A katalitikus domén felelős a poli (ADP-ribóz) polimerizációért. Ez a domén egy erősen konzervált motívummal rendelkezik, amely a PARP család minden tagjánál közös. A PAR polimer akár 200 nukleotid hosszúságot is elérhet, mielőtt apoptotikus folyamatokat indukálna. A PAR-polimer képződése hasonló a DNS-polimer nukleozid-trifoszfátokból történő képződéséhez. A normál DNS-szintézis megköveteli, hogy egy pirofoszfát lépjen fel távozó csoportként, és egyetlen foszfátcsoportot hagyjon a dezoxiribózcukrokat összekapcsolva. A PAR szintéziséhez nikotinamidot (NAM) használnak kilépő csoportként. Ezáltal a ribózcukrok közötti összekötő csoportként egy pirofoszfát marad, nem pedig egyetlen foszfátcsoport. Ez a PAR-hídnak némi különleges ömledékét hozza létre, amelynek további szerepe lehet a sejtek jelátvitelében.

Szerep a DNS-szegek javításábanSzerkesztés

A PARP egyik fontos funkciója az egyszálú DNS-szegek javításának segítése. N-terminális cink-ujjain keresztül kötődik az egyszálú törésekkel rendelkező helyekhez, és az XRCC1-et, a DNS-ligáz III-at, a DNS-polimeráz béta-t és egy kinázt toboroz a bevágáshoz. Ezt nevezzük báziskivágásos javításnak (BER). Kimutatták, hogy a PARP-2 oligomerizálódik a PARP-1-gyel, és ezért szintén részt vesz a BER-ben. Az oligomerizációról azt is kimutatták, hogy serkenti a PARP katalitikus aktivitását. A PARP-1 a transzkripcióban betöltött szerepéről is ismert, a kromatin átalakításán keresztül, a hisztonok PARilálásával és a kromatin szerkezetének lazításával, így lehetővé téve a transzkripciós komplex számára a gének elérését.

A PARP-1 és a PARP-2 a DNS egyszálú törések hatására aktiválódik, és mind a PARP-1, mind a PARP-2 knockout egereknél súlyos hiányosságok mutatkoznak a DNS-javításban, valamint fokozott érzékenységet mutatnak az alkiláló szerekkel vagy az ionizáló sugárzással szemben.

PARP-aktivitás és élettartamSzerkesztés

Tizenhárom emlősfaj (patkány, tengerimalac, nyúl, marmoset, juh, sertés, szarvasmarha, malac csimpánz, ló, szamár, gorilla, elefánt és ember) permeabilizált mononukleáris leukocita vérsejtjeiben mért PARP-aktivitás (amely elsősorban a PARP1-nek köszönhető) korrelál a faj maximális élettartamával. A vizsgált leghosszabb életű (ember) és legrövidebb életű (patkány) faj aktivitása között 5-szörös volt a különbség. Bár a két enzim enzimkinetikája (unimolekuláris sebességi állandó (kcat), Km és kcat/km) nem különbözött jelentősen, az emberi PARP-1-nek kétszer nagyobb specifikus automodifikációs kapacitást találtak, mint a patkány enzimnek, ami a szerzők szerint részben magyarázhatja a patkányokénál magasabb emberi PARP-aktivitást. A százéves (100 éves vagy annál idősebb) emberek vérmintáiból létrehozott limfoblasztoid sejtvonalak szignifikánsan magasabb PARP-aktivitással rendelkeznek, mint a fiatalabb (20-70 éves) egyénekből származó sejtvonalak, ami ismét a hosszú élet és a javító képesség közötti kapcsolatra utal.

Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a PARP által közvetített DNS-javító képesség hozzájárul az emlősök hosszú életéhez. Így ezek az eredmények alátámasztják az öregedés DNS-károsodás elméletét, amely feltételezi, hogy a nem javított DNS-károsodás az öregedés mögöttes oka, és hogy a DNS-javító képesség hozzájárul a hosszú élethez.

A tankirázok szerepeSzerkesztés

A tankirázok (TNK-k) olyan PARP-k, amelyek ankyrin ismétlődésekből, egy oligomerizációs doménből (SAM) és egy PARP-katalitikus doménből (PCD) állnak. A tankirázok PARP-5a és PARP-5b néven is ismertek. Nevüket a telomér-asszociált TERF1 fehérjékkel és ankyrin ismétlődésekkel való kölcsönhatásukról kapták. Lehetővé tehetik a telomeráz-gátló komplexek eltávolítását a kromoszómavégekről, hogy lehetővé tegyék a telomer fenntartását. SAM-doménjük és ANK-ik révén oligomerizálódhatnak és kölcsönhatásba léphetnek számos más fehérjével, például a TRF1, TAB182 (TNKS1BP1), GRB14, IRAP, NuMa, EBNA-1 és Mcl-1 fehérjékkel. Többféle szerepük van a sejtben, mint például a vezikuláris kereskedelem a GLUT4 vezikulákban az inzulin-rezponzív aminopeptidázzal (IRAP) való kölcsönhatása révén. A mitotikus orsó összeszerelésében is szerepet játszik a nukleáris mitotikus apparátus fehérjével 1 (NuMa) való kölcsönhatásán keresztül, így lehetővé teszi a szükséges bipoláris orientációt. A TNK-k hiányában mitózismegállás figyelhető meg a pre-anafázisban a Mad2 orsó ellenőrzőponton keresztül. A TNK-k képesek az Mcl-1L és Mcl-1S PAR-szilálására is, és gátolják mind pro-, mind anti-apoptotikus funkciójukat; ennek relevanciája még nem ismert.

Szerep a sejthalálbanSzerkesztés

A PARP aktiválódhat stressz és/vagy DNS-károsodásnak kitett sejtekben. Az aktivált PARP elszívhatja a sejt ATP-jét a károsodott DNS javítására tett kísérlet során. Az ATP kimerülése a sejtben lízishez és sejthalálhoz (nekrózis) vezet. A PARP képes a programozott sejthalált is előidézni a PAR termelésén keresztül, amely a mitokondriumokat az AIF felszabadítására serkenti. Úgy tűnik, hogy ez a mechanizmus kaszpáz-független. A PARP hasítása olyan enzimek, mint a kaszpázok vagy kathepszinek által, jellemzően inaktiválja a PARP-t. A hasadási fragmentumok mérete betekintést adhat abba, hogy melyik enzim volt felelős a hasításért, és hasznos lehet annak meghatározásában, hogy melyik sejthalál útvonal aktiválódott.

Szerep az epigenetikus DNS-módosításbanSzerkesztés

A PARP által közvetített poszttranszlációs módosítás a fehérjék, például a CTCF esetében befolyásolhatja a DNS-metiláció mennyiségét a CpG-dinukleotidoknál (hivatkozást igényel). Ez szabályozza a CTCF szigetelő tulajdonságait differenciáltan jelölheti az anyai vagy az apai DNS-ről örökölt DNS-kópiát a genomi imprinting néven ismert folyamat révén (korrektúrázásra szorul). Azt is javasolták, hogy a PARP befolyásolja a DNS-metiláció mennyiségét azáltal, hogy közvetlenül kötődik a DNS-metiltranszferáz DNMT-1-hez, miután a CTCF-fel való kölcsönhatás után poli ADP-ribóz láncokat csatol magához, és befolyásolja a DNMT1 enzimatikus aktivitását (hivatkozást igényel).

Terápiás gátlásSzerkesztés

A PARP-gátlókkal kapcsolatban a rák különböző formáiban jelentős mennyiségű preklinikai és klinikai adat halmozódott fel. Ebben az összefüggésben releváns a PARP szerepe az egyszálú DNS-törések javításában, ami a replikációhoz kapcsolódó olyan elváltozásokhoz vezet, amelyek nem javíthatók, ha a homológ rekombinációs javítás (HRR) hibás, és ami a PARP-gátlók szintetikus letalitásához vezet a HRR-defektív rákban. A HRR-hibák klasszikusan a familiáris emlő- és petefészekrákhoz társuló BRCA1 és 2 mutációkhoz kapcsolódnak, de a HRR-hibáknak számos más oka is lehet. Így a különböző típusú PARP-gátlók (pl. olaparib) alkalmazása a BRCA-mutáns emlő- és petefészekrákok esetében túlmutathat ezeken a tumorokon, ha megfelelő biomarkereket lehet kifejleszteni a HRR-hibák azonosítására. Az új PARP-gátlóknak számos további osztálya van, amelyek a klinikai fejlesztés különböző szakaszaiban vannak.

A másik jelentős adathalmaz a PARP szerepére vonatkozik a kiválasztott nem onkológiai indikációkban. Számos súlyos, akut betegségben (pl. stroke, neurotrauma, keringési sokk és akut szívinfarktus) a PARP-gátlók terápiás előnyöket (pl. az infarktus méretének csökkentése vagy a szervfunkció javulása) fejtenek ki. Vannak olyan megfigyelési adatok is, amelyek a PARP aktiválódását mutatják emberi szövetmintákban. Ezekben a betegségekben az oxidatív és nitratív stressz következtében fellépő PARP-túlaktiváció a sejtek nekrózisát és pro-inflammatorikus génexpressziót idézi elő, ami hozzájárul a betegség patológiájához. A PARP-gátlókkal a rák különböző formáiban végzett klinikai vizsgálatok előrehaladtával remélhetőleg elindul a klinikai vizsgálatok második sora, amely a PARP-gátlók különböző nem onkológiai indikációkban történő tesztelésére irányul, egy “terápiás repurposing”-nak nevezett folyamat keretében.