Защитники генома. Роль PARP в репарации

Важную роль в регуляции репарации ДНК играют белки семейства PARP – полимеразы поли-АДФ-рибозы. Эти белки, ассоциированные с хроматином способны к модификации многих белков путем их поли-АДФ-рибозилировния. Во время этого процесса PARP использует энергию НАД+ для катализа образования длинных негативно заряженных нитей поли-АДФ-рибозы, линейной или ветвистой структуры, длиной в 200–400 миномеров. Разложение этого полимера происходит под воздействием специальной гликогидролазы (PARG), и приводит к образованию моно-АДФ-рибозилированного белка и моно-АДФ-рибозы. К настоящему времени описаны 6 различных PARP, содержащих консервативный каталитический домен, ответственный за синтез поли-АДФ-рибозы. PARP-1 играет большую роль в репарации ДНК, а роль PARP-2, v PARP, танкиразы 1 и 2, а также Ti PARP досих пор полностью не определена. Кроме участия в регуляции процессов репарации, PARP-1 вносит вклад и в долгожительство млекопитающих. Считается, что она принимает участие в переключении клеточных программ между апоптозом и некрозом. PARP-1 имеет молекулярный вес 113 кД и состоит из трех различных доменов – N-концевой ДНК-связывающий домен с двумя цинковыми пальцами, С-концевой домен, которй содержит каталитическую субъединицу для связывания НАД+, и центральный домен, работающий как акцепторный сайт для поли-АДФ-рибозы. При появлении повреждений ДНК, вызванных ионизирующей радиацией или алкилирующими агентами, PARP-1 специфически связывается с однонитевыми разрывами ДНК, что и приводит к ее авто-поли-АДФ-рибозилировнию и нековалентному взаимодействию с другими белками. PARP-1 и, вероятно, PARP-2 могут быть вовлечены в репарацию ДНК тремя путями, которые изображены на рис. 34 и перечислены ниже:

1. Измененная PARP-1 способна напрямую взаимодействовать с XRCC1 и polβ, играющими ключевую роль в BER. PARP-2 также может связываться с этими белками и лигазой III. При стимуляции in vitro PARP-1 связывается также с нуклеазой FEN-1 и участвует в изменении репарационного синтеза при BER длинными фрагментами. Клетки мышей, дефектных по гену PARP-1 характеризуются повышенной чувствительностью к алкилирующим агентам (например, метил-метан-сульфонату – MMS), сниженным уровнем воссоединения разрывов ДНК и повышенным апоптозом.

2. PARP-1 принимает участие в ремоделировании хроматина под действием повреждений ДНК. Было показано, что автоизмененная PARP-1 взаимодействует с 20S протеасомой через длинный полимер АДФ-рибозы, что повышает протеолитическую активность 20S-протеосомы и активирует ее способность деградировать поврежденные окисленные гистоны, причем самый высокий уровень деградации характерен для гистона Н1 (поврежденный Н1 полностью убирается из хроматина за 30 минут). Деградация гистонов ведет к структурному ремоделированию хроматина, позволяя ферментам, вовлеченным в репарацию ДНК, достичь сайта повреждения.

3. У целого ряда белков, вовлеченных в репарацию ДНК и чекпойнт-ответ на повреждения ДНК, обнаружен специфический мотив для связывания с поли-АДФ-рибозой. Это Р53, Р21, ХРА, MSH6, XRCC1, лигаза III, DNA-PKcs, Ku70, NF-kB, Polε, индуцибельная NO2-синтетаза, активируемая каспазами ДНКаза, теломераза. Полирибозилируя этот мотив, PARP-1 потенциально может влиять на различные функции этих белков, такие как регуляция транскрипции, репарации ДНК, клеточного цикла и апоптоза.

Рисунок 34. Вовлечение в репарацию белков РARP. Пояснения в тексте

Таким образом, роль белков PARP шире, чем просто защита ДНК млекопитающих от рекомбинвации по повторам, о которой мы говорили раньше.