En respuesta al daño en el ADN, las células pueden pausar el ciclo celular para evaluar y reparar las roturas. Sin embargo, la célula debe verificar el ADN en ciertas etapas críticas durante el ciclo celular. Si el ciclo celular se detiene antes de la replicación del ADN, las células contendrán el doble de la cantidad de ADN. Por otro lado, si las células se detienen después de la replicación del ADN pero antes de la mitosis, contendrán cuatro veces la cantidad normal de ADN. Con una gran cantidad de proteínas especializadas a su disposición, las células deben usar la proteína correcta en el momento adecuado para la respuesta al daño en un ciclo celular estrictamente regulado.

El estrés de replicación causado por el ADN dañado inicia una vía cuidadosamente coreografiada de proteínas que responden al tipo específico de daño con un mecanismo de reparación apropiado. Por ejemplo, la radiación ionizante que puede causar roturas de doble cadena en el ADN activa la proteína ATM que pone en marcha una cadena de interacciones moleculares que involucran mecanismos de reparación como la unión de extremos no homólogos, la reparación homóloga y la vía de reparación por escisión de nucleótidos. Las quinasas como ATM y ATR responden a bloques de replicación en dos procesos distintos que operan en diferentes escalas de tiempo: (i) modificaciones postraduccionales relativamente rápidas, como la fosforilación de quinasas posteriores, que en última instancia conducen a la inhibición de la fosfatasa CDC25 del ciclo celular necesaria para la activación de CDK, (ii) regulaciones transcripcionales más lentas, la más estudiada de las cuales, es el papel de p53.

p53 es un factor de transcripción que puede regular la expresión de proteínas que desempeñan un papel fundamental en la detención del ciclo celular, la apoptosis o la senescencia. En las células sanas, p53 se mantiene en bajas concentraciones. Al detectar roturas de doble cadena, ATM activa p53 por fosforilación. Esto da lugar a la expresión del inhibidor de CDK p21 y de las proteínas proapoptóticas BAX y PUMA. p21 detiene el ciclo celular mediante la inhibición de los complejos ciclina-CDK que fosforilan las proteínas que median la transición de fase G1 a S. Por lo tanto, p53 es crítico para el mecanismo de punto de control G1/S. En las células donde p53 está mutado o ausente, la división celular ya no se puede regular, y tal división celular descontrolada da lugar a tumores malignos. Además, p53 puede activar directamente vías de reparación como NER a través de la regulación de factores que median la reparación por escisión de nucleótidos e inducen la síntesis de dNTP.