當(dāng)細胞核中的遺傳物質(zhì)開始分離的時候,，一種稱為ATM（ataxia-telangiectasia mutated ）蛋白開始行使功能,。近期來自薩克生物研究學(xué)院（the Salk Institute for Biological Studies）的研究人員驚訝的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ATM發(fā)揮出全部的作用的時候,，染色體缺口上DNA的一側(cè)區(qū)域與受損位點本身同樣重要,。至今為止，科學(xué)家們都認為只有已經(jīng)激活了的ATM能修復(fù)DNA受損位點,，但是Salk研究小組的這項發(fā)現(xiàn)則表明情況恰恰相反,。這一研究成果公布在《自然—細胞生物學(xué)》（Nature Cell Biology）雜志上。
文章的第一作者游中勝（Zhongsheng You）博士介紹道,，“我們發(fā)現(xiàn)有效的ATM活性只出現(xiàn)在它與DNA缺口側(cè)面區(qū)域有物理性接觸的時候”,，“當(dāng)我們阻斷這一鄰近區(qū)域，ATM活性就會極大的下降”,。
Salk分子與細胞生物學(xué)實驗室的Tony Hunter教授表示，“‘on scene’激活A(yù)TM保證了局部DNA修復(fù)應(yīng)答的進行,，但是整體應(yīng)答的幅度還是決定于細胞中雙鏈缺口的數(shù)目,。”
我們的遺傳物質(zhì)，即DNA在受到譬如太陽紫外線照射這樣的外部來源損傷,，或者活性氧分子的內(nèi)在來源損傷下不斷的受損,，但幸運的是，細胞進化出了一套巧妙的監(jiān)測機制檢查和修復(fù)受損DNA,。
在最具威脅性的DNA損傷：雙鏈斷裂這一情況下,，ATM協(xié)調(diào)著細胞應(yīng)答。ATM作為一種激酶——一種能用磷酸修飾底物的酶——激活了DNA修復(fù)的許多酶類,，也激活了細胞周期調(diào)控子,。從而細胞周期就能在DNA修復(fù)之后才繼續(xù)進行，以防細胞直接通過受損遺傳物質(zhì),，避免引發(fā)癌癥的突變,，如果損傷不能修復(fù)，細胞就會進行程序性死亡,。
像是共濟失調(diào)-毛細血管擴張癥(ataxia-telangiectasia,A-T)這種較罕見的遺傳病就是由于ATM基因突變所致,，研究證實A-T患者與基因攜帶者存在對輻射引起的DNA雙鏈斷裂修復(fù)的缺陷，而出現(xiàn)基因組的不穩(wěn)定性,，表現(xiàn)為對輻射的高度敏感和腫瘤易發(fā)傾向,。
許多研究自ATM在10年前被發(fā)現(xiàn)之后都集中在ATM下游靶標處,，但是受損DNA激活A(yù)TM的精確機制至今并不清楚，為了了解這一具體機制,，You等人利用了由未受精蛙卵中獲得的細胞分離物的一個獨特的特征：將線狀DNA片段加入到這些提取物中,，能模擬細胞DNA中DNA雙鏈缺口——ATM進行快速自我激活，并且細胞周期也同時“急剎車”,。
Salk研究人員將DNA片段處理成了不同的長度（80bp-10kb）,，并且實驗加入同樣數(shù)目的分子，猜測是末端或“breaks”的數(shù)量,，而不是大小起作用,，然而情況并不是這樣，You說,，“越長,，越好”，“有效的ATM激活嚴格依賴于DNA缺口的數(shù)量和受損DNA分子的總長度,。”
這個令人疑惑的觀察結(jié)果導(dǎo)致研究人員對DNA缺口鄰近處在激活過程中的作用產(chǎn)生了疑問,，進一步研究發(fā)現(xiàn)ATM在聚集到受損DNA末端一側(cè)區(qū)域之后被協(xié)同激活，“這個機制提出ATM活性是與受損DNA偶聯(lián)在一起的,，這樣就能確保ATM在少數(shù)幾個DNA缺口應(yīng)答的時候快速被激活,。”
另外，DNA并不是散布在細胞核中的,，而是與組蛋白緊密結(jié)合在一起,，整個組裝起來就形成了染色質(zhì)，Hunter表示,，“我們的發(fā)現(xiàn)說明來自DNA損傷應(yīng)答的一個重要信號除了源自DNA損傷本身,，也來自于DNA缺口一側(cè)被修飾了的染色質(zhì)。”
原始出處:
Nature Cell Biology - 9, 1311 - 1318 (2007)
Published online: 21 October 2007; | doi:10.1038/ncb1651
Rapid activation of ATM on DNA flanking double-strand breaks
Zhongsheng You1, Julie M. Bailis1, Sam A. Johnson1, Stephen M. Dilworth2 & Tony Hunter1
1 Molecular and Cell Biology Laboratory, The Salk Institute, 10010 North Torrey Pines Road, La Jolla, CA 92037, USA.
2 Department of Metabolic Medicine, Imperial College Faculty of Medicine, Hammersmith Hospital, Du Cane Road, London, W12 0NN, UK.
Correspondence should be addressed to Tony Hunter [email protected]
The tumour-suppressor gene ATM, mutations in which cause the human genetic disease ataxia telangiectasia (A-T), encodes a key protein kinase that controls the cellular response to DNA double-strand breaks (DSBs)1, 2. DNA DSBs caused by ionizing radiation or chemicals result in rapid ATM autophosphorylation, leading to checkpoint activation and phosphorylation of substrates that regulate cell-cycle progression, DNA repair, transcription and cell death3. However, the precise mechanism by which damaged DNA induces ATM and checkpoint activation remains unclear. Here, we demonstrate that linear DNA fragments added to Xenopus egg extracts mimic DSBs in genomic DNA and provide a platform for ATM autophosphorylation and activation. ATM autophosphorylation and phosphorylation of its substrate NBS1 are dependent on DNA fragment length and the concentration of DNA ends. The minimal DNA length required for efficient ATM autophosphorylation is 200 base pairs, with cooperative autophosphorylation induced by DNA fragments of at least 400 base pairs. Importantly, full ATM activation requires it to bind to DNA regions flanking DSB ends. These findings reveal a direct role for DNA flanking DSB ends in ATM activation.
