- 文献综述（或调研报告）：
1. PARP简介
聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARP)于1963年由Chambon首次报道，PARP是存在于多数真核细胞中的一个蛋白质翻译后修饰酶，它通过识别结构损伤的DNA片段而被激活。PARP广泛参与真核生物中蛋白质的聚腺营二磷酸核糖化过程，它通过对多种靶蛋白的修饰，能够调节机体的很多生理过程，如修复受损伤的单链DNA、保持基因的稳定性和细胞的程序性凋亡等[1-3]。PARP家族目前有17位成员，其中PARP-1, PARP-2,PARP-4, Tankyrase-1 (TNKS1) , Tankyrase-2 (TNKS2)是己经确认发挥DNA修复，保持基因稳定性等作用的亚型，其他的亚型包括PARP-3, PARP-6, TIPARP, PARP-8等[1-3]。
PARP-1是PARP家族最重要的成员，它是DNA修复过程中不可缺少的修饰酶，尤其是在BER修复过程中。PARP-1被作为药物靶点在近30年来一直被人们广泛研究，被称为“DNA的守护天使”。PARP-1与多种疾病治疗领域相关，包括中风、心肌缺血、抗肿瘤、感染类疾病和糖尿病等[4-6]。但直至近几年，PARP-1抑制剂的临床研究才获得了显著进展，主要有治疗适应症主要集中在局部缺血和抗肿瘤这两大治疗领域。
PARP-1，PARP-2，PARP-3 ，TNKS1和TNKS2是目前PARP家族被人们着重关注的五个亚型，其中PARP-1, PARP-2和PARP-3的结构和蛋白晶体的相似度非常高；同样的TNKS 1和TNKS2的结构和蛋白晶体也具有高度的相似性，但是与PARP-1，PARP- 2，PARP- 3有显著的区别[7]。PARP-1是PARP家族中含量最丰富的成员，PARP-1在发挥细胞内聚腺苷二磷酸核糖基化过程中占据了高达90%的贡献比例[7,8]。
PARP-2与PARP-1的最为相近，是PARP家族中除PARP-1以外，另一种能与DNA损伤区域结合，发挥潜在基因修复作用的酶蛋白[7,8]。有研究表明：PARP-3基因敲除的小鼠能够正常存活，但PARP-1和PARP-2基因同时敲除的小鼠却会发生胚胎致死，这表明PARP-1和PARP-2在保持基因完整和细胞存活时共同发挥巨大作用。正是由于PARP-2和PARP-1结构和功能上的高度相似性，PARP-1抑制剂往往也可以同时抑制PARP-2[7,8]。
2. PARP-1的结构
目前，PARP蛋白根据结构域的不同，主要包含四类，第一类是依赖DNA的PARPs，有PARP-1，PARP-2和PARP-3，它们包含DNA结合域，通过DNA损伤被激活；第二类是Tankyrases，包括Tankyrase-1和Tankyrase-2，含有大量的锚蛋白重复结构域以促进蛋白与蛋白之间的相互作用；第三类由PARP-7，PARP-12和PARP-13为代表的CCCH型PAPRs，它们的Cys-Cys-Cys-His锌指结构域首先和RNA结合，接着WWE(Trp-Trp-Glu)域展现出PAR修饰活性；最后一类宏观PARPs，存在大区域的折叠，影响着蛋白质聚合的位置，仅是单腺苷二磷酸核糖转移酶，其余的PARP蛋白不属于这四类[9]。目前，所有的临床PARP抑制剂都抑制PARP-1和PARP-2的活性，PARP-2与造血干细胞的存活有关，PARP-3在DNA双链断裂(double-strand breaks, DSB)修复中通过招募aprataxin-like (APLF)因子形成DSB末端连接复合物中起到重要作用。研究表明，化合物AZD2461在BRCA突变的肿瘤消退临床模型中抑制了PARP-1和PARP-2的活性，对PARP-3无效[10-12]。虽然PARP-1和PARP-2都含有DNA结合域，能够与受损的DNA结合，但是PARP-1所占比例最大，发挥着90%以上的功能。
PARP-1是分子质量为116-kDa的蛋白，由三个功能域组成，第一部分为N端DNA结合域 (DNA binding domain, DBD)，由三个锌指结构域和DNA链断裂敏感元件(NLS)组成，ZnⅠ和ZnⅡ识别受损DNA，ZnⅢ则参与结构域间的联系[13]。NLS则在细胞凋亡中发挥作用。第二部分为自身修饰结构域 (automodification domain, AMD)，这一部分包含BRAC1的羧基端参与结构域间的联系并且还具有Capase-3酶切功能。BRCT结构与DNA修复酶XRCCl存在相互作用，可以促进碱基切除修复 (base excision repair, BER)途径。同时，PARP-l通过催化自身谷氨酸残基与ADP核糖形成PAR支链。自身PAR修饰可减弱PARP-1与DNA的结合，抑制PARP-1的催化活性。第三部分为C端催化域 (catalytic domain, CAT)，由富含色氨酸-甘氨酸-精氨酸域 (WGR)、alpha;螺旋结构域 (HD)和ADP核糖转移酶结构域(ART)组成。其中ART又包括烟酰胺结合位点和腺苷结合位点[14-16](如图1.2所示)。PARP-1的DNA结合域一旦识别出DNA损伤，就会迫使C端催化结构域构象发生改变，使活化位点暴露于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD )，从而激活PARP-1的活性。
3. PARP-1的功能
图3展示了PARP-1的修复DNA的具体过程[17-23]。(i)在未与DNA连接的状态下，PARP-1蛋白处在一种相对无序的构象中，通常称其为“念珠模型”，如图所示，PARP-1的结构包括3个锌指结构(zinc finger, ZnF ) , BRCA 1调控的C端区域(BRCA 1 C-terminus domain, BRGT )、色氨酸，甘氨酸和精氨酸富集区域(tryptophan-, glycine-, arginine-rich domain, WGR)以及催化区域；其中催化区域由两个亚区域：一个螺旋状区域(a helical domain, HD)和一个ADP核糖基转移酶催化区域(an ADP-ribosyltransferase, ART)。在未与DNA结合的情况下，HD区域发挥着自我抑制作用，阻止PARP-1的ART区域与PARP家族的辅助因子(p-NAD )的结合；(ii)由于外界过氧化反应、电离辐射和化学疗法药物等引起DNA的损伤，会首先出现SSBs，同时SSBs也会改变DNA双螺旋的结构，招募PARP-1来修复DNA ；(iii) DNA受损后，提供了与PARP-1锌指区域结合的位点，当锌指区域与受损的DNA结合后，将招募更多PARP-1蛋白的结合，形成PARP-1 /DNA复合物；(iv)然后，PARP-1蛋白的HD区域的构象发生了变化，丧失了自我抑制作用，通过别构作用激活了PARP-1的催化功能；Cv)在PARP-1酶的ART区域的催化功能驱使下，通过聚腺普二磷酸的核糖基化，招募DNA修复过程中的蛋白，调节染色质的重塑，最终完成DNA的修复；(vi) PARP-1的自我聚腺普二磷酸的核糖基化最终导致PARP-1从DNA上释放出来，并回到催化区域未被激活的状态；(vii)如果PARP-1/DNA的复合物不能形成，那么PARP-1的修复通路将被阻断，受损的DNA只能通过同源重组来完成DNA的修复[17-23]。
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