Domena katalityczna jest odpowiedzialna za polimeryzację poli (ADP-rybozy). Domena ta posiada wysoce konserwowany motyw, który jest wspólny dla wszystkich członków rodziny PARP. Polimer PAR może osiągać długość do 200 nukleotydów przed indukowaniem procesów apoptotycznych. Tworzenie się polimeru PAR jest podobne do tworzenia się polimeru DNA z trifosforanów nukleozydów. Normalna synteza DNA wymaga, aby pirofosforan pełnił rolę grupy opuszczającej, pozostawiając pojedynczą grupę fosforanową łączącą cukry deoksyrybozowe. PAR jest syntetyzowany przy użyciu nikotynamidu (NAM) jako grupy opuszczającej. Pozostawia to pirofosforan jako grupę łączącą pomiędzy cukrami rybozy zamiast pojedynczej grupy fosforanowej. Tworzy to pewną specjalną masę do mostka PAR, która może mieć dodatkową rolę w sygnalizacji komórkowej.

Rola w naprawie nisz DNAEdit

Jedną z ważnych funkcji PARP jest pomoc w naprawie nici jednoniciowego DNA. Wiąże miejsca z pęknięciami pojedynczej nici poprzez swoje N-końcowe palce cynkowe i będzie rekrutować XRCC1, ligazę DNA III, polimerazę DNA beta i kinazę do nici. Jest to tzw. naprawa przez wycięcie zasady (BER). Wykazano, że PARP-2 oligomeryzuje z PARP-1 i dlatego jest również zaangażowany w BER. Wykazano również, że oligomeryzacja stymuluje aktywność katalityczną PARP. PARP-1 jest również znany ze swojej roli w transkrypcji poprzez przebudowę chromatyny poprzez PARylację histonów i rozluźnienie struktury chromatyny, umożliwiając w ten sposób kompleksowi transkrypcyjnemu dostęp do genów.

PARP-1 i PARP-2 są aktywowane przez pęknięcia pojedynczej nici DNA, a myszy pozbawione PARP-1 i PARP-2 mają poważne braki w naprawie DNA i zwiększoną wrażliwość na czynniki alkilujące lub promieniowanie jonizujące.

Aktywność PARP i długość życiaEdit

Aktywność PARP (za którą odpowiada głównie PARP1) mierzona w permeabilizowanych jednojądrzastych leukocytarnych komórkach krwi trzynastu gatunków ssaków (szczur, świnka morska, królik, marmozet, owca, świnia, bydło, szympans świni, koń, osioł, goryl, słoń i człowiek) koreluje z maksymalną długością życia gatunku. Różnica w aktywności pomiędzy najdłużej żyjącym (człowiek) i najkrócej żyjącym (szczur) badanym gatunkiem była 5-krotna. Chociaż kinetyka enzymatyczna (jednocząsteczkowa stała szybkości (kcat), Km i kcat/km) obu enzymów nie różniła się istotnie, stwierdzono, że ludzki PARP-1 ma dwukrotnie wyższą specyficzną zdolność do automodyfikacji niż enzym szczurzy, co zdaniem autorów może częściowo tłumaczyć wyższą aktywność PARP u ludzi niż u szczurów. Linie komórkowe limfoblastoidów utworzone z próbek krwi ludzi, którzy byli stulatkami (100 lat lub więcej) mają znacznie wyższą aktywność PARP niż linie komórkowe od młodszych (20 do 70 lat) osobników, ponownie wskazując na związek między długowiecznością i zdolnością do naprawy.

Te ustalenia sugerują, że PARP-mediowana zdolność do naprawy DNA przyczynia się do długowieczności ssaków. W ten sposób wyniki te wspierają teorię starzenia się na podstawie uszkodzeń DNA, która zakłada, że nienaprawione uszkodzenia DNA są podstawową przyczyną starzenia się i że zdolność do naprawy DNA przyczynia się do długowieczności.

Rola tankirenówEdit

Tankirezy (TNK) są PARP, które składają się z powtórzeń ankyrinowych, domeny oligomeryzacji (SAM) i domeny katalitycznej PARP (PCD). Tankyrazy znane są również jako PARP-5a i PARP-5b. Ich nazwa pochodzi od ich interakcji z białkami TERF1 związanymi z telomerami i powtórzeniami ankirynowymi. Mogą one umożliwiać usuwanie kompleksów hamujących telomerazę z końców chromosomów, co pozwala na utrzymanie telomerów. Poprzez swoją domenę SAM i ANK mogą oligomeryzować i oddziaływać z wieloma innymi białkami, takimi jak TRF1, TAB182 (TNKS1BP1), GRB14, IRAP, NuMa, EBNA-1 i Mcl-1. Pełnią one wiele ról w komórce, np. w handlu pęcherzykowym poprzez interakcję w pęcherzykach GLUT4 z aminopeptydazą reagującą na insulinę (IRAP). Odgrywa również rolę w montażu wrzeciona mitotycznego poprzez interakcję z białkiem jądrowego aparatu mitotycznego 1 (NuMa), umożliwiając w ten sposób niezbędną orientację dwubiegunową. W przypadku braku TNKs obserwuje się zatrzymanie mitozy w preanafazie poprzez punkt kontrolny wrzeciona Mad2. TNK mogą również PARsylować Mcl-1L i Mcl-1S i hamować ich funkcję pro- i antyapoptotyczną; znaczenie tego nie jest jeszcze znane.

Rola w śmierci komórkiEdit

PARP może być aktywowany w komórkach doświadczających stresu i/lub uszkodzenia DNA. Aktywowany PARP może pozbawić komórkę ATP w próbie naprawy uszkodzonego DNA. Zubożenie ATP w komórce prowadzi do lizy i śmierci komórki (nekrozy). PARP ma również zdolność do indukowania programowanej śmierci komórki, poprzez produkcję PAR, który stymuluje mitochondria do uwalniania AIF. Mechanizm ten wydaje się być niezależny od kaspaz. Rozszczepienie PARP, przez enzymy takie jak kaspazy lub katepsyny, zazwyczaj powoduje inaktywację PARP. Rozmiar fragmentów rozszczepienia może dać wgląd w to, który enzym był odpowiedzialny za rozszczepienie i może być przydatny w określeniu, który szlak śmierci komórkowej został aktywowany.

Rola w epigenetycznej modyfikacji DNAEdit

Pośredniczona przez PARP potranslacyjna modyfikacja białek takich jak CTCF może wpływać na ilość metylacji DNA na dinukleotydach CpG (wymaga referencji). To reguluje cechy izolatora CTCF może różnie oznaczać kopię DNA odziedziczoną z matczynego lub ojcowskiego DNA poprzez proces znany jako imprinting genomowy (wymaga korekty). Zaproponowano również, że PARP wpływa na ilość metylacji DNA poprzez bezpośrednie wiązanie się z metylotransferazą DNA DNMT-1 po dołączeniu łańcuchów poli-ADP-rybozy do siebie po interakcji z CTCF i wpływając na aktywność enzymatyczną DNMT1 (wymaga referencji).

Hamowanie terapeutyczneEdit

Zgromadzono znaczną ilość danych przedklinicznych i klinicznych z inhibitorami PARP w różnych formach raka. W tym kontekście istotna jest rola PARP w naprawie przerwania pojedynczej nici DNA, co prowadzi do zmian związanych z replikacją, które nie mogą być naprawione, jeśli naprawa rekombinacji homologicznej (HRR) jest wadliwa, i prowadzi do syntetycznej letalności inhibitorów PARP w raku z defektem HRR. Defekty HRR są klasycznie związane z mutacjami BRCA1 i 2, związanymi z rodzinnym występowaniem raka piersi i jajnika, ale może istnieć wiele innych przyczyn defektów HRR. W związku z tym stosowanie inhibitorów PARP różnego typu (np. olaparib) w rakach piersi i jajnika zmutowanych w BRCA może wykraczać poza te nowotwory, jeśli uda się opracować odpowiednie biomarkery do identyfikacji defektów HRR. Istnieje kilka dodatkowych klas nowych inhibitorów PARP, które znajdują się w różnych stadiach rozwoju klinicznego.

Inne istotne dane odnoszą się do roli PARP w wybranych wskazaniach nieonkologicznych. W wielu ciężkich, ostrych chorobach (takich jak udar mózgu, neurotrauma, wstrząs krążeniowy i ostry zawał mięśnia sercowego) inhibitory PARP przynoszą korzyści terapeutyczne (np. zmniejszenie wielkości zawału lub poprawa czynności narządów). Istnieją również dane obserwacyjne wykazujące aktywację PARP w ludzkich próbkach tkanek. W tych wskazaniach chorobowych nadmierna aktywacja PARP spowodowana stresem oksydacyjnym i nitracyjnym prowadzi do martwicy komórek i ekspresji genów prozapalnych, co przyczynia się do patologii choroby. W miarę postępu badań klinicznych z inhibitorami PARP w różnych postaciach nowotworów, istnieje nadzieja, że rozpocznie się druga linia badań klinicznych, których celem będzie testowanie inhibitorów PARP w różnych wskazaniach nieonkologicznych, w procesie zwanym „repurposingiem terapeutycznym”.

.