PARP1

PARP1 actúa como un primer respondedor que detecta el daño en el ADN y luego facilita la elección de la vía de reparación . ^{[ 12 ]} PARP1 contribuye a la eficiencia de la reparación mediante la ADP-ribosilación de las histonas , lo que conduce a la descompactación de la estructura de la cromatina , y mediante la interacción y modificación de múltiples factores de reparación del ADN . ^{[ 6 ]} PARP1 está implicada en la regulación de varios procesos de reparación del ADN, incluidas las vías de reparación por escisión de nucleótidos , unión de extremos no homólogos , unión de extremos mediada por microhomología , reparación recombinacional homóloga y reparación de errores de apareamiento del ADN . ^{[ 12 ]}

PARP1 tiene un papel en la reparación de roturas de ADN monocatenario (ssDNA). La reducción de los niveles intracelulares de PARP1 con siRNA o la inhibición de la actividad de PARP1 con moléculas pequeñas reduce la reparación de roturas de ssDNA. En ausencia de PARP1, cuando se encuentran estas roturas durante la replicación del ADN , la horquilla de replicación se detiene y se acumulan roturas de ADN bicatenario (dsDNA). Estas roturas de dsDNA se reparan mediante la reparación por recombinación homóloga (HR), un mecanismo de reparación potencialmente libre de errores. Por esta razón, las células que carecen de PARP1 muestran un fenotipo hiperrecombinagénico (p. ej., una mayor frecuencia de HR), ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} que también se ha observado in vivo en ratones utilizando el ensayo pun . ^{[ 16 ]} Por lo tanto, si la vía HR está funcionando, los mutantes nulos de PARP1 (células sin PARP1 funcional) no muestran un fenotipo no saludable y, de hecho, los ratones knockout de PARP1 no muestran ningún fenotipo negativo ni una mayor incidencia de formación de tumores. ^{[ 17 ]}

PARP1 es necesaria para la transcripción de NF-κB de mediadores proinflamatorios como el factor de necrosis tumoral , la interleucina 6 y la óxido nítrico sintasa inducible . ^{[ 9 ] [ 18 ]} La actividad de PARP1 contribuye a los macrófagos proinflamatorios que aumentan con la edad en muchos tejidos. ^{[ 19 ]} La ADP-ribosilación de la proteína del grupo de alta movilidad HMGB1 por PARP1 inhibe la eliminación de células apoptóticas , manteniendo así la inflamación. ^{[ 20 ]}

En el asma, PARP1 facilita el reclutamiento y la función de las células inmunitarias, incluidas las células T CD4+ , los eosinófilos y las células dendríticas . ^{[ 18 ]}

PARP1 es una de las seis enzimas necesarias para la vía de reparación del ADN altamente propensa a errores, la unión de extremos mediada por microhomología (MMEJ). ^{[ 21 ]} La MMEJ se asocia con anomalías cromosómicas frecuentes como deleciones, translocaciones, inversiones y otros reordenamientos complejos. Cuando PARP1 se sobreexpresa, la MMEJ aumenta, causando inestabilidad genómica . ^{[ 22 ]} PARP1 se sobreexpresa y la MMEJ aumenta en las leucemias activadas por tirosina quinasa. ^{[ 22 ]}

PARP1 también se sobreexpresa cuando su región promotora, el sitio ETS, está hipometilado epigenéticamente , y esto contribuye a la progresión al cáncer de endometrio, ^{[ 23 ]} cáncer de ovario con mutación BRCA, ^{[ 24 ]} y cáncer de ovario seroso con mutación BRCA. ^{[ 25 ]}

PARP1 también se sobreexpresa en varios otros cánceres, incluidos el neuroblastoma, ^{[ 26 ]} el carcinoma orofaríngeo infectado por VPH, ^{[ 27 ]} los tumores testiculares y otros tumores de células germinales, ^{[ 28 ]} el sarcoma de Ewing, ^{[ 29 ]} el linfoma maligno, ^{[ 30 ]} el cáncer de mama, ^{[ 31 ]} y el cáncer de colon. ^{[ 32 ]}

Los cánceres suelen presentar deficiencias en la expresión de uno o más genes de reparación del ADN, pero la sobreexpresión de un gen de reparación del ADN es menos frecuente en el cáncer. Por ejemplo, al menos 36 enzimas de reparación del ADN, cuando presentan defectos mutacionales en las células germinales, aumentan el riesgo de cáncer ( síndromes de cáncer hereditario ). (Véase también Trastorno por deficiencia en la reparación del ADN ). De manera similar, se ha observado con frecuencia que al menos 12 genes de reparación del ADN se encuentran reprimidos epigenéticamente en uno o más cánceres. (Véase también Reparación del ADN reducida epigenéticamente y cáncer ). Normalmente, la expresión deficiente de una enzima de reparación del ADN produce un aumento del daño al ADN no reparado que, a través de errores de replicación ( síntesis translesional ), conduce a mutaciones y cáncer. Sin embargo, la reparación MMEJ mediada por PARP1 es altamente imprecisa, por lo que, en este caso, la sobreexpresión, en lugar de la subexpresión, aparentemente conduce al cáncer.

Tanto BRCA1 como BRCA2 son al menos parcialmente necesarios para que funcione la vía HR. Se ha demostrado que las células deficientes en BRCA1 o BRCA2 son altamente sensibles a la inhibición o la eliminación de PARP1, lo que provoca la muerte celular por apoptosis , en marcado contraste con las células que poseen al menos una copia funcional de BRCA1 y BRCA2. Muchos cánceres de mama presentan defectos en la vía de reparación HR BRCA1/BRCA2 debido a mutaciones en BRCA1 o BRCA2, u otros genes esenciales en la vía (estos últimos denominados cánceres con "BRCAness"). Se postula que los tumores con BRCAness son altamente sensibles a los inhibidores de PARP1, y se ha demostrado en ratones que estos inhibidores pueden prevenir que los xenoinjertos deficientes en BRCA1/2 se conviertan en tumores y erradicar los tumores que se han formado previamente a partir de xenoinjertos deficientes en BRCA1/2.

Se están probando los inhibidores de PARP1 para evaluar su eficacia en la terapia contra el cáncer . ^{[ 33 ]} Se hipotetiza que los inhibidores de PARP1 podrían resultar terapias altamente efectivas para cánceres con BRCAness, debido a la alta sensibilidad de los tumores al inhibidor y la ausencia de efectos nocivos en las células sanas restantes con la vía BRCA HR funcional. Esto contrasta con las quimioterapias convencionales , que son altamente tóxicas para todas las células y pueden inducir daño en el ADN de las células sanas, lo que conduce a la generación de cáncer secundario. ^{[ 34 ] [ 35 ]}

La actividad de PARP (que se debe principalmente a PARP1) medida en las células sanguíneas de leucocitos mononucleares permeabilizadas de trece especies de mamíferos (rata, cobaya, conejo, tití, oveja, cerdo, vaca, chimpancé pigmeo, caballo, burro, gorila, elefante y hombre) se correlaciona con la esperanza de vida máxima de la especie. ^{[ 36 ]} Las líneas celulares linfoblastoides establecidas a partir de muestras de sangre de humanos que eran centenarios (100 años o más) tienen una actividad de PARP significativamente mayor que las líneas celulares de individuos más jóvenes (20 a 70 años). ^{[ 37 ]} La proteína Wrn es deficiente en personas con síndrome de Werner , un trastorno humano de envejecimiento prematuro. Las proteínas PARP1 y Wrn son parte de un complejo involucrado en el procesamiento de roturas del ADN . ^{[ 38 ]} Estos hallazgos indican un vínculo entre la longevidad y la capacidad de reparación del ADN mediada por PARP. Además, PARP también puede actuar contra la producción de especies reactivas de oxígeno, lo que puede contribuir a la longevidad al inhibir el daño oxidativo al ADN y las proteínas. ^{[ 39 ]} Estas observaciones sugieren que la actividad de PARP contribuye a la longevidad de los mamíferos, en consonancia con la teoría del daño al ADN del envejecimiento .

PARP1 parece ser el principal objetivo funcional del resveratrol a través de su interacción con la tirosil-ARNt sintetasa (TyrRS). ^{[ 40 ]} La tirosil-ARNt sintetasa se transloca al núcleo en condiciones de estrés, estimulando la autopoli- ADP-ribosilación dependiente de NAD ⁺ de PARP1, ^{[ 40 ]} alterando así las funciones de PARP1 de una proteína arquitectónica de la cromatina a un respondedor al daño del ADN y regulador de la transcripción. ^{[ 41 ]}

El nivel de ARN mensajero y el nivel de proteína de PARP1 están controlados, en parte, por el nivel de expresión del factor de transcripción ETS1 , que interactúa con múltiples sitios de unión de ETS1 en la región promotora de PARP1. ^{[ 42 ]} El grado en que el factor de transcripción ETS1 puede unirse a sus sitios de unión en el promotor de PARP1 depende del estado de metilación de las islas CpG en los sitios de unión de ETS1 en el promotor de PARP1. ^{[ 23 ]} Si estas islas CpG en los sitios de unión de ETS1 del promotor de PARP1 están hipometiladas epigenéticamente , PARP1 se expresa a un nivel elevado. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

Las células de personas mayores (de 69 a 75 años) presentan un nivel de expresión constitutiva de los genes PARP1 y PARP2 reducido a la mitad, en comparación con los niveles en adultos jóvenes (de 19 a 26 años). Sin embargo, los centenarios (de 100 a 107 años) presentan una expresión constitutiva de PARP1 similar a la de los individuos jóvenes. ^{[ 43 ]} Se ha demostrado que este alto nivel de expresión de PARP1 en centenarios permite una reparación más eficiente del daño oxidativo subletal del ADN causado por H₂O₂. _[ 43 ] _Se ^{cree que una} mayor reparación del ADN contribuye a la longevidad (véase la teoría del daño del ADN en el envejecimiento ). Se ha considerado que los altos niveles constitutivos de PARP1 en centenarios se deben a una alteración del control epigenético de la expresión de PARP1. ^{[ 43 ]}

Tanto la sirtuina 1 como la PARP1 tienen una afinidad aproximadamente igual por el NAD+ que ambas enzimas requieren para su actividad. ^{[ 44 ]} Pero el daño al ADN puede aumentar los niveles de PARP1 más de 100 veces, dejando poco NAD+ para SIRT1. ^{[ 44 ]}