vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biologyvestnik-bio-msu-392Research ArticleМолекулярная биологияMolecular biologyПОИСК МИШЕНЕЙ ДЛЯ ГОССИПОЛА В СОСТАВЕ БЕЛКА PARP1EVALUATING PARP1 DOMAINS AS GOSSYPOL TARGETSГроссС.GrossS.

Гросс Скотт (Gross Scott) — студент лаборатории эпигенетики рака

Cancer Epigenetics Team

tug29564@temple.eduКотоваЕ. Ю.KotovaE. Yu.

Котова Елена Юрьевна — научный сотрудник лаборатории эпигенетики рака

Cancer Epigenetics Team

elena.kotova@fccc.eduМалюченкоН. В.MaluchenkoN. V.

Малюченко Наталия Валериевна — кандидат биологических наук, доцент кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ

Department of Bioengineering, School of Biology

mal_nat@mail.ruПаскальДж. М.PascalJ. M.

Паскаль Джон Мэттесон (Pascal John Matteson) — кандидат биологических наук, профессор кафедры биохимии

Department of Biochemistry and Molecular Medicine

john.pascal@umontreal.caСтудитскийВ. М.StuditskyV. M.

Студитский Василий Михайлович — доктор биологических наук, вед научный сотрудник кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ

Department of Bioengineering, School of Biolog, MSU

vasily.studitsky@fccc.eduЦентр исследований рака Фокс Чейз, штат Пенсильвания, ФиладельфияСоединённые Штаты АмерикиFox Chase Cancer Center, Philadelphia,United StatesЦентр исследований рака Фокс Чейз, штат Пенсильвания, ФиладельфияСоединённые Штаты АмерикиFox Chase Cancer Center, PhiladelphiaUnited StatesМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова, МоскваРоссияLomonosov Moscow State University, MoscowRussian FederationУниверситет Монреаля, Квебек, МонреальКанадаUniversité de MontréalCanadaЦентр исследований рака Фокс Чейз, штат Пенсильвания, Филадельфия; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, МоскваРоссияFox Chase Cancer Center, Philadelphia; Moscow State University, MoscowRussian Federation201627102016046165Copyright © Гросс С., Котова Е.Ю., Малюченко Н.В., Паскаль Д.М., Студитский В.М., 20162016Гросс С., Котова Е.Ю., Малюченко Н.В., Паскаль Д.М., Студитский В.М.Gross S., Kotova E.Y., Maluchenko N.V., Pascal J.M., Studitsky V.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik-bio-msu.elpub.ru/jour/article/view/392

PARP1 представляет собой ключевой фермент, участвующий в репарации ДНК, репликации и транскрипции, а ингибиторы PARP1 рассматриваются как перспективные противоопухолевые препараты, действующие как химиои радиосенсибилизаторы при традиционной терапии злокачественных образований. Ранее было обнаружено, что природный полифенол из хлопчатника — госсипол — способен ингибировать PARP1, но точный механизм его действия остается неизвестным. В данной работе проводили поиск мишеней действия госсипола, используя серию мутантов PARP1, лишенных домена BRCT или содержащих различные мутации в Zn3-домене. Ингибирование госсиполом PARP1 сравнивали с действием олапариба — ингибитора PARP1, c известным механизмом действия, направленным на каталитический центр PARP1. Было показано, что ни домен BRCT, ни какой-либо из трех Zn-доменов не требуются для ингибирования госсиполом каталитической активности PARP1, поскольку данный ингибитор проявлял сходную активность по отношению как к нативному, так и к мутантным вариантам PARP1. Полученные данные противоречат высказанному ранее предположению, согласно которому, мишенью для действия госсипола является BRCT-домен PARP1. Таким образом, мишенью действия госсипола, видимо, являются другие домены или междоменные участки белка PARP1. 

Poly ADP-ribose polymerase 1 (PARP1) is an important enzyme, which is involved in DNA repair, replication, and transcription. Prospective anti-cancer drug gossypol inhibits human PARP1, but the mechanism of inhibition remains unknown. Previously it has been shown that gossypol interacts with purified BRCA1 C-terminus (BRCT) domain in vitro, but it remains unclear whether it inhibits PARP1 through BRCT domain in the context of the full length protein. Here it is shown that the BRCT domain within the full-length PARP1 protein is not required for inhibition of catalytic activity of PARP1 by gossypol. Our data obtained using a series of PARP1 mutations and H4-dependent pathway of PARP1 activation also show that Zinc fingers, the DNA binding domains of PARP1, are not involved in the inhibition of PARP1 catalytic activity by gossypol. Thus the likely candidate target(s) for gossypol action are other domains of PARP1 or interdomain linkers. 

PARP1олапарибгоссиполBRCT-доменZn3-доменWGR-доменполи(АДФ-рибозил)ированиеPARP1olaparibgossypolBRCT domainZn3 domainWGR-domainpoly ADPribosylationReferencesAme J.C., Spenlehauer C., de Murcia G. The PARP superfamily // BioEssays. 2004. Vol. 26. N 8. P. 882–893Ame J.C., Spenlehauer C., de Murcia G. The PARP superfamily // BioEssays. 2004. Vol. 26. N 8. P. 882–893Ludwig A., Behnke B., Holtlund J., Hilz H. Immunoquantitation and size determination of intrinsic poly(ADPribose) polymerase from acid precipitates. An analysis of the in vivo status in mammalian species and in lower eukaryotes // J. Biol. Chem. 1988. Vol. 263. N 15. P.6993–6999.Ludwig A., Behnke B., Holtlund J., Hilz H. Immunoquantitation and size determination of intrinsic poly(ADPribose) polymerase from acid precipitates. An analysis of the in vivo status in mammalian species and in lower eukaryotes // J. Biol. Chem. 1988. Vol. 263. N 15. P.6993–6999.Yamanaka H., Penning C.A., Willis E.H., Wasson D.B., Carson D.A. Characterization of human poly(ADP-ribose) polymerase with autoantibodies // J. Biol. Chem. 1988. Vol. 263. N 8. P. 3879–3883.Yamanaka H., Penning C.A., Willis E.H., Wasson D.B., Carson D.A. Characterization of human poly(ADP-ribose) polymerase with autoantibodies // J. Biol. Chem. 1988. Vol. 263. N 8. P. 3879–3883.Haince JF., McDonald D., Rodrigue A., Dery U., Masson J.Y., Hendzel M.J., Poirier G.G. PARP1-dependent kinetics of recruitment of MRE11 and NBS1 proteins to multiple DNA damage sites // J. Biol. Chem. 2008. Vol. 283. N 2. P. 1197–1208.Haince JF., McDonald D., Rodrigue A., Dery U., Masson J.Y., Hendzel M.J., Poirier G.G. PARP1-dependent kinetics of recruitment of MRE11 and NBS1 proteins to multiple DNA damage sites // J. Biol. Chem. 2008. Vol. 283. N 2. P. 1197–1208.Thomas C., Tulin A.V. Poly-ADP-ribose polymerase: machinery for nuclear processes // Mol. Aspects Med. 2013. Vol. 34. N 6. P. 1124–1137.Thomas C., Tulin A.V. Poly-ADP-ribose polymerase: machinery for nuclear processes // Mol. Aspects Med. 2013. Vol. 34. N 6. P. 1124–1137.Nishikimi M., Ogasawara K., Kameshita I., Taniguchi T., Shizuta Y. Poly(ADP-ribose) synthetase. The DNA binding domain and the automodification domain // J. Biol. Chem. 1982. Vol. 257. N 11. P. 6102–6105.Nishikimi M., Ogasawara K., Kameshita I., Taniguchi T., Shizuta Y. Poly(ADP-ribose) synthetase. The DNA binding domain and the automodification domain // J. Biol. Chem. 1982. Vol. 257. N 11. P. 6102–6105.Kameshita I., Matsuda Z., Taniguchi T., Shizuta Y. Poly (ADP-Ribose) synthetase. Separation and identification of three proteolytic fragments as the substrate-binding domain, the DNA-binding domain, and the automodification domain // J. Biol. Chem. 1984. Vol. 259. N 8. P. 4770–4776.Kameshita I., Matsuda Z., Taniguchi T., Shizuta Y. Poly (ADP-Ribose) synthetase. Separation and identification of three proteolytic fragments as the substrate-binding domain, the DNA-binding domain, and the automodification domain // J. Biol. Chem. 1984. Vol. 259. N 8. P. 4770–4776.Gibson B.A., Kraus W.L. New insights into the molecular and cellular functions of poly(ADP-ribose) and PARPs // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2012. Vol. 13 N 7. P. 411–424.Gibson B.A., Kraus W.L. New insights into the molecular and cellular functions of poly(ADP-ribose) and PARPs // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2012. Vol. 13 N 7. P. 411–424.Langelier M.F., Servent K.M., Rogers E.E., Pascal J.M. A third zinc-binding domain of human poly(ADP-ribose) polymerase-1 coordinates DNA-dependent enzyme activation // J. Biol. Chem. 2008. Vol. 283. N 7. P. 4105–4114.Langelier M.F., Servent K.M., Rogers E.E., Pascal J.M. A third zinc-binding domain of human poly(ADP-ribose) polymerase-1 coordinates DNA-dependent enzyme activation // J. Biol. Chem. 2008. Vol. 283. N 7. P. 4105–4114.Tao Z., Gao P., Hoffman D.W., Liu H.W. Domain C of human poly(ADP-ribose) polymerase-1 is important for enzyme activity and contains a novel zinc-ribbon motif // Biochemistry. 2008. Vol. 47. N 21. P. 5804–5813.Tao Z., Gao P., Hoffman D.W., Liu H.W. Domain C of human poly(ADP-ribose) polymerase-1 is important for enzyme activity and contains a novel zinc-ribbon motif // Biochemistry. 2008. Vol. 47. N 21. P. 5804–5813.Langelier M., Ruhl D. D., Planck J.L., Kraus W.L., Pascal J.M. The Zn3 domain of human poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP1) functions in both DNA-dependent poly(ADP-ribose) synthesis activity and chromatin compaction // J. Biol. Chem. 2010. Vol. 285. N 24. P. 18877–18887.Langelier M., Ruhl D. D., Planck J.L., Kraus W.L., Pascal J.M. The Zn3 domain of human poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP1) functions in both DNA-dependent poly(ADP-ribose) synthesis activity and chromatin compaction // J. Biol. Chem. 2010. Vol. 285. N 24. P. 18877–18887.Langelier M.F., Planck J.L., Roy S., Pascal J.M. Structural basis for DNA damage-dependent poly(ADP-ribosyl)ation by human PARP-1 // Science 2012. Vol. 336. N 6082. P. 728–732.Langelier M.F., Planck J.L., Roy S., Pascal J.M. Structural basis for DNA damage-dependent poly(ADP-ribosyl)ation by human PARP-1 // Science 2012. Vol. 336. N 6082. P. 728–732.Bork P., Hofman K., Buche P., Neuwal A.F., Altschu S.F., Koonin E.V. A superfamily of conserved domains in DNA damage-responsive cell cycle checkpoint proteins // Faseb J. 1997. Vol. 11. N 1. P. 68–76.Bork P., Hofman K., Buche P., Neuwal A.F., Altschu S.F., Koonin E.V. A superfamily of conserved domains in DNA damage-responsive cell cycle checkpoint proteins // Faseb J. 1997. Vol. 11. N 1. P. 68–76.Masson M., Niedergang C., Schreiber V., Muller S., Menissier-de Murcia J., de Murcia G. XRCC1 is specifically associated with poly(ADPribose) polymerase and negatively regulates its activity following DNA damage // Mol. Cell. Biol. 1998. Vol. 18. N 6. P. 3563–3571.Masson M., Niedergang C., Schreiber V., Muller S., Menissier-de Murcia J., de Murcia G. XRCC1 is specifically associated with poly(ADPribose) polymerase and negatively regulates its activity following DNA damage // Mol. Cell. Biol. 1998. Vol. 18. N 6. P. 3563–3571.Masson M., Menissier-de Murcia J., Mattei, M.G., de Murcia G., Niedergang C.P. Poly(ADP-ribose) polymerase interacts with a novel human ubiquitin conjugating enzyme: hUbc9 // Gene. 1997. Vol. 190. N 2. P. 287–296.Masson M., Menissier-de Murcia J., Mattei, M.G., de Murcia G., Niedergang C.P. Poly(ADP-ribose) polymerase interacts with a novel human ubiquitin conjugating enzyme: hUbc9 // Gene. 1997. Vol. 190. N 2. P. 287–296.Buki K.G., Bauer P.I., Hakam A., Kun E. Identification of domains of poly(ADP-ribose) polymerase for protein binding and selfassociation // J. Biol. Chem. 1995. Vol. 270. N 7. P. 3370–3377.Buki K.G., Bauer P.I., Hakam A., Kun E. Identification of domains of poly(ADP-ribose) polymerase for protein binding and selfassociation // J. Biol. Chem. 1995. Vol. 270. N 7. P. 3370–3377.Nie J., Sakamoto S., Song D., Qu Z., Ota K., Taniguchi T. Interaction of Oct-1 and automodification domain of poly(ADP-ribose) synthetase // FEBS Lett. 1998. Vol. 424. N 1–2. P. 27–32.Nie J., Sakamoto S., Song D., Qu Z., Ota K., Taniguchi T. Interaction of Oct-1 and automodification domain of poly(ADP-ribose) synthetase // FEBS Lett. 1998. Vol. 424. N 1–2. P. 27–32.Griesenbeck J., Ziegler M., Tomilin N., Schweiger M., Oei S.L. Stimulation of the catalytic activity of poly(ADP-ribosyl) transferase by transcription factor Yin Yang 1 // FEBS Lett. 1999. Vol. 443. N 1. P. 20–24.Griesenbeck J., Ziegler M., Tomilin N., Schweiger M., Oei S.L. Stimulation of the catalytic activity of poly(ADP-ribosyl) transferase by transcription factor Yin Yang 1 // FEBS Lett. 1999. Vol. 443. N 1. P. 20–24.Na Z., Peng B., Ng S., Pan S., Lee J.S., Shen H.M., Yao S.Q. A small-molecule protein-protein interaction inhibitor of PARP1 that targets its BRCT domain // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2015. Vol. 54. N 8. P. 2515–2519.Na Z., Peng B., Ng S., Pan S., Lee J.S., Shen H.M., Yao S.Q. A small-molecule protein-protein interaction inhibitor of PARP1 that targets its BRCT domain // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2015. Vol. 54. N 8. P. 2515–2519.Malyuchenko N.V., Kotova E.Yu., Kulaeva O.I., Kirpichnikov M.P., Studitskiy V.M. PARP1 inhibitors: Antitumor drug design // Acta Naturae. 2015. Vol. 7. N 3. P. 27–37.Malyuchenko N.V., Kotova E.Yu., Kulaeva O.I., Kirpichnikov M.P., Studitskiy V.M. PARP1 inhibitors: Antitumor drug design // Acta Naturae. 2015. Vol. 7. N 3. P. 27–37.Gilbert N.E. O’Reilly J.E., Chang C.J., Lin Y.C., Brueggemeier R.W. Antiproliferative activity of gossypol and gossypolone on human breast cancer cells // Life Sci. 1995. Vol. 57. N. 1. Р. 61–67.Gilbert N.E. O’Reilly J.E., Chang C.J., Lin Y.C., Brueggemeier R.W. Antiproliferative activity of gossypol and gossypolone on human breast cancer cells // Life Sci. 1995. Vol. 57. N. 1. Р. 61–67.Langelier M.F., Planck J.L., Servent K.M., Pascal J.M. Purification of human PARPI and PARPI domains from E.coli for structural and biochemical analysis // Methods Mol. Biol. 2011. Vol. 780. Р. 209–226.Langelier M.F., Planck J.L., Servent K.M., Pascal J.M. Purification of human PARPI and PARPI domains from E.coli for structural and biochemical analysis // Methods Mol. Biol. 2011. Vol. 780. Р. 209–226.Kotova E., Pinnola A.D., Tulin A.V. Small-molecule collection and high-throughput colorimetric assay to identify PARP-1 inhibitors // Methods Mol. Biol. 2011. Vol. 780. P. 491–516.Kotova E., Pinnola A.D., Tulin A.V. Small-molecule collection and high-throughput colorimetric assay to identify PARP-1 inhibitors // Methods Mol. Biol. 2011. Vol. 780. P. 491–516.Dawicki-McKenna J.M., Langelier M.F., DeNizio J.E., Riccio A.A., Cao C.D., Karch K.R., McCauley M., Steffen J.D., Black B.E., Pascal J.M. PARP-1 activation requires local unfolding of an autoinhibitory domain // Mol. Cell. 2015. Vol. 60. N 5. P. 755–768.Dawicki-McKenna J.M., Langelier M.F., DeNizio J.E., Riccio A.A., Cao C.D., Karch K.R., McCauley M., Steffen J.D., Black B.E., Pascal J.M. PARP-1 activation requires local unfolding of an autoinhibitory domain // Mol. Cell. 2015. Vol. 60. N 5. P. 755–768.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.