

Гель-электрофорез как метод классификации ингибиторов поли(АДФ-рибоза)-полимераз 1 и 2
https://doi.org/10.55959/MSU0137-0952-16-79-4-10
Аннотация
Поли(АДФ-рибоза)-полимеразы 1 и 2 (PARP1 и PARP2) играют важную роль в репарации повреждений ДНК в клетке, а их ингибирование применяется для лечения некоторых онкологических заболеваний. Ведутся активные разработки новых ингибиторов PARP и изучение механизмов их действия. В настоящей работе на примере ингибиторов талазопариба, олапариба и велипариба показано, что электрофорез в полиакриламидном геле комплексов ДНК с PARP1 и PARP2 в присутствии ингибиторов позволяет выявить их влияние на сродство ферментов к ДНК, а после добавления субстрата НАД+ – оценить эффективность ингибирования каталитической активности ферментов. Учет данных механизмов действия важен для поиска новых ингибиторов PARP1 и PARP2.
Об авторах
А. А. ЛобановаРоссия
Лобанова Ангелина Андреевна – инженер, магистр 1 года кафедры
119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Тел.: 8-495-939-57-38
А. Н. Коровина
Россия
Коровина Анна Николаевна – науч. сотр. кафедры
119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Тел.: 8-495-939-57-38
Д. О. Кошкина
Россия
Кошкина Дарья Олеговна – мл. науч. сотр. кафедры
119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Тел.: 8-495-939-57-38
П. А. Черникова
Россия
Черникова Полина Андреевна – мл. науч. сотр. кафедры
119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Тел.: 8-495-939-57-38
А. В. Феофанов
Россия
Феофанов Алексей Валерьевич – докт. биол. наук, руководитель лаборатории оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул ИБХ РАН, проф. кафедры
119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Тел.: 8-495-938-22-91
В. М. Студитский
Россия
Студитский Василий Михайлович – докт. биол. наук, гл. науч. сотр. Кафедры и отдела эпигенетики рака ракового центра
119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Тел.: 8-495-938-22-91
США, штат Филадельфия, 19111-2497, г. Филадельфия, Коттман Авеню, д. 333
Д. К. Нилов
Россия
Нилов Дмитрий Константинович – вед. науч. сотр.отдела биокинетики
19992, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 40, Тел.: 8-495-939-53-59
Н. В. Малюченко
Россия
Малюченко Наталия Валериевна – канд. биол. наук, доц. кафедры
119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Тел.: 8-495-939-57-38
Список литературы
1. Langelier M.F., Eisemann T., Riccio A.A., Pascal J.M. PARP family enzymes: regulation and catalysis of the poly(ADP-ribose) posttranslational modification. Curr. Opin. Struct. Biol. 2018;53:187–198.
2. Szanto M., Yelamos J., Bai P. Specific and shared biological functions of PARP2 – is PARP2 really a lil’ brother of PARP1? Expert. Rev. Mol. Med. 2024;3(26)e13.
3. Kutuzov M.M., Belousova E.A., Ilina E.S., Lavrik O.I. Impact of PARP1, PARP2 & PARP3 on the base excision repair of nucleosomal DNA. Mechanisms of genome protection and repair. Advances in experimental medicine and biology, vol 1241. Ed. D. Zharkov. Cham Springer, 2020:47–57.
4. Alemasova E.E., Lavrik O.I. Poly(ADP-ribosyl)ation by PARP1: reaction mechanism and regulatory proteins. Nucleic Acids Res. 2019;47(8):3811–3827.
5. Cohen M.S., Chang P. Insights into the biogenesis, function, and regulation of ADP-ribosylation. Nat. Chem. Biol. 2018;14(3):236–243.
6. Maluchenko N.V., Koshkina D.O., Feofanov A.V., Studitsky V.M., Kirpichnikov M.P. Poly(ADP-ribosyl) code functions. Acta Naturae. 2021;13(2):58–69.
7. Pan L., Penney J., Tsai L.H. Chromatin regulation of DNA damage repair and genome integrity in the central nervous system. J. Mol. Biol. 2014;426(20):3376–3388.
8. Ko H.L., Ren E.C. Functional aspects of PARP1 in DNA repair and transcription. Biomolecules. 2012:2(4):524–548.
9. Das B., Choudhury B., Kumar A., Jyoti Baruah V. Genomic instability and DNA repair in cancer. DNA: Damages and repair mechanisms. Ed. P. Behzadi. IntechOpen; 2021:189–202.
10. Pazzaglia S., Pioli C. Multifaceted role of PARP-1 in DNA repair and inflammation: Pathological and therapeutic implications in cancer and non-cancer diseases. Cells. 2019;9(1):41.
11. Frederick M.I., Abdesselam D., Clouvel A., Croteau L., Hassan S. Leveraging PARP-1/2 to target distant metastasis. Int. J. Mol. Sci. 2024;25(16):9032.
12. Spiegel J.O., Van Houten B., Durrant J.D. PARP1: structural insights and pharmacological targets for inhibition. DNA Repair (Amst.). 2021;103:103125.
13. Zandarashvili L., Langelier M.F., Velagapudi U.K., Hancock M.A., Steffen J.D., Billur R., Hannan Z.M., Wicks A.J., Krastev D.B., Pettitt S.J., Lord C.J., Talele T.T., Pascal J.M., Black B.E. Structural basis for allosteric PARP-1 retention on DNA breaks. Science. 2020;368(6486):eaax6367.
14. Langelier M.F., Lin X., Zha S., Pascal J.M.. Clinical PARP inhibitors allosterically induce PARP2 retention on DNA. Sci. Adv. 2023;9(12):eadf7175.8.
15. Rudolph J., Jung K., Luger K. Inhibitors of PARP: number crunching and structure gazing. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2022;119(11):e2121979119.
16. Malyuchenko N.V., Kotova E.Y., Kulaeva O.I., Kirpichnikov M.P., Studitsky V.M. PARP1 Inhibitors: antitumor drug design. Acta Naturae. 2015;7(3):27–37.
17. Velagapudi U.K., Langelier M.F., Delgado-Martin C., Diolaiti M.E., Bakker S., Ashworth A., Patel B.A., Shao X., Pascal J.M., Talele T.T. Design and synthesis of poly(ADP-ribose) polymerase inhibitors: impact of adenosine pocket-binding motif appendage to the 3-oxo-2,3-dihydrobenzofuran-7-carboxamide on potency and selectivity. J. Med. Chem. 2019;62(11):5330–5357.
18. Kaufman B., Shapira-Frommer R., Schmutzler R.K., Audeh M.W., Friedlander M., Balmaña J., Mitchell G., Fried G., Stemmer S.M., Hubert A., Rosengarten O., Steiner M., Loman N., Bowen K., Fielding A., Domchek S.M. Olaparib monotherapy in patients with advanced cancer and a germline BRCA1/2 mutation. J. Clin. Oncol. 2015;33(3):244–250.
19. Harvey-Jones E., Raghunandan M., RobbezMasson L., et al. Longitudinal profiling identifies cooccurring BRCA1/2 reversions, TP53BP1, RIF1 and PAXIP1 mutations in PARP inhibitor-resistant advanced breast cancer. Ann. Oncol. 2024;35(4):364–380.
20. Murthy P., Muggia F. PARP inhibitors: clinical development, emerging differences, and the current therapeutic issues. Cancer Drug Resist. 2019;2(3):665–679.
21. Bruin M.A.C., Sonke G.S., Beijnen J.H., Huitema A.D.R. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of PARP inhibitors in oncology. Clin. Pharmacokinet. 2022;61(12):1649–1675.
22. Loehr A., Hussain A., Patnaik A., Bryce A.H., et al. Emergence of BRCA reversion mutations in patients with metastatic castration-resistant prostate cancer after treatment with rucaparib. Eur. Urol. 2023;83(3):200–209.
23. Maluchenko N., Koshkina D., Korovina A., Studitsky V., Feofanov A. Interactions of PARP1 inhibitors with PARP1-nucleosome complexes. Cells. 2022;11(21):3343.
24. Kutuzov M.M., Khodyreva S.N., Ame J.C., Ilina E.S., Sukhanova M.V., Schreiber V., Lavrik O.I. Interaction of PARP-2 with DNA structures mimicking DNA repair intermediates and consequences on activity of base excision repair proteins. Biochimie. 2013;95(6):1208–1215.
25. Deeksha W., Abhishek S., Giri J., Rajakumara E. Regulation of PARP1 and its apoptotic variant activity by single-stranded DNA. FEBS J. 2023; 290(18):4533–4542.
26. Laspata N., Kaur P., Mersaoui S.Y., Muoio D., Liu Z.S., Bannister M.H., Nguyen H.D., Curry C., Pascal J.M., Poirier G.G., Wang H., Masson J.Y., Fouquerel E. PARP1 associates with R-loops to promote their resolution and genome stability. Nucleic Acids Res. 2023;51(5):2215–2237.
27. Andreeva T.V., Maluchenko N.V., Efremenko A.V., Lyubitelev A.V., Korovina A.N., Afonin D.A., Kirpichnikov M.P., Studitsky V.M., Feofanov A.V. Epigallocatechin gallate affects the structure of chromatosomes, nucleosomes and their complexes with PARP1. Int. J. Mol. Sci. 2023;24(18):14187.
28. Langelier M.F., Steffen J.D., Riccio A.A., McCauley M., Pascal J.M. Purification of DNA damage-dependent PARPs from E. coli for structural and biochemical analysis. Poly(ADP-Ribose) Polymerase. Methods in Molecular Biology, vol 1608. Ed. A. Tulin. N.Y.: Humana Press, 2017: 431–444.
29. Maluchenko N., Saulina A., Geraskina O., Kotova E., Korovina A., Feofanov A., Studitsky V. Zinc-dependent nucleosome reorganization by PARP2. bioRxiv. 2023.
30. Maluchenko N.V., Nilov D.K., Pushkarev S.V., Kotova E.Y., Gerasimova N.S., Kirpichnikov M.P., Langelier M.F., Pascal J.M., Akhtar M.S., Feofanov A.V., Studitsky V.M. Mechanisms of nucleosome reorganization by PARP1. Int. J. Mol. Sci. 2021;22(22):12127.
31. Chappidi N., Quail T., Doll S., Vogel L.T., Aleksandrov R., Felekyan S., Kuhnemuth R., Stoynov S., Seidel C.A.M., Brugues J., Jahnel M., Franzmann T.M., Alberti S. PARP1-DNA co-condensation drives DNA repair site assembly to prevent disjunction of broken DNA ends. Cell. 2024;187(4):945-961.e18.
32. Vasil’eva I., Moor N., Anarbaev R., Kutuzov M., Lavrik O. Functional roles of PARP2 in assembling proteinprotein complexes involved in base excision DNA repair. Int. J. Mol. Sci. 2021;22(9):4679.
33. Murai J., Huang S.Y., Das B.B., Renaud A., Zhang Y., Doroshow J.H., Ji J., Takeda S., Pommier Y. Trapping of PARP1 and PARP2 by clinical PARP inhibitors. Cancer Res. 2012;72(21):5588–5599.
34. Murai J. Targeting DNA repair and replication stress in the treatment of ovarian cancer. Int. J. Clin. Oncol. 2017;22:619–628.
35. Murai J., Huang S.Y., Renaud A., Zhang Y., Ji J., Takeda S., Morris J., Teicher B., Doroshow J.H., Pommier Y. Stereospecific PARP trapping by BMN 673 and comparison with olaparib and rucaparib. Mol. Cancer Ther. 2014;13(2):433–443.
Рецензия
Для цитирования:
Лобанова А.А., Коровина А.Н., Кошкина Д.О., Черникова П.А., Феофанов А.В., Студитский В.М., Нилов Д.К., Малюченко Н.В. Гель-электрофорез как метод классификации ингибиторов поли(АДФ-рибоза)-полимераз 1 и 2. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2024;79(4):322-329. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0952-16-79-4-10
For citation:
Lobanova A.A., Korovina A.N., Koshkina D.O., Chernikova P.A., Feofanov A.V., Studitsky V.M., Nilov D.K., Maluchenko N.V. Gel electrophoretic analysis of protein-DNA complexes to classify inhibitors of poly(ADP-ribose) polymerases 1 and 2. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2024;79(4):322-329. (In Russ.) https://doi.org/10.55959/MSU0137-0952-16-79-4-10