在3個DDR激酶中，DNA-PK和ATM主要被DNA的雙鏈斷裂（DSB）激活，而ATR主要被各種單鏈損傷激活，參與多種DNA損傷的修復，對於複製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，並顯示檢查點缺陷。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被募集到覆蓋有複製蛋白A（RPA）的損傷區域。RPA是真核生物的單鏈DNA結合蛋白，損傷處的單鏈DNA（ssDNA）被RPA包圍後會募集ATR-ATRIP複合物。
RPA-ssDNA是許多DNA修復途徑的重要結構。除了HR外，RPA-ssDNA還參與核苷酸切除修復，錯配修復，鹼基切除修復和複製叉重啟。ATR-ATRIP識別RPA-ssDNA的能力使其在感知DNA損傷和複製壓力方面非常重要。
ATR的多步驟激活。Cold Spring Harb Perspect Biol. 2013 Sep; 5(9): a012716.
ATR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致命的。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募集與CHK1激活。Mol Cell. 2017 Jun 15;66(6):801-817.
ATR的激活導致多種下游靶標，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。
CHK1促進CDC25A的蛋白酶體降解，可以降低CDK（細胞週期蛋白依賴性激酶）活性，抑制細胞週期進程，為DNA修復爭取時間。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調控細胞週期和凋亡，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信號網絡。Pharmacol Ther. 2014 Sep; 143(3): 323–336.
ATM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損傷修復中涉及的主要代謝途徑。Front Oncol. 2018; 8: 15.
對於多數調控過程來說，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. 2020 Jan 10;21(2). pii: E446.
NER（核苷酸切除修復）用於修復大片段的DNA損傷。BER（鹼基切除修復）可修復個別鹼基的損傷。這兩種修復以前統稱為切除修復，都是由特異的核酸內切酶識別DNA的損傷部位，在其附近將DNA單鏈切開，再由外切酶將損傷鏈切除，由聚合酶以完整鏈為模板進行修復合成，最後由連接酶封口。
二者識別損傷的蛋白不同。BER針對DNA中因氧化，甲基化等化學修飾而損壞的單個鹼基，所以第一步需要糖苷酶識別並切斷損傷鹼基形成的N-糖苷鍵，如8-氧代鳥嘌呤-DNA糖基化酶（OGG1），3-甲基腺嘌呤-DNA糖基化酶（MPG）或核酸內切酶VIII-like 1（NEIL1）等。
BER過程。Nucleic Acids Res. 2013 Oct; 41(18): 8403–8420.
在NER中，DNA損傷結合蛋白2（DDB2，p48）與DDB1形成複合物，可以識別UV誘導的環丁烷嘧啶二聚體（CPD）。XPC和hRad23B形成的二聚體可識別紫外線誘導的6-4PP（另一種嘧啶二聚體）。RPA-XPA複合體識別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）核酸內切酶來切開已經切除了錯誤鹼基的DNA鏈，然後用DNA聚合酶β填補缺口等。有時會發生鏈取代反應，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內切酶（flap endonuclease 1，FEN1）和PCNA（複製體上的滑動鉗）等因子。
NER過程。Nucleic Acids Res. 2013 Oct; 41(18): 8403–8420.
NER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和一系列著色性幹皮病（XP）蛋白。XP是一種常染色體隱性遺傳病，導致皮膚乾燥，有色素沉著，易患皮膚癌。
與該疾病相關的遺傳缺陷至少有八種，導致不同形式的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參與核苷酸切除修復（NER），而XPV編碼參與前導鏈中受損DNA複製的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）的修復，可以逆轉某些形式的鹼基損傷，而無需切除鹼基。例如光復活酶可被可見光（300-600 nm）激活，分解由於紫外線照射而形成的嘧啶二聚體。此酶廣泛存在，但人體只存在於淋巴細胞和皮膚成纖維細胞，且是次要修復方式。
線粒體DNA的修復。Oxid Med Cell Longev. 2012; 2012: 282438.
線粒體DNA也需要修復。由於線粒體DNA與線粒體內膜非常接近，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。
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