بوليميراز (أدينوزين ثنائي الفوسفات-ريبوز)

تتمثل إحدى الوظائف المهمة لإنزيم PARP في المساعدة على إصلاح انقطاعات الحمض النووي أحادي السلسلة. يرتبط هذا الإنزيم بمواقع الانقطاعات عبر أصابع الزنك الموجودة في طرفه الأميني، ويستقطب بروتين XRCC1 ، وإنزيم ربط الحمض النووي III، وإنزيم بوليميراز الحمض النووي بيتا، وإنزيم كيناز إلى موقع الانقطاع. تُعرف هذه العملية بإصلاح استئصال القاعدة (BER). وقد ثبت أن PARP-2 يُكوّن متعددات مع PARP-1، وبالتالي فهو يُشارك أيضًا في إصلاح استئصال القاعدة. كما ثبت أن هذا التكوين المتعدد يُحفز النشاط التحفيزي لإنزيم PARP. يُعرف PARP-1 أيضًا بدوره في عملية النسخ من خلال إعادة تشكيل الكروماتين عن طريق إضافة جزيء PAR إلى الهستونات وإرخاء بنية الكروماتين، مما يسمح لمركب النسخ بالوصول إلى الجينات.

يتم تنشيط PARP-1 و PARP-2 عن طريق انقطاعات الحمض النووي أحادي السلسلة، وتعاني الفئران المعدلة وراثيًا التي تفتقر إلى PARP-1 و PARP-2 من نقص حاد في إصلاح الحمض النووي، وزيادة الحساسية لعوامل الألكلة أو الإشعاع المؤين. ^{[ 10 ]}

يرتبط نشاط إنزيم PARP (الذي يعود بشكل رئيسي إلى PARP1) المُقاس في خلايا الدم البيضاء أحادية النواة المُنفذة لثلاثة عشر نوعًا من الثدييات (الجرذ، خنزير غينيا، الأرنب، المرموسيت، الخروف، الخنزير، البقرة، الشمبانزي القزم، الحصان، الحمار، الغوريلا، الفيل، والإنسان) بأقصى عمر مُمكن لهذه الأنواع. ^{[ 11 ]} وقد بلغ الفرق في النشاط بين أطول الأنواع عمرًا (الإنسان) وأقصرها عمرًا (الجرذ) خمسة أضعاف. وعلى الرغم من عدم وجود فرق كبير في حركية الإنزيم (ثابت معدل التفاعل أحادي الجزيء (kcat)، و Km ، وkcat/km) بين الإنزيمين، فقد وُجد أن إنزيم PARP-1 البشري يتمتع بقدرة تعديل ذاتي نوعية أعلى بمرتين من نظيره في الجرذ، وهو ما افترض الباحثون أنه قد يُفسر، جزئيًا، ارتفاع نشاط إنزيم PARP لدى الإنسان مقارنةً بالجرذ. ^{[ 12 ]} تتمتع سلالات الخلايا اللمفاوية التي تم إنشاؤها من عينات دم من البشر الذين بلغوا من العمر 100 عام أو أكثر بنشاط PARP أعلى بكثير من سلالات الخلايا من الأفراد الأصغر سنا (من 20 إلى 70 عامًا)، ^{[ 13 ]} مما يشير مرة أخرى إلى وجود صلة بين طول العمر وقدرة الإصلاح.

تشير هذه النتائج إلى أن قدرة إصلاح الحمض النووي بواسطة PARP تُسهم في إطالة عمر الثدييات. وبالتالي، تدعم هذه النتائج نظرية تلف الحمض النووي للشيخوخة ، التي تفترض أن تلف الحمض النووي غير المُصلح هو السبب الكامن وراء الشيخوخة، وأن قدرة إصلاح الحمض النووي تُسهم في إطالة العمر. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

إنزيمات التانكيراز (TNKs) هي إنزيمات PARP تتكون من تكرارات أنكيرين ، ونطاق تجميع (SAM)، ونطاق تحفيزي (PCD). تُعرف إنزيمات التانكيراز أيضًا باسم PARP-5a وPARP-5b. سُميت بهذا الاسم نسبةً لتفاعلها مع بروتينات TERF1 المرتبطة بالتيلومير وتكرارات أنكيرين. قد تُسهم هذه الإنزيمات في إزالة المركبات المُثبطة للتيلوميراز من نهايات الكروموسومات للحفاظ على التيلوميرات. من خلال نطاق SAM وتكرارات أنكيرين، تستطيع هذه الإنزيمات تكوين تجمعات والتفاعل مع العديد من البروتينات الأخرى، مثل TRF1 وTAB182 ( TNKS1BP1 ) و GRB14 وIRAP وNuMa وEBNA-1 و Mcl-1 . تؤدي هذه الإنزيمات أدوارًا متعددة في الخلية، منها النقل الحويصلي من خلال تفاعلها في حويصلات GLUT4 مع أمينوببتيداز مُستجيب للأنسولين (IRAP). يؤدي هذا البروتين أيضًا دورًا في تكوين المغزل الانقسامي من خلال تفاعله مع بروتين جهاز الانقسام النووي 1 (NuMa)، مما يسمح بالتوجيه ثنائي القطب اللازم . في غياب بروتينات TNK، يُلاحظ توقف الانقسام في الطور ما قبل الانفصالي عبر نقطة تفتيش المغزل Mad2 . كما يمكن لبروتينات TNK أن تُضيف مجموعة PARsylation إلى بروتيني Mcl-1L وMcl-1S، مما يُثبط وظائفهما المؤيدة والمضادة للاستماتة؛ ولا تزال أهمية ذلك غير معروفة.

يمكن تنشيط إنزيم PARP في الخلايا التي تتعرض للإجهاد و/أو تلف الحمض النووي. يستطيع PARP المنشط استنزاف مخزون ATP في الخلية في محاولة لإصلاح الحمض النووي التالف. يؤدي استنزاف ATP في الخلية إلى تحللها وموتها (النخر). ^{[ 16 ] [ 17 ]} كما يمتلك PARP القدرة على تحفيز الموت الخلوي المبرمج، عبر إنتاج PAR، الذي يحفز الميتوكوندريا على إطلاق AIF . ^{[ 18 ]} يبدو أن هذه الآلية مستقلة عن الكاسبيز. يؤدي انقسام PARP، بواسطة إنزيمات مثل الكاسبيز أو الكاثيبسين، عادةً إلى تعطيله. يمكن أن يوفر حجم شظايا الانقسام معلومات حول الإنزيم المسؤول عن الانقسام، ويمكن أن يكون مفيدًا في تحديد مسار الموت الخلوي الذي تم تنشيطه.

يحفز عامل الربط CCCTC ( CTCF ) تراكم PAR. ^{[ 19 ]} تستطيع بوليمرات ADP-ribose، سواء كانت حرة أو مرتبطة بـ PARP1، تثبيط نشاط ميثيل ترانسفيراز الحمض النووي في مواقع CpG . ^{[ 20 ]} وبالتالي، يشارك CTCF في التفاعل المتبادل بين بولي (ADP-ribosyl)ation ومثيلة الحمض النووي، وهو عامل تنظيمي فوق جيني مهم. ^{[ 19 ]}

تراكمت كمية كبيرة من البيانات قبل السريرية والسريرية المتعلقة بمثبطات PARP في أنواع مختلفة من السرطان. وفي هذا السياق، يبرز دور PARP في إصلاح انقطاعات الحمض النووي أحادي السلسلة، مما يؤدي إلى حدوث آفات مرتبطة بتضاعف الحمض النووي لا يمكن إصلاحها في حال وجود خلل في إصلاح إعادة التركيب المتماثل (HRR)، وبالتالي يؤدي إلى التأثير القاتل لمثبطات PARP في السرطان الذي يعاني من خلل في HRR. ترتبط عيوب HRR عادةً بطفرات BRCA1 وBRCA2 المرتبطة بسرطان الثدي والمبيض العائلي، ولكن قد توجد أسباب أخرى عديدة لهذه العيوب. لذا، يمكن استخدام مثبطات PARP من أنواع مختلفة (مثل أولاباريب) لعلاج سرطانات الثدي والمبيض الحاملة لطفرات BRCA في حالات أخرى إذا تم تطوير مؤشرات حيوية مناسبة لتحديد عيوب HRR. وهناك عدة فئات إضافية من مثبطات PARP الجديدة في مراحل مختلفة من التطوير السريري. ^{[ 21 ]}

توجد مجموعة كبيرة أخرى من البيانات تتعلق بدور إنزيم PARP في بعض الحالات غير السرطانية. ففي عدد من الأمراض الحادة والشديدة (مثل السكتة الدماغية، والإصابات العصبية، والصدمة الدورية، واحتشاء عضلة القلب الحاد)، تُظهر مثبطات PARP فائدة علاجية (مثل تقليل حجم الاحتشاء أو تحسين وظائف الأعضاء). كما توجد بيانات رصدية تُظهر تنشيط PARP في عينات الأنسجة البشرية. في هذه الحالات المرضية، يؤدي فرط تنشيط PARP الناتج عن الإجهاد التأكسدي والنيتروزي إلى نخر الخلايا وتعبير الجينات المؤيدة للالتهاب، مما يُسهم في مسببات المرض. ومع تقدم التجارب السريرية لمثبطات PARP في مختلف أنواع السرطان، يُؤمل أن يتم البدء بخط ثانٍ من الدراسات السريرية، يهدف إلى اختبار مثبطات PARP لمختلف الحالات غير السرطانية، في عملية تُسمى "إعادة التوظيف العلاجي". ^{[ 22 ]}