7.7
At various checkpoints during the cell cycle, multiple enzymes probe the DNA for damage. To maintain the integrity of the genome, only intact, undamaged DNA is allowed to pass through this cycle, and on to the next generation. If DNA damage is detected, the cell cycle pauses until this is repaired.
During DNA replication in the G1 phase, helicase unwinds the DNA, and DNA polymerase synthesizes a new strand from the template - creating a Y-shaped structure called a replication fork. Damaged DNA stalls the replication fork, causing it to become unstable, and the helicase and polymerase to uncouple from the DNA.
To prevent the damaged single-stranded DNA from reannealing, replication protein A or RPA, coats the single-stranded DNA at the stalled replication fork. This complex is then detected by the ATR protein, also known as ataxia telangiectasia or Rad-3 related protein.
If the damaged DNA is not a single mutation but a full double strand break, a protein complex called MRN is recruited at the site, which bridges the two damaged ends of the DNA and provides a platform for binding of the ataxia-telangiectasia mutated, or ATM protein.
Both ATM and ATR are kinases, which means they catalyze the transfer of phosphate groups from phosphate-donating molecules such as NTPs, to specific substrates.
ATR and ATM phosphorylate the downstream kinases Chk1 and Chk2, respectively. Chk1 and Chk2 phosphorylate CDC25, which prevents it from accepting further phosphates from CDK1. CDK1 is the regulator of the cell cycle, and as long as it remains inactive, this prevents the cell from progressing to the S phase.
Another target of ATR and ATM phosphorylation is the transcription activator protein p53. Phosphorylated p53 can directly bind to DNA, which stimulates another gene to produce a protein called p21. p21 inhibits the cell division-stimulating protein cdk2, preventing the cell from progressing to the next stage of cell division.
DNA 손상에 반응하여 세포는 세포 주기를 일시 중지하여 손상을 평가하고 복구할 수 있습니다. 그러나 세포는 세포주기 중 특정 중요한 단계에서 DNA를 확인해야 합니다. DNA 복제 전에 세포 주기가 일시 중지되면 세포에는 두 배의 DNA 양이 포함됩니다. 반면, DNA 복제 후 유사분열 이전에 세포가 정지하면 정상 DNA 양의 4배를 함유하게 됩니다. 다양한 특수 단백질을 사용할 수 있으므로 세포는 엄격하게 조절되는 세포 주기에서 손상 반응을 위해 적시에 올바른 단백질을 사용해야 합니다.
손상된 DNA로 인한 복제 스트레스는 적절한 복구 메커니즘을 통해 특정 유형의 손상에 반응하는 신중하게 계획된 단백질 경로를 시작합니다. 예를 들어, DNA의 이중 가닥 절단을 일으킬 수 있는 이온화 방사선은 비상동 말단 연결, 상동 복구 및 뉴클레오티드 절단 복구 경로와 같은 복구 메커니즘을 포함하는 일련의 분자 상호 작용을 작동시키는 ATM 단백질을 활성화합니다. ATM 및 ATR과 같은 키나아제는 서로 다른 시간 척도에서 작동하는 두 가지 별개의 과정에서 복제 블록에 반응합니다. (i) 하류 키나아제의 인산화와 같은 상대적으로 빠른 번역 후 변형은 궁극적으로 CDK 활성화에 필요한 세포 주기 포스파타제 CDC25의 억제로 이어집니다. (ii) 더 느린 전사 조절로, 가장 잘 연구된 것은 p53의 역할입니다.
p53은 세포주기 정지, 세포사멸 또는 노화에 중요한 역할을 하는 단백질의 발현을 조절할 수 있는 전사 인자입니다. 건강한 세포에서는 p53이 낮은 농도로 유지됩니다. 이중 가닥 절단이 감지되면 ATM은 인산화를 통해 p53을 활성화합니다. 이로 인해 CDK 억제제 p21과 pro-apoptotic BAX 및 PUMA 단백질이 발현됩니다. p21은 G1에서 S 상으로의 전이를 매개하는 단백질을 인산화시키는 cyclin-CDK 복합체를 억제함으로써 세포주기를 정지시킵니다. 따라서 p53은 G1/S 체크포인트 메커니즘에 매우 중요합니다. p53이 변이되거나 결여된 세포에서는 세포분열이 더 이상 조절되지 않으며, 이러한 조절되지 않은 세포분열은 악성종양을 초래합니다. 또한 p53은 뉴클레오티드 절단 회복을 중재하고 dNTP 합성을 유도하는 요인의 조절을 통해 NER와 같은 복구 경로를 직접 활성화할 수 있습니다.
At various checkpoints during the cell cycle, multiple enzymes probe the DNA for damage. To maintain the integrity of the genome, only intact, undamaged DNA is allowed to pass through this cycle, and on to the next generation. If DNA damage is detected, the cell cycle pauses until this is repaired.
During DNA replication in the G1 phase, helicase unwinds the DNA, and DNA polymerase synthesizes a new strand from the template - creating a Y-shaped structure called a replication fork. Damaged DNA stalls the replication fork, causing it to become unstable, and the helicase and polymerase to uncouple from the DNA.
To prevent the damaged single-stranded DNA from reannealing, replication protein A or RPA, coats the single-stranded DNA at the stalled replication fork. This complex is then detected by the ATR protein, also known as ataxia telangiectasia or Rad-3 related protein.
If the damaged DNA is not a single mutation but a full double strand break, a protein complex called MRN is recruited at the site, which bridges the two damaged ends of the DNA and provides a platform for binding of the ataxia-telangiectasia mutated, or ATM protein.
Both ATM and ATR are kinases, which means they catalyze the transfer of phosphate groups from phosphate-donating molecules such as NTPs, to specific substrates.
ATR and ATM phosphorylate the downstream kinases Chk1 and Chk2, respectively. Chk1 and Chk2 phosphorylate CDC25, which prevents it from accepting further phosphates from CDK1. CDK1 is the regulator of the cell cycle, and as long as it remains inactive, this prevents the cell from progressing to the S phase.
Another target of ATR and ATM phosphorylation is the transcription activator protein p53. Phosphorylated p53 can directly bind to DNA, which stimulates another gene to produce a protein called p21. p21 inhibits the cell division-stimulating protein cdk2, preventing the cell from progressing to the next stage of cell division.
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