Katalyyttinen domeeni vastaa poly(ADP-riboosi)polymerisaatiosta. Tällä domeenilla on erittäin konservoitunut motiivi, joka on yhteinen kaikille PARP-perheen jäsenille. PAR-polymeeri voi saavuttaa jopa 200 nukleotidin pituuden ennen kuin se indusoi apoptoottisia prosesseja. PAR-polymeerin muodostuminen on samanlaista kuin DNA-polymeerin muodostuminen nukleosiditrifosfaateista. Normaali DNA-synteesi edellyttää, että pyrofosfaatti toimii poistuvana ryhmänä, jolloin deoksiriboosisokereita yhdistää yksi fosfaattiryhmä. PAR syntetisoidaan käyttämällä nikotiiniamidia (NAM) lähtevänä ryhmänä. Tällöin riboosisokereita yhdistäväksi ryhmäksi jää pyrofosfaatti yksittäisten fosfaattiryhmien sijasta. Tämä luo PAR-sillalle jonkinlaisen erityisen irtotavaran, jolla voi olla lisärooli solun signaloinnissa.

Rooli DNA:n nikkien korjaamisessaMuutos

Yksi PARP:n tärkeäksi tehtäväksi muodostuu yksisäikeisen DNA:n nikkien korjaamisessa avustaminen. Se sitoutuu N-terminaalisten sinkkisormiensa kautta kohtiin, joissa on yksijuosteisia katkoksia, ja rekrytoi XRCC1:n, DNA-ligaasi III:n, DNA-polymeraasi beetan ja erään kinaasin nikille. Tätä kutsutaan emäksen eksisiokorjaukseksi (BER). PARP-2:n on osoitettu oligomeroituvan PARP-1:n kanssa, joten se osallistuu myös BER:ään. Oligomerisaation on myös osoitettu stimuloivan PARP:n katalyyttistä aktiivisuutta. PARP-1:n tiedetään myös vaikuttavan transkriptioon kromatiinin uudelleenmuotoilun kautta PARylatoimalla histoneja ja rentouttamalla kromatiinirakennetta, jolloin transkriptiokompleksi pääsee käsiksi geeneihin.

PARP-1 ja PARP-2 aktivoituvat DNA:n yhden säikeen katkeamisista, ja sekä PARP-1:n että PARP-2:n tyrmäävillä rottahiirillä on vakavia puutteita DNA:n korjautumisessa, ja niillä on lisääntynyttä herkkyyttä alkyloiville aineille tai ionisoivalle säteilylle.

PARP-aktiivisuus ja elinikäMuutos

PARP-aktiivisuus (joka johtuu pääasiassa PARP1:stä) mitattuna kolmentoista nisäkäslajin (rotta, marsu, kani, marmosetti, lammas, sika, nautaeläin, possun simpanssi, hevonen, aasi, gorilla, elefantti ja ihminen) permeabiloiduista mononukleaarisista leukosyytti-verisoluista korreloituu lajin maksimaalisen eliniän kanssa. Ero aktiivisuudessa pisimpään eläneen (ihminen) ja lyhimpään eläneen (rotta) testatun lajin välillä oli viisinkertainen. Vaikka entsyymien kinetiikka (unimolekulaarinen nopeusvakio (kcat), Km ja kcat/km) ei eronnut merkitsevästi toisistaan, ihmisen PARP-1:llä havaittiin olevan kaksi kertaa suurempi spesifinen automodifikaatiokapasiteetti kuin rotan entsyymillä, minkä kirjoittajat arvelivat voivan osittain selittää ihmisten suuremman PARP-aktiivisuuden rottiin verrattuna. Satavuotiaiden (100-vuotiaiden tai sitä vanhempien) ihmisten verinäytteistä perustetuilla lymfoblastoidisolulinjoilla on huomattavasti korkeampi PARP-aktiivisuus kuin nuorempien (20-70-vuotiaiden) ihmisten solulinjoilla, mikä taas viittaa pitkäikäisyyden ja korjauskyvyn väliseen yhteyteen.

Nämä havainnot viittaavat siihen, että PARP:n välityksellä tapahtuva DNA:n korjauskyky vaikuttaa nisäkkäiden pitkäikäisyyteen. Näin ollen nämä löydökset tukevat ikääntymisen DNA-vaurioteoriaa, jossa oletetaan, että korjaamattomat DNA-vauriot ovat ikääntymisen perimmäinen syy ja että DNA:n korjauskyky vaikuttaa osaltaan pitkäikäisyyteen.

Tankyraasien rooliTarkennus

Tankyraasit (TNK:t) ovat PARP:itä, jotka koostuvat ankyriinikierukoista (ankyrin repeats), oligomerisaatiodomeenista (SAM) ja PARP:n katalyyttisestä domeenista (PCD). Tankyraasit tunnetaan myös nimillä PARP-5a ja PARP-5b. Ne on nimetty niiden vuorovaikutuksen perusteella telomeereihin liittyvien TERF1-proteiinien ja ankyrin-toistojen kanssa. Ne saattavat mahdollistaa telomeraasia estävien kompleksien poistamisen kromosomin päistä telomeerin ylläpitämiseksi. SAM-domeenin ja ANK:iden kautta ne voivat oligomeroitua ja olla vuorovaikutuksessa monien muiden proteiinien, kuten TRF1:n, TAB182:n (TNKS1BP1), GRB14:n, IRAP:n, NuMa:n, EBNA-1:n ja Mcl-1:n kanssa. Niillä on useita rooleja solussa, kuten vesikkelikauppa GLUT4-vesikkelien vuorovaikutuksen kautta insuliiniin reagoivan aminopeptidaasin (IRAP) kanssa. Sillä on myös rooli mitoottisen karan kokoonpanossa sen vuorovaikutuksen kautta nukleaarisen mitoosilaitteen proteiinin 1 (NuMa) kanssa, mikä mahdollistaa tarvittavan bipolaarisen orientaation. TNK:iden puuttuessa mitoosin pysähtyminen havaitaan pre-anafaasissa Mad2-spindelin tarkistuspisteen kautta. TNK:t voivat myös PARsyloida Mcl-1L:ää ja Mcl-1S:ää ja estää sekä niiden pro- että anti-apoptoottista toimintaa; tämän merkitystä ei vielä tunneta.

Rooli solukuolemassaEdit

PARP voi aktivoitua soluissa, jotka kokevat stressiä ja/tai DNA-vaurioita. Aktivoitunut PARP voi tyhjentää solun ATP:n yrittäessään korjata vaurioitunutta DNA:ta. ATP:n ehtyminen solussa johtaa lyysiin ja solukuolemaan (nekroosi). PARP:llä on myös kyky käynnistää ohjelmoitu solukuolema tuottamalla PAR:ää, joka stimuloi mitokondrioita vapauttamaan AIF:ää. Tämä mekanismi näyttää olevan kaspaasista riippumaton. PARP:n pilkkominen kaspaasien tai kathepsiinien kaltaisten entsyymien toimesta inaktivoi yleensä PARP:n. Halkaisufragmenttien koko voi antaa tietoa siitä, mikä entsyymi oli vastuussa halkaisusta, ja se voi olla hyödyllinen määritettäessä, mikä solukuoleman reitti on aktivoitunut.

Rooli epigeneettisessä DNA:n modifikaatiossaMuutos

PARP:n välittämä proteiinien, kuten CTCF:n, posttranslationaalinen modifikaatio voi vaikuttaa DNA:n metylaation määrään CpG-dinukleotideissa (tarvitsee viitteitä). Tämä säätelee CTCF:n eristysominaisuuksia voi merkitä eri tavoin joko äidin tai isän DNA:sta periytyvän DNA:n kopion genomic imprinting -nimellä tunnetun prosessin kautta (tarvitsee oikolukua). PARP:n on myös ehdotettu vaikuttavan DNA:n metylaation määrään sitoutumalla suoraan DNA-metyylitransferaasi DNMT-1:een sen jälkeen, kun se on kiinnittänyt poly ADP-riboosiketjuja itseensä vuorovaikutuksen jälkeen CTCF:n kanssa, ja vaikuttamalla DNMT1:n entsymaattiseen aktiivisuuteen (kaipaa viitteitä).

Terapeuttinen inhibitio Muokkaa

PARP:n inhibiittoreiden käytöstä syövän eri muotojen hoidossa on saatu huomattavaa prekliinistä ja kliinistä tietoa. Tässä yhteydessä PARP:n rooli yhden säikeen DNA-katkosten korjauksessa on merkityksellinen, mikä johtaa replikaatioon liittyviin vaurioihin, joita ei voida korjata, jos homologinen rekombinaatiokorjaus (HRR, homologous recombination repair) on viallinen, ja johtaa PARP:n estäjien synteettiseen letaalisuuteen HRR-viallisessa syövässä. HRR-viat liittyvät klassisesti BRCA1- ja 2-mutaatioihin, jotka liittyvät familiaaliseen rinta- ja munasarjasyöpään, mutta HRR-viat voivat johtua monista muista syistä. Näin ollen erityyppiset PARP:n estäjät (esim. olaparibi) BRCA-mutaattisten rinta- ja munasarjasyöpien hoidossa voivat ulottua näitä kasvaimia laajemmalle, jos HRR-virheiden tunnistamiseksi voidaan kehittää sopivia biomarkkereita. On olemassa useita muita uusia PARP:n estäjien luokkia, jotka ovat kliinisen kehityksen eri vaiheissa.

Toinen merkittävä tietopaketti liittyy PARP:n rooliin tietyissä ei-onkologisissa käyttöaiheissa. Useissa vakavissa akuuteissa sairauksissa (kuten aivohalvaus, neurotrauma, verenkiertosokki ja akuutti sydäninfarkti) PARP:n estäjillä on terapeuttista hyötyä (esim. infarktin koon pieneneminen tai elintoimintojen paraneminen). On myös olemassa havaintotietoja, jotka osoittavat PARP:n aktivoituvan ihmisen kudosnäytteissä. Näissä tauti-indikaatioissa oksidatiivisen ja nitratiivisen stressin aiheuttama PARP:n yliaktivoituminen johtaa solujen nekroosiin ja pro-inflammatoriseen geeniekspressioon, mikä edistää tautipatologiaa. Kun kliiniset tutkimukset PARP:n estäjillä syövän eri muodoissa etenevät, on toivottavaa, että käynnistetään toinen kliinisten tutkimusten linja, jonka tarkoituksena on testata PARP:n estäjiä erilaisissa ei-onkologisissa käyttöaiheissa, prosessissa, jota kutsutaan ”terapeuttiseksi uudelleenkäytöksi”.