Het katalytische domein is verantwoordelijk voor poly (ADP-ribose) polymerisatie. Dit domein heeft een sterk geconserveerd motief dat alle leden van de PARP-familie gemeen hebben. PAR-polymeren kunnen lengtes tot 200 nucleotiden bereiken alvorens apoptotische processen te induceren. De vorming van PAR-polymeer is vergelijkbaar met de vorming van DNA-polymeer uit nucleosidetrifosfaten. Normale DNA-synthese vereist dat een pyrofosfaat optreedt als de vertrekkende groep, waarbij een enkele fosfaatgroep overblijft die de desoxyribose suikers verbindt. PAR wordt gesynthetiseerd met nicotinamide (NAM) als de vertrekkende groep. Hierdoor blijft er een pyrofosfaat over als verbindingsgroep tussen ribose-suikers in plaats van afzonderlijke fosfaatgroepen. Dit creëert een speciale bulk aan een PAR-brug, die een extra rol in celsignalering kan hebben.

Rol bij het repareren van DNA-nicksEdit

Een belangrijke functie van PARP is het helpen bij het repareren van single-strand DNA-nicks. Het bindt plaatsen met enkelstrengsbreuken door zijn N-terminale zinkvingers en zal XRCC1, DNA ligase III, DNA polymerase beta, en een kinase naar de inkeping rekruteren. Dit wordt base excision repair (BER) genoemd. Er is aangetoond dat PARP-2 oligomeriseert met PARP-1 en daarom ook betrokken is bij BER. Er is ook aangetoond dat de oligomerisatie de katalytische activiteit van PARP stimuleert. PARP-1 staat ook bekend om zijn rol in transcriptie door remodellering van chromatine door PARylering van histonen en versoepeling van de chromatinestructuur, waardoor transcriptiecomplexen toegang krijgen tot genen.

PARP-1 en PARP-2 worden geactiveerd door DNA-enkelstrengbreuken, en zowel PARP-1- als PARP-2-knockoutmuizen vertonen ernstige tekortkomingen in DNA-herstel, en een verhoogde gevoeligheid voor alkylerende agentia of ioniserende straling.

PARP-activiteit en levensduurEdit

PARP-activiteit (die voornamelijk toe te schrijven is aan PARP1) gemeten in de gepermeabiliseerde mononucleaire leukocytenbloedcellen van dertien zoogdiersoorten (rat, cavia, konijn, penseelaap, schaap, varken, rund, dwergchimpansee, paard, ezel, gorilla, olifant en mens) correleert met de maximale levensduur van de soort. Het verschil in activiteit tussen de langstlevende (mens) en de kortstlevende (rat) geteste soort was 5-voudig. Hoewel de enzymkinetiek (unimoleculaire snelheidsconstante (kcat), Km en kcat/km) van de twee enzymen niet significant verschilde, bleek het menselijke PARP-1 een twee maal hogere specifieke automodificatiecapaciteit te hebben dan het rattenenzym, hetgeen volgens de auteurs gedeeltelijk de hogere PARP-activiteit bij mensen dan bij ratten zou kunnen verklaren. Lymfoblastoïde cellijnen die zijn gemaakt van bloedmonsters van mensen die honderdjarigen waren (100 jaar of ouder) hebben een significant hogere PARP-activiteit dan cellijnen van jongere (20 tot 70 jaar) individuen, wat opnieuw wijst op een verband tussen levensduur en herstelvermogen.

Deze bevindingen suggereren dat PARP-gemedieerd DNA-herstelvermogen bijdraagt aan de levensduur van zoogdieren. Deze bevindingen ondersteunen dus de DNA-schadetheorie van veroudering, die veronderstelt dat ongerepareerde DNA-schade de onderliggende oorzaak van veroudering is, en dat DNA-reparatievermogen bijdraagt aan een lange levensduur.

Rol van tankyrasesEdit

De tankyrases (TNK’s) zijn PARP’s die bestaan uit ankyrin herhalingen, een oligomerisatiedomein (SAM), en een PARP-katalytisch domein (PCD). Tankyrases zijn ook bekend onder de namen PARP-5a en PARP-5b. Zij werden zo genoemd vanwege hun interactie met de telomeer-geassocieerde TERF1-eiwitten en ankyrine herhalingen. Zij kunnen de verwijdering mogelijk maken van telomerase-remmende complexen van chromosoomuiteinden om telomeerbehoud mogelijk te maken. Door hun SAM-domein en ANK’s kunnen zij oligomeriseren en interageren met vele andere eiwitten, zoals TRF1, TAB182 (TNKS1BP1), GRB14, IRAP, NuMa, EBNA-1, en Mcl-1. Zij spelen meerdere rollen in de cel, zoals vesiculaire trafiek door zijn interactie in GLUT4-blaasjes met insulineresponsief aminopeptidase (IRAP). Het speelt ook een rol bij de assemblage van de mitotische spindel door zijn interactie met nucleair mitotisch apparatoreiwit 1 (NuMa), waardoor de noodzakelijke bipolaire oriëntatie mogelijk wordt. Bij afwezigheid van TNK’s wordt mitose-arrest waargenomen in de pre-anafase via het Mad2 spindelcontrolepunt. TNK’s kunnen ook Mcl-1L en Mcl-1S PARsyleren en zowel hun pro- als anti-apoptotische functie remmen; de relevantie hiervan is nog niet bekend.

Rol bij celdoodEdit

PARP kan worden geactiveerd in cellen die stress en/of DNA-schade ondervinden. Geactiveerd PARP kan de cel van ATP beroven in een poging het beschadigde DNA te repareren. ATP-depletie in een cel leidt tot lysis en celdood (necrose). PARP heeft ook het vermogen geprogrammeerde celdood te induceren, via de productie van PAR, dat de mitochondriën stimuleert AIF vrij te geven. Dit mechanisme blijkt caspase-onafhankelijk te zijn. Splitsing van PARP door enzymen zoals caspases of cathepsines inactiveert PARP. De grootte van de splitsingsfragmenten kan inzicht geven in welk enzym verantwoordelijk was voor de splitsing en kan nuttig zijn om te bepalen welke celdoodroute is geactiveerd.

Rol in epigenetische DNA-modificatieEdit

PARP-gemedieerde post-translationele modificatie van eiwitten zoals CTCF kan van invloed zijn op de hoeveelheid DNA-methylering op CpG-dinucleotiden (referenties nodig). Dit reguleert de insulatoreigenschappen van CTCF kan de kopie van het DNA dat wordt geërfd van het maternale of het paternale DNA verschillend markeren via het proces dat bekend staat als genomische imprinting (behoeft herlezing). Van PARP is ook voorgesteld dat het de hoeveelheid DNA-methylering beïnvloedt door direct te binden aan het DNA-methyltransferase DNMT-1 nadat het poly ADP-riboseketens aan zichzelf heeft gehecht na interactie met CTCF en de enzymatische activiteit van DNMT1 beïnvloedt (referenties nodig).

Therapeutische remmingEdit

Er is een aanzienlijke hoeveelheid preklinische en klinische gegevens verzameld met PARP-remmers bij diverse vormen van kanker. In deze context is de rol van PARP bij het herstel van enkelstrengs DNA-breuken relevant, wat leidt tot replicatiegeassocieerde laesies die niet kunnen worden hersteld als homoloog recombinatieherstel (HRR) defect is, en wat leidt tot de synthetische letaliteit van PARP-remmers bij HRR-defecte kanker. HRR-defecten worden klassiek geassocieerd met BRCA1- en 2-mutaties die in verband worden gebracht met familiaire borst- en eierstokkanker, maar er kunnen vele andere oorzaken van HRR-defecten zijn. Daarom kunnen PARP-remmers van verschillende types (b.v. olaparib) voor BRCA-muterende borst- en eierstokkanker ook buiten deze tumoren worden toegepast, indien geschikte biomarkers kunnen worden ontwikkeld om HRR-defecten te identificeren. Er zijn verschillende aanvullende klassen van nieuwe PARP-remmers die zich in verschillende stadia van klinische ontwikkeling bevinden.

Een ander substantieel corpus van gegevens heeft betrekking op de rol van PARP bij geselecteerde niet-oncologische indicaties. Bij een aantal ernstige, acute ziekten (zoals beroerte, neurotrauma, circulatoire shock en acuut myocardinfarct) leveren PARP-remmers therapeutisch voordeel op (b.v. vermindering van de infarctgrootte of verbetering van de orgaanfunctie). Er zijn ook observationele gegevens die PARP-activering aantonen in menselijke weefselmonsters. Bij deze ziekte-indicaties leidt PARP-overactivering ten gevolge van oxidatieve en nitratieve stress tot celnecrose en pro-inflammatoire genexpressie, wat bijdraagt tot de pathologie van de ziekte. Naarmate de klinische proeven met PARP-remmers bij diverse vormen van kanker vorderen, wordt gehoopt dat een tweede lijn van klinische onderzoeken, gericht op het testen van PARP-remmers voor diverse niet-oncologische indicaties, zal worden gestart, in een proces dat “therapeutic repurposing” wordt genoemd.