ATRの構造と機能

ATRは300 kDaのタンパク質であり、その機能に応じてATRIP相互作用ドメイン、キナーゼドメイン、その他のドメインに区分される。N末端のATRIP結合ドメインはATR活性化に重要であり、C末端のキナーゼドメインは下流タンパク質のリン酸化に重要なドメインである。ATRはホスファチジルイノシトール3-キナーゼ関連キナーゼ（PIKK）タンパク質ファミリーの一員で、標的タンパク質のセリンまたはスレオニン残基をリン酸化する機能を有する。細胞増殖・代謝、DNA損傷修復などの過程において重要な役割を担う。キナーゼドメインの配列はホスファチジルイノシトール3-キナーゼ（PI3K）ファミリーのタンパク質と非常に類似している。ATRはATMよりも広範なDNA損傷修復様式に関与し、複製中のDNA安定化において中核的役割を果たす。ATRは紫外線による損傷を感知し、p53、Chk1、claspin等の下流タンパク質をリン酸化することで、ヌクレオチド除去修復、細胞周期および細胞アポトーシスを制御する。

ATRによるUV誘導アポトーシスの制御

アポトーシスは、生体の微小環境を維持するための重要な制御機構である。細胞が損傷し修復不能となった場合、アポトーシス過程が開始され、損傷細胞は個体保護のために除去される。UV誘導アポトーシスの経路は、p53非依存性アポトーシスとp53依存性アポトーシスに大別される。p53非依存性アポトーシスには3つの様式がある。すなわち、（1）UV照射により細胞膜上のデスリガンドの放出または増加が誘導され、デスレセプターとの結合が増強してアポトーシスが活性化される、（2）UV照射により細胞膜上でデスレセプターが直接凝集し、デスリガンドの存在を要せずにアポトーシスが活性化される、（3）UV照射によりミトコンドリアからシトクロムCが放出され、アポトーシス経路が活性化される。UV誘導アポトーシスは主としてp53依存性経路により制御され、ATRがこれを調節する。UV損傷後にATRが活性化され、p53がリン酸化されると、p53とMDM2が解離し、p53はユビキチン化により分解される。DNA損傷が修復不能な場合、リン酸化p53はApaf1を活性化し、Apaf1がcaspase-9を切断し、続いてcaspase-9がcaspase-3を切断して活性化する。caspase-3はアポトーシスの実行因子として機能し、p53はミトコンドリアのシトクロムC依存性アポトーシス経路も抑制し得る。しかし、ヒト角化細胞において、ATRがChk1のリン酸化を介して紫外線によるアポトーシスを制御し、p53が関与しないことが報告されている。これは、ATRがChk1またはp53をリン酸化することで細胞アポトーシスを制御し得ることを示唆するが、Chk1を介したATRによるアポトーシス制御の具体的機序は未解明であり、さらなる研究が必要である。

機能

ATRはセリン／スレオニン特異的プロテインキナーゼであり、DNA損傷の感知およびDNA損傷チェックポイントの活性化に関与し、その結果として細胞周期停止を引き起こす。ATRは、DNA損傷の検出および修復過程で形成される一般的な中間体である持続的な一本鎖DNAに応答して活性化される。一方、一本鎖DNAは複製フォークの停止部位で生じ、ヌクレオチド除去修復や相同組換え修復などのDNA修復経路における中間体として機能する。ATRはATRIPと呼ばれるシャペロンタンパク質とともに、RPAにより被覆された一本鎖DNAを認識する。ATRが活性化されるとChk1をリン酸化し、シグナル伝達カスケードを開始して最終的に細胞周期停止へと至る。DNA損傷チェックポイントの活性化に加え、ATRは障害のないDNA複製（interference-free DNA replication）にも関与すると考えられている。ATRは、チェックポイント活性化キナーゼであるATMとも関連しており、ATMはDNA二本鎖切断またはクロマチン構造の破綻により活性化される。

臨床的意義

ATR変異はSeckel症候群の原因であり、これは稀なヒト疾患で、ATM変異に起因する毛細血管拡張性運動失調症（ataxia-telangiectasia）と一定の共通特徴を有する。ATRは家族性皮膚毛細血管拡張症およびがん症候群とも関連する。ATR/Chk1阻害薬はDNA架橋剤の効果を増強し得る。AstraZenecaはATR阻害薬を用いた初の臨床試験を開始しており、ATM変異を有する慢性リンパ性白血病（CLL）、前リンパ球性白血病（PLL）またはB細胞リンパ腫患者を優先的な対象としている。また、Vertex Pharmaceuticalsにより進行固形腫瘍を対象とした試験も実施されている。

参考文献

1. Cimprich KA; et al. cDNA cloning and gene mapping of a candidate human cell cycle checkpoint protein. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1996,93 (7): 2850-5.