Science：化学-遗传学检测新方法解开一种关键酶的奥秘

　　

生物通报道：德州大学西南医学中心的研究人员开发出了一种创新的化学-遗传学检测方法监测了一种十分重要的酶家族的不同成员酶活性，确定了这三种蛋白靶向和改变的蛋白。并且在乳腺癌细胞中证实改变一些基因开启和关闭的方式，有可能改变了细胞的生物学。

这一研究成果公布在Science杂志上，领导这一研究的是德州大学西南医学中心W. Lee Kraus博士。

上世纪80年代萨塞克斯大学的Sydney Shall教授首次确定了一种称作聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶-1（poly(ADP-ribose)polymerase-1,PARP-1）的酶是DNA损伤的感受器。此后的研究证实PARP-1是存在于真核细胞中催化聚ADP核糖化的细胞核酶，它参与的聚ADP核糖化是真核细胞中蛋白质翻译后的重要修饰方式之一。PARP在DNA修复和细胞凋亡中发挥至关重要的作用。

近年来，PARP抑制药物作为潜在的癌症疗法获得了极大的关注。2014年，FDA批准了第一个PARP抑制剂用于治疗某些卵巢癌，当前约有140项临床试验正在调查这些药物对不同癌症类型的影响。不过Kraus博士表示，到目前为止，大多数研究都只是在检测PARP抑制剂对DNA修复及维持基因组完整性方面的影响。

在这项研究中，研究人员开发出了一种创新的化学-遗传学检测方法监测了三种不同的PARP家族成员的酶活性，确定了这三种蛋白靶向和改变的蛋白。然后他们将焦点放在了一种叫做负延伸因子（NELF）的蛋白质复合物上，NELF是PARP蛋白家族成员PARP-1的一个靶标。NELF参与了细胞控制基因活性的一个重要过程——转录调控。这项研究证实在乳腺癌细胞中PARP-1改变NELF，改变了一些基因开启和关闭的方式，这有可能改变了细胞的生物学。

人们往往认为PARP抑制剂只是通过阻断DNA修复来发挥作用，但这项研究表明，PARPs还在基因调控和RNA合成中起关键作用，尽管基因调控和RNA合成不同于DNA修复，当它们受到抑制或发生改变时也可以致命。

PARPs还在炎症及心血管疾病中起重要作用，来自动物模型的一些有力证据将PARP抑制剂与改善两种疾病的结局联系在一起。通过发现PARPs生物学的一个新方面，研究人员扩展了对这些蛋白质功能的认识。这一研究结果为超越DNA修复利用PARP抑制剂来治疗癌症和其他的疾病打开了新途径。

此外，来自英国苏塞克斯大学的科学家发现这一家族成员：PARP3有助于促进DNA修复。研究人员认为，这是了解“DNA断裂如何被检测、用信号表示、并得以修复”的一个重要步骤，在未来这可能使得科学家能够开发出某种药物，更好地靶定某些癌症。

有研究表明，PARP3酶参与DNA的修复过程，并有助于保持遗传代码的完整性，但直到现在，由这种酶引发的精确的DNA修复激活机制，还不清楚。运用多学科的专业知识，苏塞克斯大学的科学家们已经确定了参与激活DNA修复过程的具体步骤。当PARP3酶定位于DNA损伤的一个特定位点时，它用一个分子信号来表示受损的DNA。加速DNA修复的“超级酶”

原文摘要：

Chemical genetic discovery of PARP targets reveals a role for PARP-1 in transcription elongation

Poly[adenosine diphosphate (ADP)–ribose] polymerases (PARPs) are a family of enzymes that modulate diverse biological processes through covalent transfer of ADP-ribose from the oxidized form of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) onto substrate proteins. Here we report a robust NAD+ analog–sensitive approach for PARPs, which allows PARP-specific ADP-ribosylation of substrates that is suitable for subsequent copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition reactions. Using this approach, we mapped hundreds of sites of ADP-ribosylation for PARPs 1, 2, and 3 across the proteome, as well as thousands of PARP-1–mediated ADP-ribosylation sites across the genome. We found that PARP-1 ADP-ribosylates and inhibits negative elongation factor (NELF), a protein complex that regulates promoter-proximal pausing by RNA polymerase II (Pol II). Depletion or inhibition of PARP-1 or mutation of the ADP-ribosylation sites on NELF-E promotes Pol II pausing, providing a clear functional link between PARP-1, ADP-ribosylation, and NELF. This analog-sensitive approach should be broadly applicable across the PARP family and has the potential to illuminate the ADP-ribosylated proteome and the molecular mechanisms used by individual PARPs to mediate their responses to cellular signals.