Il dominio catalitico è responsabile della polimerizzazione del Poly (ADP-ribosio). Questo dominio ha un motivo altamente conservato che è comune a tutti i membri della famiglia PARP. Il polimero PAR può raggiungere lunghezze fino a 200 nucleotidi prima di indurre processi apoptotici. La formazione del polimero PAR è simile alla formazione del polimero del DNA dai trifosfati nucleosidici. La normale sintesi del DNA richiede che un pirofosfato agisca come gruppo di partenza, lasciando un singolo gruppo fosfato che collega gli zuccheri deossiribosi. Il PAR è sintetizzato usando la nicotinamide (NAM) come gruppo di partenza. Questo lascia un pirofosfato come gruppo di collegamento tra gli zuccheri ribosio piuttosto che singoli gruppi fosfato. Questo crea una certa massa speciale ad un ponte PAR, che può avere un ruolo aggiuntivo nella segnalazione cellulare.

Ruolo nella riparazione delle tacche del DNAModifica

Una funzione importante di PARP è l’assistenza nella riparazione delle tacche del DNA a singolo filamento. Si lega a siti con rotture a singolo filamento attraverso le sue dita di zinco N-terminali e recluta XRCC1, DNA ligasi III, DNA polimerasi beta e una chinasi al nick. Questo è chiamato riparazione per escissione di base (BER). È stato dimostrato che PARP-2 si oligomerizza con PARP-1 e, quindi, è anche implicato nel BER. L’oligomerizzazione ha anche dimostrato di stimolare l’attività catalitica di PARP. PARP-1 è anche noto per il suo ruolo nella trascrizione attraverso il rimodellamento della cromatina attraverso la PARilazione degli istoni e il rilassamento della struttura della cromatina, permettendo così al complesso di trascrizione di accedere ai geni.

PARP-1 e PARP-2 sono attivati da rotture del singolo filamento di DNA, e sia PARP-1 che PARP-2 topi knockout hanno gravi carenze nella riparazione del DNA, e una maggiore sensibilità agli agenti alchilanti o alle radiazioni ionizzanti.

L’attività di PARP e la durata della vitaModifica

L’attività di PARP (che è principalmente dovuta a PARP1) misurata nelle cellule sanguigne leucocitarie mononucleate permeabilizzate di tredici specie di mammiferi (ratto, cavia, coniglio, uistitì, pecora, maiale, bovino, scimpanzé pigmeo, cavallo, asino, gorilla, elefante e uomo) è correlata alla durata massima della vita della specie. La differenza di attività tra la specie più longeva (uomo) e quella più longeva (ratto) testata era di 5 volte. Sebbene la cinetica dell’enzima (costante di tasso unimolecolare (kcat), Km e kcat/km) dei due enzimi non fosse significativamente diversa, la PARP-1 umana è risultata avere una capacità di automodificazione specifica due volte superiore a quella dell’enzima del ratto, il che, secondo gli autori, potrebbe spiegare in parte la maggiore attività della PARP negli uomini rispetto ai ratti. Le linee cellulari linfoblastoidi stabilite da campioni di sangue di esseri umani che erano centenari (100 anni o più) hanno un’attività PARP significativamente più alta rispetto alle linee cellulari di individui più giovani (da 20 a 70 anni), indicando ancora una volta un legame tra longevità e capacità di riparazione.

Questi risultati suggeriscono che la capacità di riparazione del DNA mediata da PARP contribuisce alla longevità dei mammiferi. Quindi, questi risultati supportano la teoria del danno al DNA dell’invecchiamento, che presuppone che il danno al DNA non riparato sia la causa di fondo dell’invecchiamento, e che la capacità di riparazione del DNA contribuisca alla longevità.

Ruolo delle tankyrasesEdit

Le tankyrases (TNKs) sono PARP che comprendono ripetizioni anchiniche, un dominio di oligomerizzazione (SAM), e un dominio catalitico PARP (PCD). Le Tankyrases sono anche conosciute come PARP-5a e PARP-5b. Sono state chiamate così per la loro interazione con le proteine TERF1 associate ai telomeri e le ripetizioni di anchirina. Possono permettere la rimozione dei complessi inibitori della telomerasi dalle estremità dei cromosomi per consentire il mantenimento dei telomeri. Attraverso il loro dominio SAM e le ANK, possono oligomerizzare e interagire con molte altre proteine, come TRF1, TAB182 (TNKS1BP1), GRB14, IRAP, NuMa, EBNA-1 e Mcl-1. Hanno molteplici ruoli nella cellula, come il traffico vescicolare attraverso la sua interazione nelle vescicole GLUT4 con l’aminopeptidasi insulino-responsiva (IRAP). Ha anche un ruolo nell’assemblaggio del fuso mitotico attraverso la sua interazione con la proteina 1 dell’apparato mitotico nucleare (NuMa), permettendo così il necessario orientamento bipolare. In assenza di TNKs, si osserva un arresto della mitosi in pre-anafase attraverso il checkpoint del fuso Mad2. TNKs può anche PARsilare Mcl-1L e Mcl-1S e inibire sia la loro funzione pro- che anti-apoptotica; la rilevanza di questo non è ancora nota.

Ruolo nella morte cellulareModifica

PARP può essere attivato in cellule che subiscono stress e/o danni al DNA. La PARP attivata può esaurire la cellula di ATP nel tentativo di riparare il DNA danneggiato. L’esaurimento dell’ATP in una cellula porta alla lisi e alla morte cellulare (necrosi). PARP ha anche la capacità di indurre la morte cellulare programmata, attraverso la produzione di PAR, che stimola i mitocondri a rilasciare AIF. Questo meccanismo sembra essere indipendente dalla caspasi. La scissione di PARP, da parte di enzimi come le caspasi o le catepsine, in genere inattiva PARP. La dimensione dei frammenti di scissione può dare un’idea di quale enzima era responsabile della scissione e può essere utile nel determinare quale via di morte cellulare è stata attivata.

Ruolo nella modificazione epigenetica del DNAModifica

La modificazione post-traslazionale mediata da PARP di proteine come CTCF può influenzare la quantità di metilazione del DNA a dinucleotidi CpG (riferimenti necessari). Questo regola le caratteristiche isolanti di CTCF può marcare in modo differenziato la copia di DNA ereditata dal DNA materno o paterno attraverso il processo noto come imprinting genomico (necessita di referenze). È stato anche proposto che PARP influenzi la quantità di metilazione del DNA legandosi direttamente alla DNA metiltransferasi DNMT-1 dopo aver attaccato catene di poli ADP-ribosio a se stessa dopo l’interazione con CTCF e influenzando l’attività enzimatica di DNMT1 (necessita di riferimenti).

Inibizione terapeuticaModifica

Un corpo sostanziale di dati preclinici e clinici si è accumulato con inibitori PARP in varie forme di cancro. In questo contesto, il ruolo di PARP nella riparazione della rottura del singolo filamento di DNA è rilevante, portando a lesioni associate alla replicazione che non possono essere riparate se la riparazione della ricombinazione omologa (HRR) è difettosa, e portando alla letalità sintetica degli inibitori di PARP nel cancro HRR-defettoso. I difetti HRR sono classicamente associati alle mutazioni BRCA1 e 2 associate al cancro familiare al seno e alle ovaie, ma ci possono essere molte altre cause di difetti HRR. Così, gli inibitori PARP di vari tipi (ad esempio olaparib) per i tumori mammari e ovarici mutanti BRCA possono estendersi oltre questi tumori se possono essere sviluppati biomarcatori appropriati per identificare i difetti HRR. Ci sono diverse classi aggiuntive di nuovi inibitori PARP che sono in varie fasi di sviluppo clinico.

Un altro corpo sostanziale di dati riguarda il ruolo di PARP in indicazioni selezionate non oncologiche. In una serie di gravi malattie acute (come l’ictus, il neurotrauma, lo shock circolatorio e l’infarto miocardico acuto), gli inibitori di PARP esercitano un beneficio terapeutico (ad esempio la riduzione delle dimensioni dell’infarto o il miglioramento della funzione dell’organo). Ci sono anche dati osservazionali che dimostrano l’attivazione di PARP in campioni di tessuto umano. In queste indicazioni di malattia, l’iperattivazione di PARP dovuta allo stress ossidativo e nitrativo guida la necrosi cellulare e l’espressione genica pro-infiammatoria, che contribuisce alla patologia della malattia. Con il progredire degli studi clinici con gli inibitori di PARP in varie forme di cancro, si spera che venga avviata una seconda linea di indagini cliniche, volta a testare gli inibitori di PARP per varie indicazioni non oncologiche, in un processo chiamato “repurposing terapeutico”.