= ОБЗОРЫ
УДК 577.24
РОЛЬ PARP2 В РЕПАРАЦИИ ДНК © 2014 г. M. М. Кутузов1, С. Н. Ходырева1,2, V. Schreiber3, О. И. Лаврик1,2*
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук,
Новосибирск, 630090 Россия 2Новосибирский государственный университет, Новосибирск, 630090 Россия 3UMR7242, Biotechnology and Cell Signaling, Université de Strasbourg, CNRS, MEDALIS, ESBS, Illkirch, France
Постyпила в редакцию и принята к печати 3l.0l.20l4 г.
Стабильность генома высших эукариот во многом обусловлена функционированием систем репарации ДНК. В свою очередь, для эффективного исправления повреждений в ДНК необходима точная регуляция всех стадий репарации. На данный момент основные пути репарации ДНК установлены, однако механизмы регуляции до сих пор представляют интерес для их изучения. Одними из регуляторных белков в репарации ДНК считаются поли(ADP-рибоза)полимеразы (PARP). Роль в репарации ДНК наиболее известного представителя этого семейства — PARP1 — в значительной степени изучена, в то время как представленные в литературе данные об участии ближайшего гомолога PARP1 — PARP2 — в этих процессах менее систематизированы, хотя к настоящему времени накоплен большой массив данных, указывающих на участие PARP2 в процессах репарации ДНК. На модельных организмах и клеточных линиях выявлено, что при инактивации гена Parp2 в системах как in vitro, так и in vivo наблюдается повышенная чувствительность к воздействию ряда ДНК-повреждающих агентов. В клетках PARP2 аккумулируется в области повреждений ДНК. Есть данные о белок-белковых взаимодействиях PARP2 с некоторыми белками-участниками эксцизионной репарации оснований/репарации одноцепочечных разрывов и негомологичного соединения концов ДНК. Большинство данных о роли PARP2 получено с использованием модельных организмов или на клеточных линиях, что затрудняет интерпретацию воздействия PARP2 на конкретный процесс. В этом обзоре мы попытались систематизировать литературные данные об участии PARP2 в процессах репарации ДНК, включив в него также недавно полученные нами результаты.
Ключевые слова: PARP1, PARP2, репарация ДНК, регуляция, поли(ЛБР-рибозил)ирование.
THE ROLE OF PARP2 IN DNA REPAIR, by M. M. Kutuzov1, S. N. Khodyreva12, V. Schreiber3, O. I. Lavrik1'2* ^Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Division, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, 630090 Russia, *e-mail: lavrik@niboch.nsc.ru; 2Novosibirsk State University, Novosibirsk, 630090 Russia; 3UMR7242, Biotechnology and Cell Signaling, Université de Strasbourg, CNRS, MEDALIS, ESBS, Illkirch, France). The genome stability of higher eukaryotes is mainly dependent on the functioning of the DNA repair systems. In turn, the precise regulation of each step of repair processes is required for efficient DNA repair. While at present the most pathways of DNA repair have been established already, but the mechanisms of DNA repair regulation are required further investigation. Poly(ADP-ribose)polymerases (PARPs) are widely considered as potential regulators of a DNA repair. The role of most prominent member of this protein family — PARP1 — in DNA repair is intensively studied, while the literature data on participation in repair processes of PARP2 — the closest PARP1 homolog — are poorly summarized although a great body of information concerning PARP2 participation in DNA repair has accumulated. Using PARP2-deficient model organisms and cell lines their increased sensitivity to several DNA damage agents was elucidated. The accumulation of PARP2 at the DNA damage sites in cells was shown. There are data
Принятые сокращения: APE1 (apurinic/apyrimidinic endonuclease 1) — АР-эндонуклеаза 1; АР-сайт — апуриновый/апиримидино-вый сайт; ATM — киназа, инициирующая сигнальный каскад на двухцепочечных разрывах ДНК, который обеспечивает остановку клеточного цикла; BER (base excision reparation) — эксцизионная репарация оснований ДНК; dRP — дезоксирибозофос-фат; DSB (double strand break) — двухцепочечный разрыв ДНК; FEN1 (flap endonuclease 1) — флэпэндонуклеаза 1; HR (homologous recombination) — гомологичная рекомбинация; Ku70/Ku80 — Ku-антиген (ДНК-связывающий компонент ДНК-зависимой протеинкиназы); MEF (mouse embryonic fibroblasts) — эмбриональные фибробласты мышей; NHEJ (non-homologous end joining) — негомологичное соединение концов ДНК (C-NHEJ — классический путь NHEJ, Alt-NHEJ — альтернативный путь); PAR — по-ли(ADP-рибоза); PARP — поли(ADP-рибоза)полимераза; Polp — ДНК-полимераза Р; SSB (single strand break) — одноцепочечный разрыв ДНК; SSBR — репарация одноцепочечных разрывов ДНК; XRCC1 (X-ray repair cross-complementing protein 1) — белок, входящий в группу комплементации, которая обусловливает чувствительность клеток к рентгеновскому излучению.
* Эл. почта: lavrik@niboch.nsc.ru
3
56l
demonstrating protein-protein interaction of PARP2 with several base excision repair/single strand break repair and non-homologous end joining proteins. Most of the data on PARP2 role have been obtained in experiments with model organisms and cell lines so it is difficult to project the attribution of PARP2 influence to specific process in vivo. In this review, we tried to summarize data on PARP2 participation in DNA repair processes, including our recent results.
Keywords: PARP1, PARP2, DNA repair, regulation, poly(ADP-ribosyl)ation. DOI: 10.7868/S0026898414040065
Геном живых организмов постоянно находится под воздействием многочисленных повреждающих экзогенных и эндогенных агентов [1]. Грубая оценка выявила, что в течение суток в геноме клеток человека возникает до 104—106 повреждений [2]. В этих условиях сохранение целостности генома клетки — один из ключевых факторов, обеспечивающих выживание многоклеточного организма, поскольку дефекты в системах репарации могут стать причиной многих болезней человека и могут определять предрасположенность к раковым и нейродегенеративным заболеваниям, раннему старению, дефектам роста и патологическим изменениям иммунных функций организма [2, 3]. В настоящее время в клетках эукариот выделяют пять основных систем, обеспечивающих восстановление поврежденной структуры ДНК: репарация двухцепочечных разрывов ДНК путем гомологичной рекомбинации и негомологичного соединения концов; эксцизионная репарация нуклеотидов, эксцизионная репарация оснований; коррекция неспаренных оснований ДНК [2, 3]. Следует отметить, что каждая из систем репарации специализирована на устранении определенного типа повреждений ДНК.
Эксцизионная репарация оснований (ВЕЯ) — один из основных путей репарации ДНК задействованный в исправлении наиболее часто встречающихся повреждений ДНК: АР-сайтов и повреждений, не вызывающих значительных искажений структуры двойной спирали ДНК, таких как окисленные, дезаминированные или алкили-рованные азотистые основания. Процесс репарации ДНК по пути ВЕЯ можно разделить на несколько этапов: инициация репарации гидролизом М-гликозидной связи между поврежденным азотистым основанием и сахаром; расщепление сахарофосфатного остова ДНК с образованием разрыва, содержащего З'-гидроксильную группу, ресинтез ДНК и лигирование разрыва ДНК на заключительном этапе [2].
В результате действия монофункциональной ДНК-гликозилазы, например урацил-ДНК-гли-козилазы, образуется АР-сайт, который расщепляется апуриновой/апиримидиновой эндонукле-азой 1 (АРЕ1). В результате в ДНК образуется од-ноцепочечный разрыв (88В) с гидроксильной группой на 3'-конце и дезоксирибозофосфатным
(dRP) остатком на 5'-конце. При удалении из ДНК окисленных оснований под действием бифункциональных ДНК-гликозилаз (OGG1, NTH1, NEIL1, NEIL2) в месте повреждения формируется одноцепочечный разрыв с 4-гидрокси-пентенальфосфатом или фосфатом на З'-конце и гидроксильной группой на 5'-конце. Процессинг З'-конца для последующего действия ДНК-поли-мераз осуществляет APE1, которая обладает З'-ди-эстеразной и З'-фосфатазной активностями [4], а полинуклеотидкиназа/З'-фосфатаза удаляет фосфатную группу с З'- и фосфорилирует 5'-конец разрыва [5].
Следующий этап BER — репарационный синтез ДНК. Этот процесс может протекать двумя путями: короткозаплаточным (с включением одного нуклеотидного звена) и длиннозаплаточным (с включением 2—15 нуклеотидных звеньев) [6]. Согласно литературным данным, в короткоза-платочном пути репарационный синтез ДНК катализирует ДНК-полимераза ß (Polß), которая встраивает один нуклеотид и удаляет 5'-дезокси-рибозофосфатный (dRP) остаток с помощью своей лиазной активности, формируя готовый к ли-гированию дуплекс с одноцепочечным разрывом. Последняя стадия репарации — восстановление фосфодиэфирной связи в реакции лигирования — происходит с участием ДНК-лигазы III в комплексе с XRCC1. Альтернативный путь BER, длиннозаплаточный, реализуется в тех случаях, когда 5'-dRP фрагмент модифицирован и не может быть удален действием лиазной активности Polß. Удаление dRP с помощью Polß происходит по механизму ß-элиминирования, и этот процесс чувствителен к химической модификации dRP, поэтому репарация окисленных или восстановленных AP-сайтов, устойчивых к ß-элиминированию, осуществляется через длиннозаплаточный путь BER.
В последние несколько лет описаны два дополнительных механизма репарации, использующих уникальные комбинации белков BER для репарации повреждений. Путь, определенный как инцизионная репарация нуклеотидов, базируется на уникальной, опосредованной APE1 активации процесса (рис. 1). Например, показано, что APE1 инициирует репарацию окисленных цитозинов без участия ДНК-гликозилаз [7—9]. Известно также, что исправление окисленных оснований воз-
^ — повреждение I I I I I
SP BER LP BER NIR
Рис. 1. Схематическое представление основных стадий эксцизионной репарации оснований/репарации одноцепочеч-ных разрывов и инцизионной репарации нуклеотидов. Обведены в рамку слева направо: SP BER — короткозаплаточ-ный путь BER, LP BER — длиннозаплаточный путь BER, NIR — инцизионная репарация нуклеотидов. PCNA (proliferating cell nuclear antigen) — ядерный антиген пролиферирующих клет
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.