A manutenção da estabilidade genômica é essencial para a prevenção de morte celular indevida ou neoplasia (Cassidy e Venkitaraman, 2012). Lesões críticas de DNA, como as quebras de dupla cadeia (DSBs), ativam a resposta de dano de DNA (DDR) – uma ampla rede de sinalização que envolve a reparação do DNA, ativação de pontos de verificação do ciclo celular e modulação extensiva da expressão gênica e muitas vias metabólicas (Ciccia e Elledge, 2010; Hiom, 2010). Os DSBs são induzidos por radiação ionizante, químicos radiomiméticos e radicais oxigenados endógenos. Eles acompanham o emperramento da forquilha de replicação e são formados e resselados em recombinação meiótica e o rearranjo dos genes receptores de antígenos durante o desenvolvimento do sistema imunológico. As principais vias de reparação dos DSBs são a união final não homóloga de erro (NHEJ) ou a recombinação homóloga de alta fidelidade (HRR; Holthausen et al., 2010; Lieber, 2010). A ampla e poderosa rede de sinalização evocada pelos DSBs começa com o rápido acúmulo nos locais DSB de um grande grupo de proteínas denominadas “sensores” ou “moderadores” e continua com a ativação de várias kinases de proteínas (“transdutores”) com funções parcialmente redundantes que retransmitem o sinal para inúmeros efetores downstream, que são tipicamente atores-chave nos vários ramos DDR (Lovejoy e Cortez, 2009; Ciccia e Elledge, 2010; Lukas et al, 2011).

O transdutor primário do alarme DSB é a serine-threonine kinase ataxia telangiectasia (A-T) mutante (ATM; Banin et al., 1998; Canman et al., 1998), que é ativado em resposta à indução DSB (Bakkenist e Kastan, 2003) e passa a fosforilato uma pletora de substratos (Matsuoka et al., 2007; Bensimon et al., 2010). A ATM pertence a uma família conservada de quinases proteicas de 3 quinases (PIKKs), que inclui, entre outros, dois outros grandes transdutores DDR: a subunidade catalítica da subunidade catalítica da proteína quinase dependente de DNA (DNA-PKcs) e ATR (ataxia telangiectasia e Rad3 relacionados). Estas três quinases mantêm relações funcionais próximas (Lovejoy e Cortez, 2009). Evidências recentes sugerem que a ampla capacidade da ATM como proteína quinase permite que ela regule outros processos, como os níveis de estresse oxidativo (Guo et al., 2010), e desempenhe um papel nas arenas citoplasmáticas, não-DDR, entre elas a homeostase mitocondrial (Yang et al., 2011; Valentin-Vega e Kastan, 2012; Valentin-Vega et al., 2012).

Mutações da linha germinal humana que ab-rogam as respostas celulares aos danos do ADN e causam graves síndromes de instabilidade genómica (Jeppesen et al., 2011). O gene ATM sofre mutação na síndrome de instabilidade genômica, A-T (Savitsky et al., 1995). A A-T é caracterizada pela neurodegeneração progressiva, imunodeficiência, predisposição ao câncer, instabilidade genômica e sensibilidade a agentes indutores de DSB (McKinnon, 2012). A doença é causada por mutações nulas da MTA, e os pacientes normalmente exibem perda completa da proteína da MTA (Gilad et al., 1996).

Estudos de processos dependentes da MTA tipicamente dependem de células selvagens humanas versus células A-T, derrubamento da MTA usando RNAi, reconstituição de células deficientes de MTA pela expressão ectópica da proteína da MTA do tipo selvagem ou da kinase-deadolescente, ou tratamento de células cultivadas com inibidores da MTA. Os laboratórios que usam esses sistemas experimentais há muito sentiram que as consequências fisiológicas da perda da MTA em oposição a abrigar a MTA inativa podem não ser similares (Choi et al., 2010). Os trabalhos de Daniel et al. e Yamamoto et al. (ambos nesta edição) fornecem evidências sólidas dessa noção e marcam um ponto de virada em nossa visão do modo de funcionamento da MTA. Ambos os trabalhos são baseados na manipulação do gene Atm no mouse.

Atm knockout mouses já existem há muito tempo. Esses ratos apresentam a maioria dos sintomas da A-T, incluindo baixo peso corporal, esterilidade, radiosensibilidade, e predisposição ao câncer, mas a neurodegeneração é consideravelmente menos marcada nesses animais em comparação com a observada em pacientes humanos com A-T (Barlow et al., 1996; Elson et al., 1996; Xu et al., 1996; Borghesani et al., 2000). Assim, antes da emergência do câncer e sem exposição à radiação, o fenótipo murino Atm-/- é relativamente moderado. Usando a expressão mutante Atm transgene em um fundo Atm-/- (Daniel et al., 2012) e via knockin direto (Yamamoto et al., 2012), os dois grupos geraram novas linhagens de camundongos que não têm atividade Atm; ao invés de serem desprovidos de Atm, estes animais expressam níveis fisiológicos de proteína catalisadora inativa (kinase morta). Surpreendentemente, em ambos os laboratórios, este genótipo levou à letalidade embrionária precoce, com instabilidade genómica inerente que foi superior à observada nos animais Atm-/- (Fig. 1). A expressão condicional da proteína mutante no sistema imunológico reduziu a eficiência da recombinação V(D)J (variável, diversidade e união) e da comutação da classe de imunoglobulina – dois processos que envolvem a via NHEJ do reparo da DSB e requerem MTA ativa para uma função ótima. Entretanto, esta redução foi comparável àquela causada pela ausência de Atm. Coletivamente, os dados de ambos os laboratórios sugerem que a via de HRR do reparo DSB, ao invés de NHEJ, pode ser afetada em maior extensão pela presença de Atm inativo em comparação com o efeito obtido após a perda de Atm.

Este fenótipo dramático é presumivelmente causado por um mau funcionamento grave do DDR, atestando mais uma vez a sua importância no desenvolvimento precoce. O papel crítico do DDR no desenvolvimento foi documentado no passado (Phillips e McKinnon, 2007), mas a novidade dos estudos atuais reside na profunda diferença entre a perda de Atm e a presença de Atm catalíticamente inativo. O mesmo provavelmente se aplica também em humanos: Os pacientes com A-T normalmente exibem perda de MTA, e em casos raros de MTA catalítica inativa em pacientes, seu nível é baixo o suficiente para permitir a viabilidade. Uma observação similar foi feita recentemente por Zhang et al. (2011) com outro membro da família PIKK – DNA-PKcs. Este grupo descobriu que ratos expressando uma versão mutante do DNA-PKcs, sem três sítios de fosforilação associados à sua ativação, morrem logo após o nascimento como resultado da falência da medula óssea. É interessante notar que ao contrário disso, a abolição de três sítios de fosforilação no rato Atm, cujos equivalentes na MTA humana são fosforilados durante sua ativação (Bakkenist e Kastan, 2003; Kozlov et al., 2006), não resultou em nenhum fenótipo discernível (Pellegrini et al., 2006; Daniel et al., 2008).

Parece, portanto, que a presença de níveis fisiológicos de Atm inativos interfere severamente com o DDR, certamente mais do que sua ausência. Por que isso poderia ser? Embora o mecanismo exato deste fenômeno seja desconhecido, algumas suposições podem ser feitas. O ATM é recrutado para os locais de DSB (Andegeko et al., 2001) e está, portanto, presente nos enormes focos nucleares que abrangem esses locais. Muitas fosforilações mediadas pela ATM ocorrem dentro desses conglomerados de proteínas. Importante, o recrutamento de Atm mortos em kinase-dead para locais com danos de DNA foi encontrado por Daniel et al. (2012) e Yamamoto et al. (2012) para ocorrer normalmente. É possível que a presença de Atm catalítico inativo dentro desses centros DDR perturbe severamente a capacidade da célula de responder ao dano. Presumivelmente, interfere na dinâmica temporal ordenada dos eventos dentro dessas fábricas de proteínas (Lukas et al., 2011). Uma compreensão mais profunda da organização espacial dessas fábricas de proteínas (Chapman et al., 2012) e a hierarquia temporal dos eventos dentro delas pode elucidar o papel da ATM não apenas como uma enzima, mas também como uma meação protéica nessas estruturas. Note-se que a ATM é uma grande proteína de 3.056 resíduos, dos quais o ∼10% constitui seu site ativo. As funções reguladoras dos 90% restantes desse polipeptídio são em grande parte elusivas. Num sentido mais amplo, estes estudos mostram convincentemente, a nível do organismo, que a perda de uma enzima versus tê-la inactiva na célula pode ser mundos à parte. Neste contexto, seria interessante monitorar o desenvolvimento de malignidades nos animais que expressam o Atm mutante em seu sistema linfóide. Isto é particularmente importante porque os malignos observados nos ratos Atm-/-, semelhantes aos pacientes A-T, são principalmente linfóides.

As implicações para a pesquisa translacional relacionada à ATM são notáveis. A MTA tem sido naturalmente considerada um alvo potencial a ser inativado nas células tumorais para sensibilizá-las seletivamente à radioterapia (Begg et al., 2011; Basu et al., 2012; Golding et al., 2012). O advento de inibidores eficientes de MTA (Hickson et al., 2004; Golding et al., 2009) tem estimulado ainda mais essas esperanças. A boa notícia é que o efeito desses inibidores sobre a radiosensibilidade celular (e, provavelmente, o bem-estar geral) pode ser mais profundo do que previamente estimado, desde que essas pequenas moléculas possam ser direcionadas especificamente para as células malignas. Por outro lado, a exposição de tecidos normais e proliferantes aos inibidores de MTA pode ser indesejável, dependendo do tipo de tecido. Tal exposição de tecido normal à inibição da MTA, mesmo que breve, poderia levar a uma instabilidade genômica substancial – uma força motriz potencial para uma nova malignidade.