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 ее 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.
Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск) выяснили, что фермент PARP2 специфичнее, чем PARP1, распознает разрывы ДНК и создает более точный сигнал о повреждении.
Авторы провели эксперимент с искусственно синтезированной последовательностью ДНК, связанной с белками-гистонами и организованной в нуклеосому. В определенные 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 партнера — белка HPF1 на нуклеосоме.
Кристаллическая структура нуклеосомы. Источник: Davey, C.A. et al. / J. Mol. Biology, 2002
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 Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН.
