A genomi stabilitás fenntartása elengedhetetlen az indokolatlan sejthalál vagy a neoplázia megelőzéséhez (Cassidy és Venkitaraman, 2012). A kritikus DNS-elváltozások, például a kettősszál-törések (DSB-k) aktiválják a DNS-károsodási választ (DDR) – egy széles körű jelátviteli hálózatot, amely magában foglalja a DNS-javítást, a sejtciklus ellenőrzőpontjainak aktiválását, valamint a génexpresszió és számos metabolikus útvonal kiterjedt modulációját (Ciccia és Elledge, 2010; Hiom, 2010). A DSB-ket ionizáló sugárzás, radiomimetikus vegyi anyagok és endogén oxigéngyökök indukálják. A replikációs villa leállását kísérik, és az immunrendszer fejlődése során a meiotikus rekombináció és az antigénreceptor-gének átrendeződése során keletkeznek és záródnak újra. A DSB-k fő javítási útvonalai a hibaérzékeny nemhomológ végcsatlakozás (NHEJ) vagy a nagy hűségű homológ rekombinációs javítás (HRR; Holthausen et al., 2010; Lieber, 2010). A DSB-k által kiváltott széles, erőteljes jelátviteli hálózat a “szenzoroknak” vagy “moderátoroknak” nevezett fehérjék nagy csoportjának DSB-helyeken történő gyors felhalmozódásával kezdődik, majd számos, részben redundáns funkciójú fehérjekináz (“transzducerek”) aktiválásával folytatódik, amelyek a jelet számos downstream effektorhoz továbbítják, amelyek jellemzően a különböző DDR-ágak kulcsszereplői (Lovejoy és Cortez, 2009; Ciccia és Elledge, 2010; Lukas et al, 2011).

A DSB riasztás elsődleges transzducere az ataxia telangiectasia (A-T) mutált szerin-treonin kináz (ATM; Banin et al., 1998; Canman et al., 1998), amely a DSB indukció hatására aktiválódik (Bakkenist és Kastan, 2003), majd szubsztrátok sokaságát foszforilálja (Matsuoka et al., 2007; Bensimon et al., 2010). Az ATM a foszfoinozid-3-kináz-szerű protein kinázok (PIKK-k) konzervált családjába tartozik, amelyhez többek között két másik jelentős DDR-átalakító is tartozik: a DNS-függő protein kináz katalitikus alegysége (DNA-PKcs) és az ATR (ataxia telangiectasia és Rad3 rokon). Ez a három kináz szoros funkcionális kapcsolatot tart fenn (Lovejoy és Cortez, 2009). A legújabb bizonyítékok arra utalnak, hogy az ATM széleskörű fehérjekinázi képessége lehetővé teszi, hogy más folyamatokat is szabályozzon, például az oxidatív stressz szintjét (Guo és mtsai., 2010), és szerepet játsszon a citoplazmatikus, nem-DDR színtereken, köztük a mitokondriális homeosztázisban (Yang és mtsai., 2011; Valentin-Vega és Kastan, 2012; Valentin-Vega és mtsai., 2012).

A DNS-károsodásra adott sejtválaszokat megszüntető humán csíravonal-mutációk súlyos genomiális instabilitási szindrómákat okoznak (Jeppesen és mtsai., 2011). Az ATM gén mutálódik a genomiális instabilitás szindrómában, az A-T-ben (Savitsky és mtsai., 1995). Az A-T-t progresszív neurodegeneráció, immunhiány, rákos hajlam, genomiális instabilitás és DSB-indukáló szerekkel szembeni érzékenység jellemzi (McKinnon, 2012). A betegséget null ATM mutációk okozzák, és a betegek általában az ATM fehérje teljes elvesztését mutatják (Gilad és mtsai., 1996).

Az ATM-függő folyamatok tanulmányozása jellemzően humán vad típusú versus A-T sejteken, ATM knockdown RNAi segítségével, ATM-hiányos sejtek rekonstrukciója vad típusú vagy kinázhiányos ATM fehérje ektopikus expressziójával, vagy tenyésztett sejtek ATM-inhibitorokkal való kezelése alapján történik. Az ezeket a kísérleti rendszereket alkalmazó laboratóriumok már régóta úgy vélik, hogy az ATM elvesztésének fiziológiai következményei az inaktív ATM hordozásával szemben nem feltétlenül hasonlóak (Choi és mtsai., 2010). Daniel és munkatársai, valamint Yamamoto és munkatársai tanulmányai (mindkettő ebben a számban) szilárd bizonyítékot szolgáltatnak erre az elképzelésre, és fordulópontot jelentenek az ATM működési módjáról alkotott nézeteinkben. Mindkét munka az Atm gén egérben történő manipulálásán alapul.

Atm knockout egerek már régóta léteznek. Ezek az egerek mutatják az A-T legtöbb tünetét, beleértve az alacsony testsúlyt, a sterilitást, a sugárérzékenységet és a rákra való hajlamot, de a neurodegeneráció lényegesen kevésbé kifejezett ezekben az állatokban, mint az emberi A-T betegeknél megfigyelt (Barlow és mtsi., 1996; Elson és mtsi., 1996; Xu és mtsi., 1996; Borghesani és mtsi., 2000). Így a rák kialakulása előtt és sugárterhelés nélkül az egér Atm-/- fenotípus viszonylag mérsékelt. Mutáns Atm transzgének Atm-/- háttérben történő expressziójával (Daniel és mtsai., 2012) és direkt knockin (Yamamoto és mtsai., 2012) révén a két csoport új, Atm-aktivitást nélkülöző egértörzseket hozott létre; ezek az állatok nem Atm-mentesek, hanem a katalitikusan inaktív (kinázhalott) fehérje fiziológiás szintjét expresszálják. Feltűnő, hogy mindkét laboratóriumban ez a genotípus korai embrionális letalitáshoz vezetett, az Atm-/- állatoknál megfigyeltnél nagyobb mértékű inherens genomiális instabilitással (1. ábra). A mutáns fehérje feltételes expressziója az immunrendszerben csökkentette a V(D)J (változó, diverzitás és csatlakozás) rekombináció és az immunglobulin osztály váltás hatékonyságát – két olyan folyamat, amely a DSB javítás NHEJ útvonalát érinti, és az optimális működéshez aktív ATM-et igényel. Ez a csökkenés azonban hasonló volt az Atm hiánya által okozott csökkenéshez. Összességében a két laboratóriumból származó adatok arra utalnak, hogy a DSB-javítás HRR-útvonalát, nem pedig az NHEJ-t befolyásolhatja nagyobb mértékben az inaktív Atm jelenléte, mint az Atm elvesztése után kapott hatás.

Ezt a drámai fenotípust feltehetően a DDR súlyos hibás működése okozza, ami ismételten bizonyítja a korai fejlődésben betöltött fontosságát. A DDR kritikus szerepét a fejlődésben már korábban is dokumentálták (Phillips és McKinnon, 2007), de a mostani vizsgálatok újdonsága az Atm elvesztése és a katalitikusan inaktív Atm jelenléte közötti mélyreható különbségben rejlik. Valószínűleg ugyanez érvényes az emberre is: Az A-T betegek jellemzően ATM-veszteséget mutatnak, és a katalitikusan inaktív ATM ritka eseteiben a betegeknél a szintje elég alacsony ahhoz, hogy az életképességet lehetővé tegye. Hasonló megfigyelést tettek a közelmúltban Zhang és munkatársai (2011) a PIKK család egy másik tagjával, a DNS-PKcs-sel kapcsolatban. Ez a csoport azt találta, hogy a DNS-PKcs egy mutáns változatát expresszáló egerek, amelyekből hiányzik az aktiválásához kapcsolódó három foszforilációs hely, röviddel a születés után csontvelő-elégtelenség következtében elpusztulnak. Érdekes, hogy ezzel ellentétben az egér Atm-ben három foszforilációs hely eltörlése, amelyeknek a humán ATM-ben lévő megfelelői foszforilálódnak az aktiváció során (Bakkenist és Kastan, 2003; Kozlov és mtsai., 2006), nem eredményezett semmilyen észlelhető fenotípust (Pellegrini és mtsai., 2006; Daniel és mtsai., 2008).

Úgy tűnik tehát, hogy az inaktív Atm fiziológiás szintjének jelenléte súlyosan zavarja a DDR-t, minden bizonnyal jobban, mint a hiánya. Miért lehet ez így? Bár a jelenség pontos mechanizmusa ismeretlen, néhány feltételezés megtehető. Az ATM a DSB-helyekre rekrutálódik (Andegeko és mtsai., 2001), és ezért jelen van az ezeket a helyeket behálózó hatalmas nukleáris fókuszokban. Számos ATM által közvetített foszforiláció történik ezekben a fehérjekonglomerátumokban. Fontos, hogy Daniel és munkatársai (2012), valamint Yamamoto és munkatársai (2012) megállapították, hogy a kinázhalott Atm toborzása a DNS-károsodási helyekre normálisan történik. Lehetséges, hogy a katalitikusan inaktív Atm jelenléte ezeken a DDR-csomópontokon belül súlyosan megzavarja a sejt károsodásra való reagálási képességét. Feltehetően megzavarja az események rendezett időbeli dinamikáját ezekben a fehérjetelepekben (Lukas és mtsai., 2011). Ezen fehérjeegyüttesek térbeli szerveződésének (Chapman és mtsai., 2012) és a bennük zajló események időbeli hierarchiájának mélyebb megértése megvilágíthatja az ATM-nek nemcsak enzimként, hanem fehérjeegységként is betöltött szerepét ezekben a struktúrákban. Megjegyzendő, hogy az ATM egy nagy, 3056 maradékot tartalmazó fehérje, amelynek ∼10%-a alkotja az aktív központját. A polipeptid fennmaradó 90%-ának szabályozó funkciói nagyrészt megfoghatatlanok. Tágabb értelemben ezek a vizsgálatok meggyőzően mutatják, hogy a szervezet szintjén egy enzim elvesztése és a sejtben inaktív állapotban lévő enzim között világméretű különbségek lehetnek. Ebben az összefüggésben érdekes lenne nyomon követni a rosszindulatú daganatok kialakulását azokban az állatokban, amelyek mutáns Atm-et expresszálnak a nyirokrendszerükben. Ez azért különösen fontos, mert az Atm-/- egerekben megfigyelt rosszindulatú daganatok, hasonlóan az A-T betegekhez, elsősorban nyirokszervi eredetűek.

Az ATM-mel kapcsolatos transzlációs kutatásokra vonatkozó következmények figyelemre méltóak. Az ATM-et természetesen potenciális célpontnak tekintették, amelyet inaktiválni lehet a tumorsejtekben, hogy szelektíven érzékenyítsék azokat a sugárterápiára (Begg és mtsai., 2011; Basu és mtsai., 2012; Golding és mtsai., 2012). A hatékony ATM-gátlók megjelenése (Hickson és mtsai., 2004; Golding és mtsai., 2009) tovább táplálta ezeket a reményeket. A jó hír az, hogy ezeknek a gátlóknak a sejtek sugárérzékenységére (és valószínűleg az általános jólétre) gyakorolt hatása mélyebb lehet a korábban becsültnél, feltéve, hogy ezeket a kis molekulákat célzottan a rosszindulatú sejtekbe lehet célozni. Másrészt a normális, proliferáló testszövetek ATM-gátlókkal való érintkezése nemkívánatos lehet, a szövet típusától függően. A normál szövetek ATM-gátlásnak való ilyen kitettsége, még ha rövid ideig is, jelentős genomiális instabilitáshoz vezethet – ami potenciális hajtóerő lehet az új rosszindulatúság felé.