Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair
Поли(ADP-рибозил)ирование – это посттрансляционная модификация белков, чрезвычайно важная для поддержания стабильности генома и выживания клеток с поврежденной ДНК. Поли(ADP-рибозил)ирование осуществляется ферментами поли(ADP-рибоза)полимеразами (PARP), которые, используя NAD+ в качестве субстрата,...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Вiopolymers and Cell |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156848 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair / S.N. Khodyreva, M.M. Kutuzov, O.I. Lavrik // Вiopolymers and Cell. — 2012. — Т. 28, № 3. — С. 199-201. — Бібліогр.: 11 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-156848 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1568482019-06-20T01:29:52Z Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair Khodyreva, S.N. Kutuzov, M.M. Lavrik, O.I. Minireviews Поли(ADP-рибозил)ирование – это посттрансляционная модификация белков, чрезвычайно важная для поддержания стабильности генома и выживания клеток с поврежденной ДНК. Поли(ADP-рибозил)ирование осуществляется ферментами поли(ADP-рибоза)полимеразами (PARP), которые, используя NAD+ в качестве субстрата, синтезируют полимер ADP-рибозы, ковалентно присоединенный к ядерным белкам, в том числе самим PARP. В настоящее время к семейству PARP относят большое количество белков, среди которых PARP1 является наиболее высококопийным и хорошо изученным. Несмотря на постоянное появление данных о значимости PARP для клеточных процессов, роль PARP2 – ближайшего гомолога PARP1 – в различных путях репарации ДНК недостаточно охарактеризована. В обзоре суммированы полученные in vivo и in vitro данные об участии PARP2 в специализированных процессах репарации ДНК– эксцизионной репарации оснований и репарации двухцепочечных разрывов ДНК. Ключевые слова: поли(ADP-рибозо)полимераза 2, поли(ADP-рибозил)ирование, репарация ДНК. Полі(ADP-рибозил)ювання – це посттрансляційна модифікація білків, яка є надзвичайно важливою для підтримки стабільності геному і виживання клітин з пошкодженою ДНК. Полі(ADP-рибозил)ювання здійснюється ферментами полі(ADP-рибоза)полімеразами (PARP), які, використовуючи NAD+ як субстрат, синтезують полімер ADP-рибози, ковалентно приєднаний до ядерних білків, у тому числі самим PARP. Наразі до сімейства PARP відносять велику кількість білків, з-поміж яких PARP1 є найвисококопійнішим і добре вивченим. Незважаючи на постійну появу даних стосовно значущості PARP для клітинних процесів, роль PARP2 – найближчого гомолога PARP1 – у різних шляхах репарації ДНК недостатньо охарактеризована. В огляді сумованоотримані in vivo та in vitro дані щодо участі PARP2 в спеціалізованих процесах репарації ДНК – ексцизійної репарації основ і репарації дволанцюгових розривів ДНК. Ключові слова: полі(ADP-рибозо)полімераза 2, полі(ADP-рибозил)ювання, репарація ДНК. Poly(ADP-ribosyl)ation is a posttranslational protein modification significant for the genomic stability and cell survival in response to DNA damage. Poly(ADP-ribosyl)ation is catalyzed by poly(ADP-ribose)polymerases (PARPs), which use NAD+ as a substrate, synthesize polymer of (ADP)-ribose (PAR) covalently attached to nuclear proteinsincluding PARP themselves. PARPs constitute a large family of proteins, in which PARP1 isthe most abundant and best-characterized member. In spite of growing body of PARPs’ role in cellular processes, PARP2, the closest homolog of PARP1, still remains poorly characterized at the level of its contribution to different pathways of DNA repair. An overview summarizes in vivo and in vitro data on PARP2 implication in specialized DNA repair processes, base excision repair and double strand break repair. Keywords: PARP2, poly(ADP-ribosyl)ation, DNA repair. 2012 Article Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair / S.N. Khodyreva, M.M. Kutuzov, O.I. Lavrik // Вiopolymers and Cell. — 2012. — Т. 28, № 3. — С. 199-201. — Бібліогр.: 11 назв. — англ. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.00004D http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156848 576.535 en Вiopolymers and Cell Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
English |
| topic |
Minireviews Minireviews |
| spellingShingle |
Minireviews Minireviews Khodyreva, S.N. Kutuzov, M.M. Lavrik, O.I. Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair Вiopolymers and Cell |
| description |
Поли(ADP-рибозил)ирование – это посттрансляционная модификация белков, чрезвычайно важная для поддержания стабильности генома и выживания клеток с поврежденной ДНК. Поли(ADP-рибозил)ирование осуществляется ферментами поли(ADP-рибоза)полимеразами (PARP), которые, используя NAD+ в качестве субстрата, синтезируют полимер ADP-рибозы, ковалентно присоединенный к ядерным белкам, в том числе самим PARP. В настоящее время к семейству PARP относят большое количество белков, среди которых PARP1 является наиболее высококопийным и хорошо изученным. Несмотря на постоянное появление данных о значимости PARP для клеточных процессов, роль PARP2 – ближайшего гомолога PARP1 – в различных путях репарации ДНК недостаточно охарактеризована. В обзоре суммированы полученные in vivo и in vitro данные об участии PARP2 в специализированных процессах репарации ДНК– эксцизионной репарации оснований и репарации двухцепочечных разрывов ДНК.
Ключевые слова: поли(ADP-рибозо)полимераза 2, поли(ADP-рибозил)ирование, репарация ДНК. |
| format |
Article |
| author |
Khodyreva, S.N. Kutuzov, M.M. Lavrik, O.I. |
| author_facet |
Khodyreva, S.N. Kutuzov, M.M. Lavrik, O.I. |
| author_sort |
Khodyreva, S.N. |
| title |
Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair |
| title_short |
Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair |
| title_full |
Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair |
| title_fullStr |
Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair |
| title_full_unstemmed |
Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair |
| title_sort |
role of poly(adp-ribose)polymerase 2 in dna repair |
| publisher |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Minireviews |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156848 |
| citation_txt |
Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair / S.N. Khodyreva, M.M. Kutuzov, O.I. Lavrik // Вiopolymers and Cell. — 2012. — Т. 28, № 3. — С. 199-201. — Бібліогр.: 11 назв. — англ. |
| series |
Вiopolymers and Cell |
| work_keys_str_mv |
AT khodyrevasn roleofpolyadpribosepolymerase2indnarepair AT kutuzovmm roleofpolyadpribosepolymerase2indnarepair AT lavrikoi roleofpolyadpribosepolymerase2indnarepair |
| first_indexed |
2025-07-14T09:10:15Z |
| last_indexed |
2025-07-14T09:10:15Z |
| _version_ |
1837612889109692416 |
| fulltext |
MINIREVIEWS
UDC 576.535
Role of poly(ADP-ribose)polymerase 2 in DNA repair
S. N. Khodyreva, M. M. Kutuzov, O. I. Lavrik
Novosibirsk Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
8, Akademika Lavrentieva Ave., Novosibirsk, Russian Federation, 630090
svetakh@niboch.nsc.ru
Poly(ADP-ribosyl)ation is a posttranslational protein modification significant for the genomic stability and cell
survival in response to DNA damage. Poly(ADP-ribosyl)ation is catalyzed by poly(ADP-ribose)polymerases
(PARPs), which use NAD+ as a substrate, synthesize polymer of (ADP)-ribose (PAR) covalently attached to
nuclear proteins including PARP themselves. PARPs constitute a large family of proteins, in which PARP1 is the
most abundant and best-characterized member. In spite of growing body of PARPs’ role in cellular processes,
PARP2, the closest homolog of PARP1, still remains poorly characterized at the level of its contribution to
different pathways of DNA repair. An overview summarizes in vivo and in vitro data on PARP2 implication in
specialized DNA repair processes, base excision repair and double strand break repair.
Keywords: PARP2, poly(ADP-ribosyl)ation, DNA repair.
Introduction. Poly(ADP-ribosyl)ation is a posttransla-
tional protein modification significant for genomic sta-
bility and cell survival in response to DNA damage [1].
Poly(ADP-ribosyl)ation is catalyzed by poly(ADP-ri-
bose)polymerases (PARPs). PARPs now constitute a
large family of 17 proteins displaying a conserved cata-
lytic domain, in which PARP1, PARP2 and PARP3 are
known to become catalytically active in response to
DNA damage [1]. Once activated, the enzymes using
NAD+ catalyze synthesis of ADP-ribose polymer (PAR)
attached to the acceptor proteins and to itself. The most
evident effects of protein poly(ADP-ribosyl)ation on re-
gulation of DNA repair involves: i) providing the DNA
repair machinery access to damaged DNA via loose-
ning of the poly(ADP-ribosyl)ated protein binding to
DNA due to electrostatic repulsion of negatively char-
ged PAR and DNA; ii) recruitment of the repair pro-
teins to DNA damages via direct interaction with PAR
attached to proteins [1].
PARP1, since its discovery, has long being consi-
dered as the only PARP capable for activation by DNA
damages. A new DNA damage-dependent PARP, na-
med PARP2, was discovered because of residual PAR
synthesis detected in PARP1-deficient cells [2]. Recom-
binant PARP2 was shown to be activated by DNA
(DNase I treated) and synthesizes PAR [2]. PARP1 and
PARP2 differ in the structure of their DNA-binding do-
mains and may recognize not identical types of DNA
lesions [2]. As a whole, PARP2 is much less active than
PARP1, despite of high homology of their catalytic do-
mains [2]. PARP1 and PARP2 also differ in their pro-
tein–protein interaction domains, and this may result in
differential responses caused by specific partner recruit-
ment. Although PARP1 and PARP2 functions could
overlap, in vivo experiments with Parp1–/– and Parp2–/–
mice demonstrated that lack of each of them could not
be fully compensated by another one [2].
PARP2 in base excision repair/single-strand
break repair. Base excision repair (BER) and single-
strand break repair (SSBR) are closely related proces-
ses that differ at early steps and share functions of enzy-
mes and co-factor proteins acting at the stages after
DNA strand incision [3]. BER/SSBR system takes part
in repair of DNA damages induced by alkylating and
oxidizing reagents and ionizing radiation [3]. PARP1 is
a well-known player in regulation of BER/SSBR [3]
while implication of PARP2 in these processes is insuf-
ficiently characterized [1]. PARP2 was shown to physi-
199
ISSN 0233–7657. Biopolymers and Cell. 2012. Vol. 28. N 3. P. 199–201
Institute of Molecular Biology and Genetics, NAS of Ukraine, 2012
cally and/or functionally interact with BER proteins,
PARP1, XRCC1, DNA polymerase β, and DNA ligase
III [4]. XRCC1 negatively regulates activity of PARP1
and PARP2, and is a PAR acceptor for both PARPs.
The physiological role of PARP2 in response to genoto-
xic stress was confirmed in mice and cells with disrup-
ted gene encoding PARP2 [4]. In response to treatment
by the alkylating agent N-nitroso-N-methylurea, PARP2
deficient cells displayed an important delay in DNA
strand breaks resealing, thus confirming the active role
of PARP2 in BER despite its low capacity for PAR syn-
thesis. Moreover, several lines of evidence allow to pro-
pose PARP2 involvement in BER at later stages as com-
pared to PARP1 [4].
PARP2 in double strand break repair. Double
strand breaks repair (DSBR) in higher eukaryotes is car-
ried out through the two unrelated DNA repair path-
ways, non-homologous end joining (NHEJ) and homo-
logous recombination (HR) [3]. HR uses the regions of
DNA homology (sister chromatid or homologous chro-
mosome) as coding information. NHEJ based on simp-
le end rejoining is presented by two pathways: Ku an-
tigen dependent (main) and Ku antigen independent
(alt-NHEJ), which involves the BER protein machi-
nery – PARP1, DNA polymerase β, and DNA ligase III/
XRCC1 [5]. Along with DSBs produced by DNA da-
maging agents, they are also resulted from collapse of
DNA replication forks at SSB persisting in DNA and
appear as intermediates in normal physiologic proces-
ses, V(D)J recombination and class switch (CS) recom-
bination (CSR), which are required for diversification
of T-cell receptors and immunoglobulin repertoire [5].
Proteome-wide search of PARP2 interactors by
affinity-purification combined with mass spectrometry
revealed physical interaction of PARP2 with Ku70 and
Ku80, which together are known as DNA binding com-
ponent of DNA dependent protein kinase (DNA PK).
Heterotrimeric complex composed of Ku70/Ku80 and
catalytic subunit is known as a master protein in NHEJ
[6].
Recently using high-density protein microarrays in
the absence of DNA damage mimetics, PALF protein
has been identified as the PARP2 substrate protein [7].
PALF protein is involved in the BER and NHEJ pro-
cesses [8]. Physical interaction of PARP2 with DNA
PK and PALF testifies in favor of PARP2 implication
in NHEJ. However, it has been revealed that PALF
functions in NHEJ together with PARP3, but not
PARP2 [8].
In humans, DSBs appeared during V(D)J and CS re-
combination are processed mainly by Ku antigen depen-
dent NHEJ; but in some specific conditions alt-NHEJ
can be involved in CSR [5]. Interestingly, that both
PARP1 and PARP2 are utilized in CSR process having
specific and nonredundant functions, while PARP1 fa-
cilitates alt-NHEJ, PARP2 suppresses IgH/c-myc trans-
locations during CSR [9].
In addition, PARP1 and PARP2 are required for
hydroxyurea-induced homologous recombination to re-
activate stalled replication forks [10]. The authors pro-
posed that PARP1 and PARP2 detect disrupted repli-
cation forks and attract Mre11 to produce ssDNA via re-
section; then RAD51 is loaded that induces subsequent
HR and restart of replication forks.
Using DNA duplexes with different DNA structu-
res mimicking DNA intermediates of various DNA de-
pendent processes it has been recently shown that
PARP2 displays the lowest affinity to blunt end DSB
(NHEJ substrate) and this DNA is the poorest activator
of PARP2, while PARP2 binds to and is activated bet-
ter with DNAs, which can be considered as DNA inter-
mediates of BER, HR and DNA replication [11].
Thus, although an evidence of direct involvement of
PARP2 in DSBR is missed, one could not deny out its
participation in this process, at least under certain cir-
cumstances.
Acknowledgements. This work was supported by
State contract 16.512.11.2241, RFBR (10-04-01083),
and program «Molecular and cellular biology».
С. Н. Хо ди ре ва, М. М. Ку ту зов, О. І. Лав рик
Роль полі(ADP-ри бо за)поліме ра зи 2 у ре па рації ДНК
Ре зю ме
Полі(ADP-ри бо зил)юван ня – це по сттран сляційна мо дифікація
білків, яка є над зви чай но важ ли вою для підтрим ки стабільності
ге но му і ви жи ван ня клітин з по шкод же ною ДНК. Полі(ADP-ри -
бо зил)юван ня здійснюється фер мен та ми полі(ADP-ри бо за)полі-
ме ра за ми (PARP), які, ви ко рис то ву ю чи NAD+ як суб страт, син -
те зу ють полімер ADP-ри бо зи, ко ва лен тно приєдна ний до ядер -
них білків, у тому числі са мим PARP. На разі до сіме йства PARP
відно сять ве ли ку кількість білків, з-поміж яких PARP1 є на й ви со -
ко копійнішим і доб ре вив че ним. Нез ва жа ю чи на постійну по я ву
да них сто сов но зна чу щості PARP для клітин них про цесів, роль
PARP2 – на й ближ чо го го мо ло га PARP1 – у різних шля хах ре па -
рації ДНК не дос тат ньо оха рак те ри зо ва на. В огляді су мо ва но
200
KHODYREVA S. N., KUTUZOV M. M., LAVRIK O. I.
от ри мані in vivo та in vitro дані щодо участі PARP2 в спеціалізо-
ваних про це сах ре па рації ДНК – ек сцизійної ре па рації основ і репа-
рації дво лан цю го вих роз ривів ДНК.
Клю чові сло ва: полі(ADP-ри бо зо)поліме ра за 2, полі(ADP-рибо-
зил)юван ня, ре па рація ДНК.
С. Н. Хо ды ре ва, М. М. Ку ту зов, О. И. Лав рик
Роль поли(ADP-ри бо за)по ли ме ра зы 2 в репарации ДНК
Ре зю ме
Поли(ADP-ри бо зил)иро ва ние – это по сттран сля ци он ная мо ди -
фи ка ция бел ков, чрез вы чай но важ ная для под дер жа ния ста биль -
нос ти ге но ма и вы жи ва ния кле ток с по вреж ден ной ДНК. Поли
(ADP-ри бо зил)иро ва ние осу ще ствля ет ся фер мен та ми поли(ADP-
рибоза)по ли ме ра за ми (PARP), ко то рые, ис поль зуя NAD+ в ка чест-
ве суб стра та, син те зи ру ют по ли мер ADP-ри бо зы, ко ва лен тно
присо е ди нен ный к ядер ным бел кам, в том чис ле са мим PARP. В на-
сто я щее вре мя к се ме йству PARP от но сят боль шое ко ли чес тво
бел ков, сре ди ко то рых PARP1 яв ля ет ся на и бо лее вы со ко ко пий-
ным и хо ро шо из учен ным. Нес мот ря на по сто ян ное по яв ле ние дан-
ных о зна чи мос ти PARP для кле точ ных про цес сов, роль PARP2 –
бли жай ше го го мо ло га PARP1 – в раз лич ных пу тях ре па ра ции
ДНК не дос та точ но оха рак те ри зо ва на. В об зо ре сум ми ро ва ны по-
лу чен ные in vivo и in vitro дан ные об учас тии PARP2 в спе ци а ли зи -
ро ван ных про цес сах ре па ра ции ДНК– экс ци зи он ной ре па ра ции ос-
но ва ний и ре па ра ции двух це по чеч ных раз ры вов ДНК.
Клю че вые сло ва: поли(ADP-ри бо зо)по ли ме ра за 2, поли(ADP-
рибо зил)иро ва ние, ре па ра ция ДНК.
REFERENCES
1. Hassa P. O., Haenni S. S. Elser M., Hottiger M. O. Nuclear
ADP-ribosylation reactions in mammalian cells: Where are we
today and where are we going? // Microbiol. Mol. Biol.
Rev.–2006.–70, N 3.–P. 789–829.
2. Ame J. C., Rolli V., Schreiber V., Niedergang C., Apiou F., De-
cker P., Muller S., Hoger T., Menissier-de Murcia J., de Murcia
G. PARP-2, A novel mammalian DNA damage-dependent poly
(ADP-ribose)polymerase // J. Biol. Chem.–1999.–274, N 25.–
P. 17860–17868.
3. Scharer O. D. Chemistry and biology of DNA repair //
Angewandte Chemie.–2003.–42, N 26.–P. 2946–2974.
4. Schreiber V., Ricoul M., Ame J. C., Dantzer F., Meder V. S., Spen-
lehauer C., Stiegler P., Niedergang C., Sabatier L. PARP-2,
structure-function relationship // Poly(ADP-ribosyl)ation / Ed.
A. Burkle.–Georgetown: Landes Bioscience, 2004.–P. 13–31.
5. Mladenov E., Iliakis G. Induction and repair of DNA double
strand breaks: the increasing spectrum of non-homologous end
joining pathways // Mutat. Res.–2011.–711, N 1–2.–P. 61–72.
6. Isabelle M., Moreel X., Gagne J. P., Rouleau M., Ethier C., Gag-
ne P., Hendzel M. J., Poirier G. G. Investigation of PARP-1,
PARP-2, and PARG interactomes by affinity-purification mass
spectrometry // Proteome Sci.–2010.–8.–P. 22.
7. Troiani S., Lupi R., Perego R., Depaolini S. R., Thieffine S., Bo-
sotti R., Rusconi L. Identification of candidate substrates for po-
ly(ADP-ribose)polymerase-2 (PARP2) in the absence of DNA
damage using high-density protein microarrays // FEBS J.–
2011.–278, N 19.–P. 3676–3687.
8. Rulten S. L., Fisher A. E. O., Robert I., Zuma M. C., Rouleau M.,
Ju L., Poirier V., Reina-San-Martin V., Caldecott K. W. PARP-3
and APLF function together to accelerate nonhomologous end-
joining // Mol. Cell.–2011.–41, N 1. –P. 33–45.
9. Robert I., Dantzer F., Reina-San-Martin B. Parp1 facilitates al-
ternative NHEJ, whereas Parp2 suppresses IgH/c-myc translo-
cations during immunoglobulin class switch recombination // J.
Exp. Med.–2009.–206, N 5.–P. 1047–1056.
10. Bryant H. E., Petermann E., Schultz N., Jemth A. S., Loseva O.,
Issaeva N., Johansson F., Fernandez S., McGlynn P., Helleday
T. PARP is activated at stalled forks to mediate Mre11-de-
pendent replication restart and recombination // EMBO J.–
2009.–28, N 17.–P. 2601–2615.
11. Kutuzov M. M., Ame J.-C., Khodyreva S. N., Schreiber V., Lav-
rik O. I. Interaction of PARP2 with DNA structures mimicking
DNA repair intermediates // Biopolym. Cell.–2011.–27, N 5.–
P. 383–386.
Received 15.01.12
201
ROLE OF POLY(ADP-RIBOSE) POLYMERASE 2 IN DNA REPAIR
|