Сотрудники Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск) установили, что фермент PARP2 точнее своего «старшего брата» PARP1 сигнализирует о разрывах в ДНК.

Полученные данные позволяют лучше понять, как восстанавливается ДНК после повреждений, и будут полезны при разработке препаратов для лечения онкологических и нейродегенеративных заболеваний, поскольку некоторые существующие лекарства нацелены именно на ферменты PARP. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

При воздействии различных факторов — например, активных форм кислорода, ультрафиолета, радиации и токсичных веществ — в молекулах ДНК могут возникать повреждения, в том числе разрывы. Иногда они приводят к гибели клетки или к её перерождению в раковую. Однако существуют сложные системы восстановления (репарации) ДНК, в которых задействовано множество ферментов. Одни из них — PARP1 и PARP2 — распознают разрывы ДНК и синтезируют отрицательно заряженный полимер — поли-АДФ-рибозу, — который привлекает белковые комплексы, непосредственно восстанавливающие ДНК.

Кроме того, PARP1 и PARP2 совместно с белком HPF1 участвуют в модификации гистонов — белков, обеспечивающих плотную и компактную укладку ДНК в ядре. Образуя с HPF1 совместный активный центр, ферменты присоединяют к гистонам поли-АДФ-рибозу, которая приводит к «разрыхлению» структуры нуклеосом (комплексов ДНК с гистонами). Это, в свою очередь, позволяет участвующим в репарации ферментам приблизиться к месту повреждения ДНК. Хотя общие закономерности этого процесса были известны, не было понятно, насколько специфичный сигнал о повреждении создают PARP1 и PARP2 и зачем клеткам нужны два таких похожих фермента.

Исследователи ИХБФМ СО РАН  выяснили, что фермент PARP2 специфичнее, чем PARP1, распознаёт разрывы ДНК и создаёт более точный сигнал о повреждении.

Авторы провели эксперимент с искусственно синтезированной последовательностью ДНК, связанной с белками-гистонами и организованной в нуклеосому. В определённые участки ДНК исследователи внесли модельное повреждение — одноцепочечный разрыв. Это позволило изучить, как расположение разрыва в ДНК влияет на активность ферментов PARP1 и PARP2 в присутствии их партнёра — белка HPF1 на нуклеосоме.

Оказалось, что PARP1 и PARP2 работают совершенно по-разному. PARP1 в первую очередь модифицирует сам себя, создавая длинные сигнальные цепи поли-АДФ-рибозы. Гистоны этот фермент модифицирует всегда с одинаковой, не очень высокой эффективностью.

PARP2 модифицировал гистоны эффективнее и точнее: он создавал более прицельный сигнал о повреждении, взаимодействуя преимущественно с белками, находящимися в непосредственной близости к разрыву. Это указывает на то, что PARP1 создает общий сигнал «SОS», информирующий клетку о проблеме, а PARP2 работает как высокоточный инструмент, отвечающий за более специфичную «настройку» систем репарации в месте разрыва ДНК.

«Ферменты PARP1 и PARP2 представляют собой мишени для некоторых противоопухолевых препаратов. Хотя препараты-ингибиторы этих ферментов применяются в клинической практике уже больше десяти лет, механизмы возникновения побочных эффектов или развития устойчивости к этим лекарствам до конца не ясны. Зная функциональные различия между изучаемыми ферментами, можно будет создавать более эффективные препараты для терапии онкологических и нейродегенеративных заболеваний» , — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ольга Лаврик, доктор химических наук, академик РАН, профессор, заведующая лабораторией биоорганической химии ферментов ИХБФМ СО РАН.

Источник: пресс-служба РНФ.