Die katalytische Domäne ist für die Poly (ADP-Ribose)-Polymerisation verantwortlich. Diese Domäne hat ein hoch konserviertes Motiv, das allen Mitgliedern der PARP-Familie gemeinsam ist. Das PAR-Polymer kann eine Länge von bis zu 200 Nukleotiden erreichen, bevor es apoptotische Prozesse auslöst. Die Bildung von PAR-Polymer ähnelt der Bildung von DNA-Polymer aus Nukleosidtriphosphaten. Bei der normalen DNA-Synthese muss ein Pyrophosphat als Abgangsgruppe fungieren, so dass eine einzelne Phosphatgruppe übrig bleibt, die Desoxyribosezucker verbindet. Bei der Synthese von PAR wird Nikotinamid (NAM) als Abgangsgruppe verwendet. Dadurch verbleibt ein Pyrophosphat als Verbindungsgruppe zwischen den Ribosezuckern und nicht eine einzelne Phosphatgruppe. Dies verleiht einer PAR-Brücke eine besondere Masse, die möglicherweise eine zusätzliche Rolle bei der Zellsignalisierung spielt.

Rolle bei der Reparatur von DNA-EinschnittenEdit

Eine wichtige Funktion von PARP ist die Unterstützung bei der Reparatur von Einzelstrang-DNA-Einschnitten. Es bindet mit seinen N-terminalen Zinkfingern an Stellen mit Einzelstrangbrüchen und rekrutiert XRCC1, DNA-Ligase III, DNA-Polymerase beta und eine Kinase an den Einschnitt. Dieser Vorgang wird als Basenexzisionsreparatur (BER) bezeichnet. Es hat sich gezeigt, dass PARP-2 mit PARP-1 oligomerisiert und daher ebenfalls an der BER beteiligt ist. Die Oligomerisierung stimuliert nachweislich auch die katalytische Aktivität von PARP. PARP-1 ist auch bekannt für seine Rolle bei der Transkription durch Umbau des Chromatins durch PARylierung von Histonen und Lockerung der Chromatinstruktur, wodurch der Transkriptionskomplex Zugang zu den Genen erhält.

PARP-1 und PARP-2 werden durch DNA-Einzelstrangbrüche aktiviert, und sowohl PARP-1- als auch PARP-2-Knockout-Mäuse weisen schwere Defizite bei der DNA-Reparatur und eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Alkylierungsmitteln oder ionisierender Strahlung auf.

PARP-Aktivität und LebensdauerEdit

Die PARP-Aktivität (die hauptsächlich auf PARP1 zurückzuführen ist), die in den permeabilisierten mononukleären Leukozyten-Blutzellen von dreizehn Säugetierarten (Ratte, Meerschweinchen, Kaninchen, Marmosette, Schaf, Schwein, Rind, Schimpanse, Pferd, Esel, Gorilla, Elefant und Mensch) gemessen wurde, korreliert mit der maximalen Lebensdauer der jeweiligen Art. Der Aktivitätsunterschied zwischen der am längsten lebenden (Mensch) und der am kürzesten lebenden (Ratte) untersuchten Spezies betrug das Fünffache. Obwohl die Enzymkinetik (unimolekulare Geschwindigkeitskonstante (kcat), Km und kcat/km) der beiden Enzyme keine signifikanten Unterschiede aufwies, wurde festgestellt, dass menschliches PARP-1 eine zweifach höhere spezifische Automodifikationskapazität als das Rattenenzym aufweist, was nach Ansicht der Autoren zum Teil für die höhere PARP-Aktivität beim Menschen im Vergleich zur Ratte verantwortlich sein könnte. Lymphoblastoide Zelllinien, die aus Blutproben von Hundertjährigen (100 Jahre oder älter) hergestellt wurden, weisen eine signifikant höhere PARP-Aktivität auf als Zelllinien von jüngeren Menschen (20 bis 70 Jahre alt), was wiederum auf einen Zusammenhang zwischen Langlebigkeit und Reparaturfähigkeit hindeutet.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass die PARP-vermittelte DNA-Reparaturfähigkeit zur Langlebigkeit von Säugetieren beiträgt. Somit unterstützen diese Ergebnisse die DNA-Schadenstheorie des Alterns, die davon ausgeht, dass nicht reparierte DNA-Schäden die eigentliche Ursache des Alterns sind und dass die DNA-Reparaturfähigkeit zur Langlebigkeit beiträgt.

Rolle der TankyrasenBearbeiten

Die Tankyrasen (TNKs) sind PARPs, die aus Ankyrin-Wiederholungen, einer Oligomerisierungsdomäne (SAM) und einer katalytischen PARP-Domäne (PCD) bestehen. Tankyrasen sind auch unter den Bezeichnungen PARP-5a und PARP-5b bekannt. Sie wurden nach ihrer Interaktion mit den Telomer-assoziierten TERF1-Proteinen und Ankyrin-Repeats benannt. Sie können die Entfernung von Telomerase-hemmenden Komplexen von den Chromosomenenden ermöglichen, um die Aufrechterhaltung des Telomers zu gewährleisten. Über ihre SAM-Domäne und ANKs können sie oligomerisieren und mit vielen anderen Proteinen interagieren, wie TRF1, TAB182 (TNKS1BP1), GRB14, IRAP, NuMa, EBNA-1 und Mcl-1. Sie haben mehrere Funktionen in der Zelle, wie z. B. den vesikulären Transport durch ihre Interaktion in GLUT4-Vesikeln mit der Insulin-responsiven Aminopeptidase (IRAP). Durch ihre Wechselwirkung mit dem Protein 1 des mitotischen Kernapparats (NuMa) spielen sie auch eine Rolle beim Aufbau der mitotischen Spindel und ermöglichen so die notwendige bipolare Ausrichtung. In Abwesenheit von TNKs wird die Mitose in der Präanaphase durch den Mad2-Spindelkontrollpunkt gestoppt. TNKs können auch Mcl-1L und Mcl-1S PARsylieren und sowohl deren pro- als auch anti-apoptotische Funktion hemmen; die Bedeutung dieser Funktion ist noch nicht bekannt.

Rolle beim ZelltodEdit

PARP kann in Zellen, die Stress und/oder DNA-Schäden ausgesetzt sind, aktiviert werden. Aktiviertes PARP kann der Zelle ATP entziehen, um die beschädigte DNA zu reparieren. Der ATP-Entzug in einer Zelle führt zu Lyse und Zelltod (Nekrose). PARP kann auch den programmierten Zelltod einleiten, indem es PAR produziert, das die Mitochondrien zur Freisetzung von AIF anregt. Dieser Mechanismus scheint Caspase-unabhängig zu sein. Die Spaltung von PARP durch Enzyme wie Caspasen oder Cathepsine führt in der Regel zur Inaktivierung von PARP. Die Größe der Spaltfragmente kann Aufschluss darüber geben, welches Enzym für die Spaltung verantwortlich war, und kann nützlich sein, um festzustellen, welcher Zelltod-Weg aktiviert wurde.

Rolle bei der epigenetischen DNA-ModifikationBearbeiten

Die durch PARP vermittelte posttranslationale Modifikation von Proteinen wie CTCF kann die Menge der DNA-Methylierung an CpG-Dinukleotiden beeinflussen (Verweise erforderlich). Dies reguliert die Isolatoreigenschaften von CTCF und kann die DNA-Kopie, die entweder von der mütterlichen oder der väterlichen DNA geerbt wurde, durch den als genomische Prägung bekannten Prozess unterschiedlich markieren (muss überprüft werden). Es wurde auch vorgeschlagen, dass PARP das Ausmaß der DNA-Methylierung beeinflusst, indem es direkt an die DNA-Methyltransferase DNMT-1 bindet, nachdem es nach der Interaktion mit CTCF Poly-ADP-Ribose-Ketten an sich selbst angehängt und die enzymatische Aktivität von DNMT1 beeinträchtigt hat (muss nachgelesen werden).

Therapeutische HemmungEdit

Eine beträchtliche Menge an präklinischen und klinischen Daten hat sich mit PARP-Inhibitoren bei verschiedenen Formen von Krebs angesammelt. In diesem Zusammenhang ist die Rolle von PARP bei der Reparatur von Einzelstrang-DNA-Brüchen von Bedeutung, die zu replikationsassoziierten Läsionen führen, die nicht repariert werden können, wenn die homologe Rekombinationsreparatur (HRR) defekt ist, was zur synthetischen Letalität von PARP-Inhibitoren bei HRR-defizientem Krebs führt. HRR-Defekte werden klassischerweise mit BRCA1- und BRCA2-Mutationen in Verbindung gebracht, die mit familiärem Brust- und Eierstockkrebs assoziiert sind, aber es kann viele andere Ursachen für HRR-Defekte geben. Daher können PARP-Inhibitoren verschiedener Typen (z. B. Olaparib) für BRCA-mutierten Brust- und Eierstockkrebs auch über diese Tumoren hinaus eingesetzt werden, wenn geeignete Biomarker zur Identifizierung von HRR-Defekten entwickelt werden können. Es gibt mehrere weitere Klassen neuartiger PARP-Inhibitoren, die sich in verschiedenen Stadien der klinischen Entwicklung befinden.

Ein weiterer wesentlicher Teil der Daten bezieht sich auf die Rolle von PARP bei ausgewählten nicht-onkologischen Indikationen. Bei einer Reihe von schweren, akuten Erkrankungen (wie Schlaganfall, Neurotrauma, Kreislaufschock und akutem Herzinfarkt) haben PARP-Inhibitoren einen therapeutischen Nutzen (z. B. Verringerung der Infarktgröße oder Verbesserung der Organfunktion). Es gibt auch Beobachtungsdaten, die eine PARP-Aktivierung in menschlichen Gewebeproben belegen. Bei diesen Krankheitsbildern führt die Überaktivierung von PARP aufgrund von oxidativem und nitrativem Stress zur Zellnekrose und zur Expression von entzündungsfördernden Genen, was zur Pathologie der Krankheit beiträgt. Mit dem Fortschreiten der klinischen Versuche mit PARP-Inhibitoren bei verschiedenen Krebsarten besteht die Hoffnung, dass eine zweite Reihe klinischer Untersuchungen eingeleitet wird, die darauf abzielt, PARP-Inhibitoren für verschiedene nicht-onkologische Indikationen zu testen, und zwar in einem Prozess, der als „therapeutisches Repurposing“ bezeichnet wird.