Science：深度解析，揭示潜在的药物新靶点

　　

生物通报道  来自美国托马斯杰斐逊大学Kimmel癌症中心的研究人员在新研究中深度解析了一个DNA损伤检测酶PARP-1的分子细节。当PARP-1受到抑制时被证实可以有效地对抗癌症和其他疾病。相关研究论文在线发布在5月11日的《科学》（Science）杂志上。

该研究由来自托马斯杰斐逊大学Kimmel癌症中心生物化学和分子生物学系的助理教授ohn M. Pascal博士领导，在研究中揭示了一些可供药物瞄准用于终止PARP-1活性的新靶位点，其中包括特化的“锌指”区域。

这一研究领域旨在鉴别出更多特异性的PARP-1抑制剂，实现靶向性抑制，减少潜在的副作用。抑制PARP-1的药物也被证实能够有效治疗炎症和心脏病。

Pascal 博士说：“PARP-1已被确定是一个有价值的靶点，然而它有什么特别之处？在它获得激活的途径中什么是真正的薄弱点？我们希望通过确定它的结构和机械体系更好地了解如何特异性地抑制PARP-1。”

薄弱点被发现是独特存在于PARP-1的多结构域接口。现在研究人员知道PARP-1的多结构域聚合在一起，结合到了DNA损伤处，这种结构域间的“沟通”为DNA损伤依赖的PARP-1活性所必需。

PARP-1是一种可检测并对DNA结构断裂做出响应的蛋白质。如果PARP-1的活性受到损害，DNA链断裂将无法修复，而转变为更加危险的DNA损伤类型。在正常组织中，一种称为同源重组的修复机制会修复损伤的DNA。然而在携带BRCA突变的癌症中，例如某些乳腺癌和卵巢癌，同源重组会失活。因此这些癌细胞便依赖于PARP-1在DNA修复中发挥作用。

在更为一般的情况下，DNA损伤药物结合抑制PARP‑1可以进一步促进这些药物的凋亡活性，帮助阻止肿瘤生长。

如今，正在临床前和临床研究中开展测试的大量PARP-1抑制剂均是靶向催化活性位点。然而这种方法存在局限性，因为在一些其他的执行重要细胞功能的PARP样蛋白中也具有相似的催化位点，因而增高了脱靶效应的可能性。

“在我们的PARP-1结构中我们兴奋地发现在可以抑制的蛋白质上有一些特化的位点；你可以无需触及催化活性位点来有效衰减催化活性，”Pascal博士说。

利用X射线晶体学，研究人员研究了PARP-1组件结构域间的互作，以及它们在结合到DNA损伤位点中的组合作用。PARP-1/DNA结构揭示出在DNA结合上形成的结构域内联系网络。研究人员发现这些结构域必须聚合到一起装配才能具有催化活性。

Pascal 博士说：“我们的研究表明我们应该寻找可以阻止这些结构域聚合到一起的抑制剂。我们筛查的不应是催化活性抑制剂，而是可以破坏PARP-1结构域间沟通的抑制剂，转而关闭催化活性。”

密切关注这些特化结构域可以激励设计出新一类的PARP抑制剂。

Barbara Gerratana在美国国家卫生研究院下属国家综合医学科学研究所负责监管酶催化研究资金（新研究获得了部分的资助）。Barbara Gerratana说：“Pascal博士的结构和生化特征揭示出了DNA损伤识别，以及结构域间沟通调控PARP‑1活性的机制。这项工作对于了解这一调控细胞增殖至关重要的酶是一个重大的突破，并为癌症治疗提供了一个有潜力的靶点。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Structural Basis for DNA Damage–Dependent Poly(ADP-ribosyl)ation by Human PARP-1

Poly(ADP-ribose) polymerase–1 (PARP-1) (ADP, adenosine diphosphate) has a modular domain architecture that couples DNA damage detection to poly(ADP-ribosyl)ation activity through a poorly understood mechanism. Here, we report the crystal structure of a DNA double-strand break in complex with human PARP-1 domains essential for activation (Zn1, Zn3, WGR-CAT). PARP-1 engages DNA as a monomer, and the interaction with DNA damage organizes PARP-1 domains into a collapsed conformation that can explain the strong preference for automodification. The Zn1, Zn3, and WGR domains collectively bind to DNA, forming a network of interdomain contacts that links the DNA damage interface to the catalytic domain (CAT). The DNA damage–induced conformation of PARP-1 results in structural distortions that destabilize the CAT. Our results suggest that an increase in CAT protein dynamics underlies the DNA-dependent activation mechanism of PARP-1.