Атаксия-телеангиэктазия. Белок АТМ

Тяжелое наследственное заболевание атаксии-телеангиэктазии (АТ) или синдром Луи-Бар характеризуется расстройством движения (атаксией), расширенмием капилляров кожи и роговицы (телеангиэктазией), врожденным иммунодефицитом, нейродегенеративными изменениями, чувствительностью к ионизирующему излучению, резко повышенной предрасположенностью к опухолевым заболеваниям и ускоренным старением. Это заболевание очень подробно описано и является одним из «синдромов нестабильности генома» В различных человечечких популяциях АТ встречается с частотой от 1:40 000 до 1: 200 000 рождений. Гетерозиготное носительство этого заболевания распространено гораздо шире – по различным данным от 2 % до 8 % населения несут мутации, приводящие к АТ, в гетерозиготном состоянии. К тому же это гетерозиготное носительство также, как и сама АТ сопряжено с повышенным риском новообразований.

Традиционно сложилось представление о том, что повышенная чувствительность АТ– клеток к радиации является прямым результатом дефекта репарации повреждений, вызываемых ионизирующей радиацией. Это было самым распространенным объяснением этиологии данного заболевания. Но многочисленные исследования не обнаружили достоверного изменения кинетики ликвидации как одно– так и двунитевых разрывов ДНК в клетках больных АТ по сравнению со здоровыми донорами после облучения. При этом большинство, если не все изученные штаммы клеток АТ, имеют сниженный и растянутый по времени репаративный синтез ДНК после действия ионизирующей радиации.

Долгое время при изучении АТ основным оставалось, основанное на выявленных методом изучения внепланового синтеза ДНК четырех группах комплементации, представление о существовании четырех различных генов. Прогресс в этой области был крайне медленным, несмотря на ярко выраженный клеточный фенотип, который использовали для получения коплементирующей ДНК. Но в 1995 году наконец-то было доказано, что у всех больных АТ поврежден один и тот же ген АТМ, картированный на 11 хромосоме (11q22-23). Этот научный прорыв резко ускорил изучение атаксии-телеангиэктазии. Особенно интересным оказался С-концевой домен белка АТМ, содержащей 400 аминокислот. Эта область показывает явное соответствие сиквенсу домена 100кД каталитической субъединицы особого белка – сигнального переносчика-медиатора – фосфатидилинозитол-3' киназы (PI-3 киназы) человеческих клеток и соответствующего ей дрожжевого белка Vps34.

Ген АТМ кодирует белок с молекулярным весом 350.6 кД, содержащий 66 экзонов. Это открытие подтвердило наличие только одного гена АТМ и показало, что описанные ранее различные группы комплементации АТ являются артефактом и свидетельствуют только о большом индивидуальном разнообразии данного заболевания на клеточном уровне. К настоящему времени обнаружено около 80 мутаций, приводящих к инактивации гена АТМ и развитию у пациентов атаксии-телеангиэктазии, и несколько меньшее число характерных для различных популяций полиморфизмов, не влияющих на активность белка АТМ. Таким образом к настоящему времени сложилось представление о том, что высокая вариабельность степени выраженности различных клинических признаков атаксии-телеангиэктазии все же основана на мутациях в одном гене, продукт которого вовлечен во множество белок-белковых взаимодействий. Именно от этих взаимодействий и зависит характер и тяжесть заболевания в каждом конкретном случае.

К настоящему времени сложилась следующая картина, описывающая роль АТМ в клетке. Протеинкиназа АТМ является переносчиком сигнала на начальном этапе клеточного ответа на появление двунитевых разрывов ДНК. Она действует с самых первых минут после повреждения, фосфорелируя целый спектр белков-мишеней и запуская таким образом сразу несколько различных сигнальных путей. Преимущественная активация того или иного пути и приводит к различному протеканию репарационных процессов в клетке. Пик АТМ-зависимого ответа наступает через полчаса после действия повреждающего агента.

Рисунок 27. Белки – мишени пртеинкиназы АТМ

До сих пор не совсем ясно, каким образом активируется сама АТМ, обычно находящаяся в клетке в неактивной гомодимерной форме. При появлении двунитевых разрывов ДНК две молекулы АТМ взаимно фосфорелируются и гомодимер распадается на две активные протеинкиназы. Не ясно до конца и то, каким именно образом гомодимер ATM воспринимает сигнал о повреждении ДНК. Вероятно, неактивная АТМ связывается с белками системы репарации неспаренных оснований MSH2 и MSH6. Можно предположить, что система MMR распознает повреждения, вызванные ионизирующей радиацией, образуя молекулярные «строительные леса», которые позвляют АТМ фосфорелировать СНК2, активируя таким образом чек-пойнт S-фазы. То есть для быстрой реакции АТМ на облучение необходима и нормальная активность системы MMR. Вероятнее всего, прямого взаимодействия АТМ с ДНК нет. Она фосфорелирует гистон Н2АХ, что привлекает белки BRCA1 и NBS1 (являющийся частью комплекса MRN и прямой мишенью АТМ, то есть главным переносчиком сигнала с АТМ на MRN), которые АТМ также фосфорелирует. Основные мишени АТМ показаны на рис. 27. Существующие данные утверждают, что именно АТМ определяет ранний чекпойнт-ответ, а ATR действует позднее, когда уже идет репарация повреждений ДНК, как вызванных ионизирующей радиацией, так и ультрафиолетовым изличением или остановкой вилок репликации

Регуляторная роль АТМ в передаче сигналов в клетке после действия ионизирущей радиации крайне высока. В зависимости от того, какой именно белок Ku70 или АТМ будет действовать в первые минуты после образования двунитевого разрыва будет осуществляться тот или иной путь воссоединения концов (NHEJ или HHR соответственно). То есть АТМ контролирует именно путь воссоединения двунитевых разрывов с помощью гомологической рекомбинации.

Дата добавления: 2014-11-06