Серин АДФ

Nature Communications, том 14, Номер статьи: 3200 (2023) Ссылаться на эту статью

1032 доступа

11 Альтметрика

Подробности о метриках

В ответной реакции на повреждение ДНК млекопитающих передача сигналов ADP-рибозилирования имеет решающее значение для маркировки участков повреждения ДНК, а также для рекрутирования и регуляции факторов восстановления. В частности, комплекс PARP1:HPF1 распознает поврежденную ДНК и катализирует образование связанных с серином меток ADP-рибозилирования (моно-Ser-ADPr), которые расширяются до полимеров ADP-рибозы (поли-Ser-ADPr) только с помощью PARP1. Poly-Ser-ADPr реверсируется PARG, а концевой моно-Ser-ADPr удаляется ARH3. Несмотря на его значимость и очевидную эволюционную консервативность, мало что известно о передаче сигналов ADP-рибозилирования у немлекопитающих Animalia. Присутствие HPF1, но отсутствие ARH3 в геномах некоторых насекомых, включая виды Drosophila, поднимает вопросы относительно существования и обращения серин-АДФ-рибозилирования у этих видов. Здесь мы показываем с помощью количественной протеомики, что Ser-ADPr является основной формой ADP-рибозилирования в ответе на повреждение ДНК Drosophila melanogaster и зависит от комплекса dParp1: dHpf1. Более того, наши структурные и биохимические исследования открывают механизм удаления моно-Ser-ADPr дрозофилой Parg. В совокупности наши данные показывают, что Ser-ADPr, опосредованный PARP: HPF1, является определяющим признаком DDR у Animalia. Поразительная консервативность в этом царстве предполагает, что организмы, несущие только основной набор ферментов, метаболизирующих ADP-рибозил, такие как Drosophila, являются ценными модельными организмами для изучения физиологической роли передачи сигналов Ser-ADPr.

АДФ-рибозилирование (ADPr) представляет собой посттрансляционную модификацию белков, которая влечет за собой перенос фрагментов АДФ-рибозы от НАД+ на целевой белок. Он участвует в регуляции широкого спектра клеточных процессов, таких как восстановление ДНК, регуляция транскрипции, иммунитет и микробный метаболизм, среди прочего1,2,3,4. Единицы АДФ-рибозы могут быть присоединены к различным боковым цепям аминокислот, среди прочих, с кислотной (Glu/Asp), основной (Arg/Lys), гидроксильной (Ser/Tyr) и тиоловой (Cys) функциональностью2,5. Некоторые авторы, такие как PARP1, PARP2 и танкираза1/2 (также называемые PARP5a/b), могут расширить первоначальную модификацию, известную как моно(АДФ-рибозилирование) (MARylation), и создать линейные или разветвленные полимеры АДФ-рибозы, известные как поли(АДФ-рибозилирование). -рибозилирование) (ПАРилирование)6,7,8.

Связывание PARP1/2 индуцирует PARP1/2-зависимый белок ADPr при разрывах ДНК, что приводит к появлению сигналов ADPr, которые активируют и контролируют различные механизмы реакции на повреждение ДНК (DDR), необходимые для разуплотнения хроматина и рекрутирования факторов репарации4. ,9. Более ранние исследования показали, что PARP1 и PARP2 катализируют модификацию глутамата/аспартата in vitro10, тогда как масс-спектрометрический анализ показал, что серин-ADPr является основным остатком, модифицируемым ADPr во время повреждения ДНК в клетках человека11,12,13,14. Это несоответствие было разрешено с открытием вспомогательного белка, фактора 1 гистона PARylation 1 (HPF1)11,15, который дополняет активный центр PARP1/2, внося субстратсвязывающие и каталитические остатки16,17,18. Кроме того, комплекс PARP1/2:HPF1 также отвечает за менее изученную модификацию остатков тирозина19,20.

ADPr очень динамичен и должен строго регулироваться из-за связанных с этим высоких затрат энергии. Следовательно, как только достигается подходящий клеточный ответ, передача сигналов ADPr прекращается, и использованные единицы ADP-рибозы перерабатываются специальными ластиками, которые преобразуют ADP-рибозу в другие нуклеотиды, включая АТФ и НАД+21. Основным ферментом, ответственным за разрушение основной массы цепей PAR, является поли(ADP-рибоза)гликогидролаза (PARG), которая гидролизует ацетальную связь внутри полимера ADP-рибозы, но не может обратить вспять связь белок-рибоза22,23,24. В клетках человека эта специфическая реакция удаления Ser-ADPr осуществляется (ADP-рибозил)гидролазой 3 (ARH3)23,25.

0.9), corresponding to 296 ADPr target proteins in Drosophila S2R+ cells (Fig. 3B, C and Supplementary Data 2). Reassuringly, the data demonstrated good localisation probability with >75% of the ADPr peptide spectrum matches (PSMs) possessing a localisation probability > 90% (Supplementary Fig. 2A). Overall, we observed a high degree of reproducibility between our experimental replicates, with the most variation present in the H2O2-treated samples (Fig. 3C, D and Supplementary Fig. 2B)./p>

500 high confident ADPr sites. Previously, ADPr has been reported to modify aspartic acid, glutamic acid, lysine, and arginine residues52,65,66. The relatively recent discovery of serine residues as acceptor sites13, has led to the identification of serine as the most abundantly modified amino acid residue under DNA damage in cell culture12,14. By combining the Af1521 enrichment strategy, which is able to identify ADPr on all possible amino acid residues50,67,68, with ETD fragmentation for proper localisation of the modification site12, we identified serine as the most abundantly modified residue in Drosophila under these experimental conditions. Still, experimental conditions as well as the depth of sequencing could cause the absence of other known amino acid acceptor residues. Our analysis of the Ser-ADPr cycle in D. melanogaster further revealed a striking conservation with the human signalling pathway. On the molecular level not only the mammalian ADPr consensus motif ‘KS’ is conserved, but we observe a broad overlap with previously identified ADPr targets in humans. This is particularly true for the main ADP-ribose acceptors such as PARP1 and histones. In both species, pathways relevant for genome stability, chromatin structure regulation, and transcription are major targets for this modification. Thus, our data suggests that Drosophila can serve as a model organism to provide insights into the physiological function of Ser-ADPr signalling. This includes the possibility of understanding the links between this modification and associated diseases including neurodegeneration and cancer30,41,69,70,71. In this respect, it was previously shown that dParg deficiency could be complemented using human ARH3 gene71. Also, as the hPARP1 automodification region that has been shown to be important for hPARP1 trapping at DNA breaks and the PARP inhibitor response in humans is functionally conserved in Drosophila species (Fig. 4G and Supplementary Fig. 4), this model could be useful for understanding the physiological effects of clinically relevant PARP inhibitors30./p>

Новости