способны прогрессировать через цикл и делиться, распространяя вниз мутации. Такие мутации предрасполагает индивидуумов к лимфоме (Smith J, Tho LM, Xu N, Gillespie DA. 2010. The ATM-Chk2 and ATR-Chk1 pathways in DNA damage signaling and cancer. Advances in Cancer Research. 108:73-112). ATM считается частично пенетрантный ген, обусловливающий предрасположенность к раку, известно, что мутации в этом гене повышает частоту рака, связанного с воздействием мутагенов окружающей среды  (Ibid). Мутации в Nbs1 также связаны с предрасположенностью к раку. Связь Chk2 полиморфизма с раком груди и простаты определяется в диапазоне от умеренной до слабой (Ibid). С другой стороны, была выдвинута гипотеза, что Chk1 необходима для пролиферации специфических раковых стволовых клеток, таких, как эпидермальные клетки, порождающие опухоли кожи, вызванных воздействием канцерогенов. Интересно отметить, что удаление Chk1 в эпидермальных клетках мыши на самом деле подавляет канцероген-индуцированных туморогенез кожи. Клетка или организм может выдержать потерю сигнализации ATM-Chk2, при этом они могут быть предрасположены к развитию рака (ibid). Путь АТР-Chk1 необходим для клеточной пролиферации и выживании во многих типах клеток. Таким образом, в качестве терапевтических стратегий борьбы с туморогенезом может выбрать воздействие либо на  ATR или на Chk1. Тем не менее, мышиные модели также показали, что частичная потеря функции Chk1 может способствовать туморогенезу, но необходимы дальнейшие исследования в этой области. 

Терапевтический препарат тамоксифен способен блокировать Chk1 в эпидермальных клетках, снижая превращение папиллом кожи к карциному (Olshavsky N.A., Groh E.M., Comstock C.E., Morey L.M., Wang Y., Revelo M.P., Burd C., Meller J., Knudsen K.E., (2008) Cyclin D3 action in androgen receptor regulation and prostate cancer. Oncogene, 27(22):3111-21). Большинство терапевтических стратегий были сосредоточены на воздействии на Chk1, так как он является сильным эффектором повреждения ДНК и активен в большинстве опухолей. Chk1 ингибирование увеличивает повреждение в клетках за счет увеличения DSBs, тем самым активируя пути апоптоза. Если нормальные клетки преждевременно вступают в митоз (то есть в них увеличивается содержание нереплицированных ДНК) из-за невыполнения требований различных контрольных точек клеточного цикла, они должны погибнуть. Ингибирование Chk1, ATM и ATR также усиливает эффекты генотоксических агентов, включая излучения и аналоги нуклеозидов. XL-844 представляет собой новый разрабатываемый ингибитор Chk2, который будет блокировать контрольные точки S фазы, что приводит к преждевременному входу в митоз, и следовательно снижению выживаемости.

http://www.cubocube.com/dashboard.php?a=1642&b=1691&c=1

Chk1 и Chk2 киназы являются серин/треонин киназами, которые активируются киназами ATM и ATR в ответ на повреждения ДНК. Пусковым моментом для киназ являются преобразователи сигнала повреждения ДНК. и оба фермента фосфорилируют ряд субстратов, участвующих в реакции на повреждения ДНК. Chk1 и Chk2 имеют ряд перекрывающихся субстратов, хотя очевидно, что они имеют различные роли в управлении ответом клетки на повреждение ДНК. По современным представлениям киназы контрольной точки  участвуют не только в регуляции клеточного цикла, но и в других аспектах клеточного ответа на повреждение ДНК. G1 контрольная точка модулируется в основном по ATM-Chk2-p53 пути, в то время как экспрессия ATR, Chk1 и CDC25A ограничена, пока клетка не проходит эту точку рестрикции. В другой момент, уровни ATR, Chk1 и CDC25A возрастают. Если повреждение ДНК обнаружено, Chk1/Chk2 активируются, CDC25A фосфорилируется, и, таким образом, дестабилизируется, в результате чего наблюдается  p53-независимое торможение S периода. В фазе S, тот же самый каскад может привести к внутренней остановке клеточного цикла в S стадии в ответ на торможение образования вилок репликации. G2-M контрольной точки предотвращает попадание в митоз неустраненных повреждений ДНК. Начало этой контрольной точки опосредуется в каскадах ATM/ATR/Chk1/Chk2, как это показано, что в конечном итоге подавляет промитотическую активность циклин B/cdc2. Наряду с их центральной роли в модуляции контрольных точек клеточного цикла, Chk1 и Chk2 также участвуют в других аспектах реакции повреждения ДНК, включая репарации ДНК, индукции апоптоза и хроматина.

Molecular organization of the checkpoint signaling network in response to DNA DSBs and replicative stress. Functional components of the checkpoint signaling network are hierarchically categorized as sensors, proximal transducer kinases, mediators, distal transducer kinases, and effectors. ATM is believed to be the primary proximal transducer kinase reactive to DNA DSBs. ATM activation via the formation of autophosphorylated monomers may be caused by changes in higher chromatin structure associated with DSBs. Current data suggest that recruitment of activated ATM to the site of damage requires the Mre11-Rad50-NBS1 complex. Phosphorylation of ATM substrates is facilitated by mediator molecules, such as 53BP1, Brca1, and MDC1, which themselves are often modified by ATM. In response to replicative stress, the ATR–ATR-interacting protein (ATRIP) complex is recruited to the region of ssDNA coated by recombinant protein A (RPA). Activation of Chk1 by ATR also requires the mediators Claspin and TopBP1 and loading of the sliding clamp Rad9-Rad1-Hus1 (“9-1-1”) complex onto DNA by the RFC complex. Signals originating from the sites of damage are amplified through the mobile distal transducer kinases Chk1/Chk2, which can disperse the damage alert to the rest of the cell. Both Chk1 and Chk2 can phosphorylate a variety of effectors (e.g., cdc25 phosphatases and p53), which ultimately halt cell cycle progression by inhibiting the cell cycle engines [cyclin-dependent kinases (cdk)]. Phosphorylation of cdc25A and cdc25C by Chk1/Chk2 results in enhanced degradation and cytoplasmic sequestration of the phosphatase, respectively. In addition to causing cell cycle delay, Chk1/Chk2 also mediates other aspects of the DNA damage response, including DNA repair, apoptosis, and chromatin remodeling by phosphorylating various downstream substrates (see text). A newly reported route of signaling (broken line) involves an ATM-dependent activation of the ATR-Chk1 pathway in response specifically to DSBs induced by IR. Key activating and inhibitory phosphorylation sites (green and red, respectively).