Det katalytiske domæne er ansvarlig for poly (ADP-ribose) polymerisation. Dette domæne har et meget konserveret motiv, som er fælles for alle medlemmer af PARP-familien. PAR-polymer kan nå længder på op til 200 nukleotider, før de inducerer apoptotiske processer. Dannelsen af PAR-polymer svarer til dannelsen af DNA-polymer fra nukleosidtriphosphater. Normal DNA-syntese kræver, at en pyrofosfat fungerer som afgangsgruppe, således at der efterlades en enkelt fosfatgruppe, der forbinder deoxyribose-sukkerstofferne. PAR syntetiseres ved hjælp af nikotinamid (NAM) som afgangsgruppe. Dette efterlader en pyrofosfat som forbindelsesgruppe mellem ribose-sukkerstofferne i stedet for enkelte fosfatgrupper. Dette skaber en vis særlig bulk til en PAR-bro, som kan have en yderligere rolle i cellesignalering.

Rolle i reparation af DNA-nicksRediger

En vigtig funktion af PARP er at hjælpe med reparation af enkeltstrengede DNA-nicks. Det binder sig til steder med enkeltstrengsbrud gennem sine N-terminale zinkfingre og vil rekruttere XRCC1, DNA-ligase III, DNA-polymerase beta og en kinase til knækket. Dette kaldes base excision repair (BER). PARP-2 har vist sig at oligomerisere med PARP-1 og er derfor også involveret i BER. Oligomeriseringen er også blevet vist at stimulere PARP’s katalytiske aktivitet. PARP-1 er også kendt for sin rolle i transkription gennem remodellering af kromatin ved at PARylering af histoner og afslapning af kromatinstrukturen, hvorved transkriptionskomplekset får adgang til generne.

PARP-1 og PARP-2 aktiveres af DNA-enkeltstrengsbrud, og både PARP-1- og PARP-2 knockoutmus har alvorlige mangler i DNA-reparation og øget følsomhed over for alkylerende stoffer eller ioniserende stråling.

PARP-aktivitet og levetidRediger

PARP-aktivitet (som hovedsageligt skyldes PARP1) målt i permeabiliserede mononukleære leukocytblodceller fra tretten pattedyrarter (rotte, marsvin, kanin, abernepsis, får, gris, kvæg, svinechimpanse, hest, æsel, gorilla, elefant og menneske) korrelerer med den maksimale levetid for arten. Forskellen i aktivitet mellem den længstlevende (menneske) og den kortestlevende (rotte) art, der blev testet, var 5-dobbelt. Selv om enzymkinetikken (unimolekylær hastighedskonstant (kcat), Km og kcat/km) for de to enzymer ikke var signifikant forskellig, blev det konstateret, at menneskelig PARP-1 havde en to gange højere specifik automodificeringskapacitet end rotteenzymet, hvilket ifølge forfatterne til dels kunne være årsagen til den højere PARP-aktivitet hos mennesker end hos rotter. Lymphoblastoide cellelinjer etableret fra blodprøver fra mennesker, der var hundredårige (100 år eller ældre), har signifikant højere PARP-aktivitet end cellelinjer fra yngre (20 til 70 år gamle) personer, hvilket igen indikerer en sammenhæng mellem levetid og reparationskapacitet.

Disse resultater tyder på, at PARP-medieret DNA-reparationskapacitet bidrager til pattedyrs levetid. Disse fund understøtter således DNA-skadeteorien om aldring, som antager, at ureparerede DNA-skader er den underliggende årsag til aldring, og at DNA-reparationsevne bidrager til lang levetid.

Tankyrasers rolleRediger

Tankyraserne (TNK’erne) er PARP’er, der består af ankyrinrepeats, et oligomeriseringsdomæne (SAM) og et PARP-katalytisk domæne (PCD). Tankyraserne er også kendt som PARP-5a og PARP-5b. De blev opkaldt efter deres interaktion med de telomer-associerede TERF1-proteiner og ankyrinrepeats. De kan gøre det muligt at fjerne telomerasehæmmende komplekser fra kromosomeenderne for at muliggøre vedligeholdelse af telomere. Gennem deres SAM-domæne og ANK’er kan de oligomerisere og interagere med mange andre proteiner, f.eks. TRF1, TAB182 (TNKS1BP1), GRB14, IRAP, NuMa, EBNA-1 og Mcl-1. De har flere roller i cellen, som f.eks. vesikulær trafikering gennem dets interaktion i GLUT4-vesikler med insulinresponsiv aminopeptidase (IRAP). Det spiller også en rolle i mitotisk spindelsamling gennem dets interaktion med nuclear mitotic apparatus protein 1 (NuMa) og muliggør derfor den nødvendige bipolære orientering. I fravær af TNK’er observeres mitosearrest i præ-anafase gennem Mad2 spindelkontrolpunktet. TNKs kan også PARsylere Mcl-1L og Mcl-1S og hæmme både deres pro- og anti-apoptotiske funktion; relevansen af dette er endnu ikke kendt.

Rolle i celledødRediger

PARP kan aktiveres i celler, der oplever stress og/eller DNA-skader. Aktiveret PARP kan tømme cellen for ATP i et forsøg på at reparere det beskadigede DNA. ATP-udtømning i en celle fører til lysis og celledød (nekrose). PARP har også evnen til at fremkalde programmeret celledød via produktion af PAR, som stimulerer mitokondrier til at frigive AIF. Denne mekanisme synes at være caspaseuafhængig. Spaltning af PARP ved hjælp af enzymer som caspaser eller kathepsiner inaktiverer typisk PARP. Størrelsen af spaltningsfragmenterne kan give indsigt i, hvilket enzym der var ansvarlig for spaltningen, og kan være nyttig til at bestemme, hvilken celledødsvej der er blevet aktiveret.

Rolle i epigenetisk DNA-modifikationRediger

PARP-medieret posttranslationel modifikation af proteiner såsom CTCF kan påvirke mængden af DNA-methylering ved CpG-dinukleotider (har brug for referencer). Dette regulerer de isolerende egenskaber ved CTCF kan differentielt markere den kopi af DNA, der er nedarvet fra enten moderens eller faderens DNA gennem den proces, der er kendt som genomisk prægning (kræver korrekturlæsning). PARP er også blevet foreslået at påvirke mængden af DNA-methylering ved at binde direkte til DNA-methyltransferasen DNMT-1 efter at have knyttet poly ADP-ribose-kæder til sig selv efter interaktion med CTCF og påvirke DNMT1’s enzymatiske aktivitet (har brug for referencer).

Terapeutisk hæmningRediger

Et betydeligt antal prækliniske og kliniske data er blevet akkumuleret med PARP-hæmmere i forskellige former for kræft. I denne sammenhæng er PARP’s rolle i reparation af enkeltstrengs-DNA-brud relevant, hvilket fører til replikationsassocierede læsioner, der ikke kan repareres, hvis homolog rekombinationsreparation (HRR) er defekt, og fører til den syntetiske letalitet af PARP-hæmmere i HRR-defekt kræft. HRR-defekter er klassisk forbundet med BRCA1- og 2-mutationer, der er forbundet med familiær bryst- og æggestokkræft, men der kan være mange andre årsager til HRR-defekter. PARP-hæmmere af forskellige typer (f.eks. olaparib) til behandling af BRCA-muteret bryst- og æggestokkræft kan således også anvendes til andre kræftformer end disse tumorer, hvis der kan udvikles passende biomarkører til identifikation af HRR-defekter. Der findes flere andre klasser af nye PARP-hæmmere, som befinder sig på forskellige stadier af den kliniske udvikling.

En anden betydelig mængde data vedrører PARP’s rolle i udvalgte ikke-onkologiske indikationer. I en række alvorlige, akutte sygdomme (såsom slagtilfælde, neurotraumer, kredsløbschok og akut myokardieinfarkt) udøver PARP-hæmmere terapeutisk fordel (f.eks. reduktion af infarktstørrelsen eller forbedring af organfunktionen). Der findes også observationsdata, der påviser PARP-aktivering i humane vævsprøver. I disse sygdomstilfælde er PARP-overaktivering som følge af oxidativ og nitrativ stress drivkraft for celle-nekrose og proinflammatorisk genekspression, hvilket bidrager til sygdomspatologien. Efterhånden som de kliniske forsøg med PARP-hæmmere i forskellige former for kræft skrider frem, er det håbet, at der vil blive indledt en anden række kliniske undersøgelser med henblik på afprøvning af PARP-hæmmere til forskellige ikke-onkologiske indikationer i en proces kaldet “terapeutisk repurposing”

.