DNA損傷反應與DNA的修複（三）
在3個DDR激酶中，DNA-PK和ATM主要被DNA的雙鍊斷裂（DSB）激活，而ATR主要被各種單鍊損傷激活，參與多種DNA損傷的修複，對于複制細胞的生存能力至關重要。
ATR的全稱是ATM和Rad3相關激酶（ATM and Rad3 related）。Rad3是一種酵母蛋白，與ATM蛋白相似。rad3突變體對電離輻射敏感，并顯示檢查點缺陷。ATR是其在人體中的對應基因，1996年被克隆。
ATR通過其伴侶蛋白ATRIP被募集到覆蓋有複制蛋白A（RPA）的損傷區域。RPA是真核生物的單鍊DNA結合蛋白，損傷處的單鍊DNA（ssDNA）被RPA包圍後會募集ATR-ATRIP複合物。
RPA-ssDNA是許多DNA修複途徑的重要結構。除了HR外，RPA-ssDNA還參與核苷酸切除修複，錯配修複，堿基切除修複和複制叉重啟。ATR-ATRIP識别RPA-ssDNA的能力使其在感知DNA損傷和複制壓力方面非常重要。
ATR的多步驟激活。Cold Spring Harb Perspect Biol. 2013ATR的激活是一個複雜的多步驟過程，包括ATR的自磷酸化，Rad17-Rfc2-5募集到ssDNA和dsDNA之間的連接處，裝載Rad9-Rad1-Hus1（9-1-1）檢查點鉗以及募集TopBP1等。
TopBP1（DNA topoisomerase 2 binding protein 1）具有刺激ATR激酶活性的ATR激活域，激活域的失活突變對哺乳動物細胞是緻命的。另一種ATR激活蛋白ETAA1含有與TopBP1類似的ATR激活域，但它可通過直接與RPA結合而被募集，可能負責不同類型的損傷。
ATR的激活導緻多種下遊靶标，如CHK1、SMC-1、ATM和p21等的磷酸化。其中CHK1是最為重要的一個分子，它可以調控Cdc25A、RAD51、p53和DNA-PK等分子，調控多種細胞過程。
ATR募集與CHK1激活。Mol Cell. 2017CHK1促進CDC25A的蛋白酶體降解，可以降低CDK（細胞周期蛋白依賴性激酶）活性，抑制細胞周期進程，為DNA修複争取時間。CHK1還通過BRCA1、BRCA2和RAD51的磷酸化促進HR（同源重組），通過DNA-PK的磷酸化促進NHEJ等。
CHK1和CHK2都可以通過p53調控細胞周期和凋亡，這是ATM和ATR途徑的交叉點之一。其實二者有很多crosstalk，構成了複雜的調控網絡。
DDR信号網絡。Pharmacol Ther. 2014ATM和ATR都可誘導細胞的代謝重編程。有研究表明，ATM可通過誘導限速酶6-磷酸葡萄糖磷酸脫氫酶（G6PD）來激活PPP，以提供足夠的NADPH和5-磷酸核糖。ATR可促進核糖核苷酸還原酶亞基RRM2在轉錄和翻譯後水平上的上調，從而增加脫氧核糖核苷酸的供應。
DNA損傷修複中涉及的主要代謝途徑。Front Oncol. 2018對于多數調控過程來說，為了能夠及時啟動與停止，磷酸化反應必須是可逆的，所以需要一系列相應的激酶和磷酸酶。DDR也是這樣，激酶與磷酸酶的協同作用共同維持細胞對DNA損傷的合理應對。
參與DNA損傷反應的磷酸酶。Int J Mol Sci. 2020NER（核苷酸切除修複）用于修複大片段的DNA損傷。BER（堿基切除修複）可修複個别堿基的損傷。這兩種修複以前統稱為切除修複，都是由特異的核酸内切酶識别DNA的損傷部位，在其附近将DNA單鍊切開，再由外切酶将損傷鍊切除，由聚合酶以完整鍊為模闆進行修複合成，最後由連接酶封口。
二者的主要區别在于識别損傷的蛋白不同。BER針對DNA中因氧化，甲基化等化學修飾而損壞的單個堿基，所以第一步需要糖苷酶識别并切斷損傷堿基形成的N-糖苷鍵，如8-氧代鳥嘌呤-DNA糖苷酶（OGG1），3-甲基腺嘌呤-DNA糖苷酶（MPG）或核酸内切酶VIII-like 1（NEIL1）等。
BER過程。Nucleic Acids Res. 2013在NER中，DNA損傷結合蛋白2（DDB2，p48）與DDB1形成複合物，可以識别UV誘導的環丁烷嘧啶二聚體（CPD）。XPC和hRad23B形成的二聚體可識别紫外線誘導的6-4PP（另一種嘧啶二聚體）。RPA-XPA複合體識别6-4PP和順鉑損傷等。
BER的第二步是用AP（apurinic/apyrimidinic，缺嘌呤或缺嘧啶）核酸内切酶來切開已經切除了錯誤堿基的DNA鍊，然後用DNA聚合酶β填補缺口等。有時會發生鍊取代反應，稱為long-patch BER，而前者稱為short-patch BER。長補丁途徑還涉及側翼核酸内切酶（flap endonuclease 1，FEN1）和PCNA（複制體上的滑動鉗）等因子。
NER過程。Nucleic Acids Res. 2013NER的切除過程更加複雜，需要在損傷部位兩側切口，涉及轉錄因子TFIIH和一系列着色性幹皮病（XP）蛋白。XP是一種常染色體隐性遺傳病，導緻皮膚幹燥，有色素沉着，易患皮膚癌。
與該疾病相關的遺傳缺陷至少有八種，導緻不同形式的XP，即XPA（XPA基因），XPB（ERCC3基因），XPC（XPC基因），XPD（ERCC2基因），XPE（DDB2）基因），XPF（ERCC4基因），XPG（ERCC5基因）和XPV（POLH基因）。XPA-XPG參與核苷酸切除修複（NER），而XPV編碼參與前導鍊中受損DNA複制的DNA聚合酶。
NER和BER過程中的很多蛋白可以被DDR誘導，如p53、BRCA1可以上調DDB2、XPC、PCNA、FEN1等的表達。
還有一類稱為直接逆轉（DR）的修複，可以逆轉某些形式的堿基損傷，而無需切除堿基。例如光複活酶可被可見光（300-600 nm）激活，分解由于紫外線照射而形成的嘧啶二聚體。此酶廣泛存在，但人體隻存在于淋巴細胞和皮膚成纖維細胞，且是次要修複方式。
線粒體DNA的修複。Oxid Med Cell Longev. 2012線粒體DNA也需要修複。由于線粒體DNA與線粒體内膜非常接近，所以比核DNA更容易遭受氧化損傷。現已發現在線粒體中存在BER和MMR過程。
參考文獻：
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