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Nature Communications 14권, 기사 번호: 3200(2023) 이 기사 인용

9 알트메트릭

측정항목 세부정보

포유류 DNA 손상 반응에서 ADP-리보실화 신호는 DNA 손상 부위를 표시하고 복구 인자를 모집하고 조절하는 데 매우 중요합니다. 구체적으로, PARP1:HPF1 복합체는 손상된 DNA를 인식하고 PARP1 단독에 의해 ADP-리보스 폴리머(폴리-Ser-ADPr)로 확장되는 세린 연결 ADP-리보실화 표시(mono-Ser-ADPr)의 형성을 촉매합니다. Poly-Ser-ADPr은 PARG에 의해 반전되고, 터미널 mono-Ser-ADPr은 ARH3에 의해 제거됩니다. 그 중요성과 명백한 진화적 보존에도 불구하고 비포유류 동물계의 ADP-리보실화 신호 전달에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. Drosophila 종을 포함한 일부 곤충 게놈에서 HPF1의 존재와 ARH3의 부재는 이들 종에서 세린-ADP-리보실화의 존재 및 역전에 관한 의문을 제기합니다. 여기서 우리는 Ser-ADPr이 Drosophila melanogaster의 DNA 손상 반응에서 ADP-리보실화의 주요 형태이며 dParp1:dHpf1 복합체에 의존한다는 것을 정량적 단백질체학으로 보여줍니다. 또한, 우리의 구조적 및 생화학적 조사를 통해 Drosophila Parg에 의한 mono-Ser-ADPR 제거 메커니즘이 밝혀졌습니다. 종합적으로, 우리의 데이터는 Animalia에서 DDR의 정의 기능으로 PARP:HPF1 매개 Ser-ADPr을 보여줍니다. 이 왕국 내에서의 놀라운 보존은 Drosophila와 같은 ADP-리보실 대사 효소의 핵심 세트만을 운반하는 유기체가 Ser-ADPr 신호 전달의 생리학적 역할을 연구하는 데 귀중한 모델 유기체임을 시사합니다.

ADP-리보실화(ADPr)는 NAD+에서 표적 단백질로 ADP-리보스 부분의 전달을 수반하는 단백질의 번역 후 변형입니다. 이는 DNA 복구, 전사 조절, 면역 및 미생물 대사와 같은 다양한 세포 과정의 조절에 관여합니다1,2,3,4. ADP-리보스 단위는 산성(Glu/Asp), 염기성(Arg/Lys), 하이드록실(Ser/Tyr) 및 티올(Cys) 기능을 통해 다양한 아미노산 측쇄에 부착될 수 있습니다2,5. PARP1, PARP2 및 Tankyrase1/2(PARP5a/b라고도 함)와 같은 일부 연구자들은 모노(ADP-리보실화)(MARylation)로 알려진 초기 변형을 확장하고 폴리(ADP로 알려진 선형 또는 분지형 ADP-리보스 폴리머를 생성할 수 있습니다. -리보실화)(PARy화)6,7,8.

PARP1/2의 결합은 DNA 파손 시 PARP1/2 의존 단백질 ADPr을 유도하여 염색질 분해 및 복구 인자 모집에 필요한 다양한 DNA 손상 반응(DDR) 메커니즘을 활성화하고 제어하는 ​​ADPr 신호를 발생시킵니다4 ,9. 이전 연구에서는 PARP1과 PARP2가 시험관 내에서 글루타메이트/아스파르트산 변형을 촉매하는 것으로 나타났으며10, 질량 분석을 통해 세린-ADPr은 인간 세포의 DNA 손상 동안 ADPr에 의해 변형되는 주요 잔기임이 밝혀졌습니다11,12,13,14. 이러한 불일치는 기질 결합 및 촉매 잔기에 기여하여 PARP1/2의 활성 부위를 완성하는 보조 단백질인 히스톤 PARylation 인자 1(HPF1)11,15의 발견으로 해결되었습니다. 또한, PARP1/2:HPF1 복합체는 또한 티로신 잔기19,20의 덜 이해된 변형을 담당합니다.

ADPr은 매우 역동적이며 관련 높은 에너지 소비로 인해 엄격하게 규제되어야 합니다. 따라서 적절한 세포 반응이 달성되면 ADPr 신호 전달이 중단되고 활용된 ADP-리보스 단위는 ADP-리보스를 ATP 및 NAD+21을 포함한 다른 뉴클레오티드로 변환하는 특수 지우개에 의해 재활용됩니다. PAR 사슬의 대부분을 분해하는 주요 효소는 폴리(ADP-리보스)당가수분해효소(PARG)이며, 이는 ADP-리보스 폴리머 내의 아세탈 결합을 가수분해하지만 단백질-리보스 결합을 되돌릴 수는 없습니다22,23,24. 인간 세포에서 Ser-ADPr의 제거라는 특정 반응은 (ADP-리보실)가수분해효소 3(ARH3)23,25에 의해 수행됩니다.

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>