Human PARP family consists of 17 members of which PARP-1 is a prominent member and plays a key role in DNA repair pathways. It has an N-terminal DNA-binding domain (DBD) encompassing the nuclear localisation signal (NLS), central automodification domain and C-terminal catalytic domain. PARP-1 accounts for majority of poly-(ADP-ribose) polymer synthesis that upon binding to numerous proteins including PARP itself modulates their activity. Reduced PARP-1 activity in ageing human samples and its deficiency leading to telomere shortening has been reported. Hence for cell survival, maintenance of genomic integrity and longevity presence of intact PARP-1 in the nucleus is paramount. Although localisation of full-length and truncated PARP-1 in PARP-1 proficient cells is well documented, subcellular distribution of PARP-1 fragments in the absence of endogenous PARP-1 is not known. Here we report the differential localisation of PARP-1 Nterminal fragment encompassing NLS in PARP-$1^{+/+}$ and PARP-$1^{-/-}$ mouse embryo fibroblasts by live imaging of cells transiently expressing EGFP tagged fragment. In PARP-$1^{+/+}$ cells the fragment localises to the nuclei presenting a granular pattern. Furthermore, it is densely packaged in the midsections of the nucleus. In contrast, the fragment localises exclusively to the cytoplasm in PARP-$1^{-/-}$ cells. Flourescence intensity analysis further confirmed this observation indicating that the N-terminal fragment requires endogenous PARP-1 for its nuclear transport. Our study illustrates the trafficking role of PARP-1 independently of its enzymatic activity and highlights the possibility that full-length PARP-1 may play a key role in the nuclear transport of its siblings and other molecules.
Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) is a nuclear enzyme which is activated in response to DNA damage, and which mediates DNA repair. PARP inhibitors can be used to reduce resistance of cancer cells to anticancer treatments. The objective of this study was to investigate the effects of selected phytochemicals and fruit extracts on PARP activation in MCF-7 breast cancer cells subjected to oxidative stress. Pre-incubation with epigallocatechin gallate (EGCG), apple extract (AE), cranberry extract (CE), or grape extract (GE) for 2 hours at test concentrations reduced PARP activity induced upon treatment with hydrogen peroxide in a dose-dependent manner (p<0.05). GE was found to be the most efficient PARP inhibitor among the fruit extracts examined. These results suggest that phytochemicals of fruit extracts might be used as PARP inhibitors in order to assist anticancer agents.
The molecular mechanism underlying autophagy impairment in the retinal pigment epithelium (RPE) in dry age-related macular degeneration (AMD) is not yet clear. Based on the causative role of poly(ADP-ribose) polymerase 1 (PARP1) in RPE necrosis, this study examined whether PARP1 is involved in the autophagy impairment observed during dry AMD pathogenesis. We found that autophagy was downregulated following H2O2-induced PARP1 activation in ARPE-19 cells and olaparib, PARP1 inhibitor, preserved the autophagy process upon H2O2 exposure in ARPE-19 cells. These findings imply that PARP1 participates in the autophagy impairment upon oxidative stress in ARPE-19 cells. Furthermore, PARP1 inhibited autolysosome formation but did not affect autophagosome formation in H2O2-exposed ARPE-19 cells, demonstrating that PARP1 is responsible for impairment of late-stage autophagy in particular. Because PARP1 consumes NAD+ while exerting its catalytic activity, we investigated whether PARP1 impedes autophagy mediated by sirtuin1 (SIRT1), which uses NAD+ as its cofactor. A NAD+ precursor restored autophagy and protected mitochondria in ARPE-19 cells by preserving SIRT1 activity upon H2O2. Moreover, olaparib failed to restore autophagy in SIRT1-depleted ARPE-19 cells, indicating that PARP1 inhibits autophagy through SIRT1 inhibition. Next, we further examined whether PARP1-induced autophagy impairment occurs in the retinas of dry AMD model mice. Histological analyses revealed that olaparib treatment protected mouse retinas against sodium iodate (SI) insult, but not in retinas cotreated with SI and wortmannin, an autophagy inhibitor. Collectively, our data demonstrate that PARP1-dependent inhibition of SIRT1 activity impedes autophagic survival of RPE cells, leading to retinal degeneration during dry AMD pathogenesis.
Hye Youn Sung;Jihye Han;Yun Ju Chae;Woong Ju;Jihee Lee Kang;Ae Kyung Park;Jung-Hyuck Ahn
BMB Reports
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v.56
no.6
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pp.347-352
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2023
The protein family of poly (ADP-ribose) polymerases (PARPs) is comprised of multifunctional nuclear enzymes. Several PARP inhibitors have been developed as new anticancer drugs to combat resistance to chemotherapy. Herein, we characterized PARP4 mRNA expression profiles in cisplatin-sensitive and cisplatin-resistant ovarian cancer cell lines. PARP4 mRNA expression was significantly upregulated in cisplatin-resistant ovarian cancer cell lines, and this upregulation was associated with the hypomethylation of specific cytosine-phosphate-guanine (CpG) sites (cg18582260 and cg17117459) on its promoter. Reduced PARP4 expression was restored by treating cisplatin-sensitive cell lines with a demethylation agent, implicating the epigenetic regulation of PARP4 expression by promoter methylation. Depletion of PARP4 expression in cisplatin-resistant cell lines reduced cisplatin chemoresistance and promoted cisplatin-induced DNA fragmentation. The differential mRNA expression and DNA methylation status at specific PARP4 promoter CpG sites (cg18582260 and cg17117459) according to cisplatin responses, was further validated in primary ovarian tumor tissues. The results showed significantly increased PARP4 mRNA expressions and decreased DNA methylation levels at specific PARP4 promoter CpG sites (cg18582260 and cg17117459) in cisplatin-resistant patients. Additionally, the DNA methylation status at cg18582260 CpG sites in ovarian tumor tissues showed fairly clear discrimination between cisplatin-resistant patients and cisplatin-sensitive patients, with high accuracy (area under the curve = 0.86, P = 0.003845). Our findings suggest that the DNA methylation status of PARP4 at the specific promoter site (cg18582260) may be a useful diagnostic biomarker for predicting the response to cisplatin in ovarian cancer patients.
Kim, Jae Jin;Lee, Seo Yun;Kim, Soyeon;Chung, Jee Min;Kwon, Mira;Yoon, Jung Hyun;Park, Sangwook;Hwang, Yiseul;Park, Dongsun;Lee, Jong-Soo;Kang, Ho Chul
Molecules and Cells
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v.41
no.8
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pp.799-807
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2018
Emerging evidence has suggested that cellular crosstalk between RNF168 and poly(ADP-ribose) polymerase 1 (PARP1) contributes to the precise control of the DNA damage response (DDR). However, the direct and reciprocal functional link between them remains unclear. In this report, we identified that RNF168 ubiquitinates PARP1 via direct interaction and accelerates PARP1 degradation in the presence of poly (ADP-ribose) (PAR) chains, metabolites of activated PARP1. Through mass spectrometric analysis, we revealed that RNF168 ubiquitinated multiple lysine residues on PARP1 via K48-linked ubiquitin chain formation. Consistent with this, micro-irradiation-induced PARP1 accumulation at damaged chromatin was significantly increased by knockdown of endogenous RNF168. In addition, it was confirmed that abnormal changes of HR and HNEJ due to knockdown of RNF168 were restored by overexpression of WT RNF168 but not by reintroduction of mutants lacking E3 ligase activity or PAR binding ability. The comet assay also revealed that both PAR-binding and ubiquitin-conjugation activities are indispensable for the RNF168-mediated DNA repair process. Taken together, our results suggest that RNF168 acts as a counterpart of PARP1 in DDR and regulates the HR/NHEJ repair processes through the ubiquitination of PARP1.
The present study was conducted to elucidate whether the expression level of poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) is related to the ultraviolet radiation (UV)-induced apoptosis. After treatment of the mammalian cell lines HeLa S3 and Chinese hamster ovary (CHO) with 50 J/m2 UV, induction of apoptosis was determined by several means during 24 h post-incubation. Incidence of apoptosis was much lower in CHO than HeLa S3 cells based on the percentage of apoptotic cells in terms of morphological changes in nucleus or direct counting of viable cells and qualitative or quantitative DNA fragmentation. Interestingly, when the expression level of PARP was measured by western blotting, the amounts of PARP that was retained at each time point inversely correlated with the incidences of apoptosis in these cells. Concomitant with generation of the 85 kDa fragment, 116 kDa PARP disappeared in HeLa S3 within 6 h after UV treatment, whereas a fair amounts of 116 kDa band was still retained in CHO cells at 36 h post-incubation. This inverse relationship was also observed in the adaptive response system, in which cells weve treated with a high dose of UV after pretreatment with a low dose. As expected, typical adaptive responses appeared in CHO cells but not in HeLa cells, showing greater cell viability and lesser DNA fragmentation. During the adaptive response in CHO cells, PARP was expressed at much higher level compared to the single, high dose-treated cells. Interestingly, even though PARP was induced at 6 h post-incubation In both cell types, its expression was more prominent in CHO cells. Thus, our data indicate that the retained level of intact PARP against UV damage inversely correlates with incidence of apoptosis in mammalian cells, and also suggest that a machinery to protect the PARP degradation against UV damage exists in CHO but not in HeLa S3 cells.
Hahm, Ja Young;Kang, Joo-Young;Park, Jin Woo;Jung, Hyeonsoo;Seo, Sang-Beom
BMB Reports
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v.53
no.2
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pp.112-117
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2020
A recent study suggested that methylation of ubiquitin-like with PHD and RING finger domain 1 (UHRF1) is regulated by SET7 and lysine-specific histone demethylase 1A (LSD1) and is essential for homologous recombination (HR). The study demonstrated that SET7-mediated methylation of UHRF1 promotes polyubiquitination of proliferating cell nuclear antigen (PCNA), inducing HR. However, studies on mediators that interact with and recruit UHRF1 to damaged lesions are needed to elucidate the mechanism of UHRF1 methylation-induced HR. Here, we identified that poly [ADP-ribose] polymerase 1 (PARP1) interacts with damage-induced methylated UHRF1 specifically and mediates UHRF1 to induce HR progression. Furthermore, cooperation of UHRF1-PARP1 is essential for cell viability, suggesting the importance of the interaction of UHRF1-PARP1 for damage tolerance in response to damage. Our data revealed that PARP1 mediates the HR mechanism, which is regulated by UHRF1 methylation. The data also indicated the significant role of PARP1 as a mediator of UHRF1 methylation-correlated HR pathway.
Proceedings of the Korean Society for Bioinformatics Conference
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2004.11a
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pp.210-218
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2004
Poly(ADP-ribose)polymerase-1 (PARP-1) is a nuclear enzyme involved in various physical functions related to genomic repair, and PARP inhibitors have therapeutic application in a variety of neurological diseases. Docking and the QSAR (quantitative structure-activity relationships) studies for 52 PARP-1 inhibitors were conducted using FlexX algorithm, comparative molecular field analysis (CoMFA), and hologram quantitative structure-activity relationship analysis (HQSAR). The resultant FlexX model showed a reasonable correlation (r$^{2}$ = 0.701) between predicted activity and observed activity. Partial least squares analysis produced statistically significant models with q$^{2}$ values of 0.795 (SDEP=0.690, r$^{2}$=0.940, s=0.367) and 0.796 (SDEP=0.678, r$^{2}$ = 0.919, s=0.427) for CoMFA and HQSAR, respectively. The models for the entire inhibitor set were validated by prediction test and scrambling in both QSAR methods. In this work, combination of docking, CoMFA with 3D descriptors and HQSAR based on molecular fragments provided an improved understanding in the interaction between the inhibitors and the PARP. This can be utilized for virtual screening to design novel PARP-1 inhibitors.
Kim, Hyun-Lim;Ra, Hana;Kim, Ki-Ryeong;Lee, Jeong-Min;Im, Hana;Kim, Yang-Hee
Molecules and Cells
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v.38
no.4
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pp.312-317
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2015
Depletion of intracellular zinc by N,N,N,N-tetrakis(2-pyridylmethyl) ethylenediamine (TPEN) induces p53-mediated protein synthesis-dependent apoptosis of mouse cortical neurons. Here, we examined the requirement for poly(ADP-ribose) polymerase (PARP)-1 as an upstream regulator of p53 in zinc depletion-induced neuronal apoptosis. First, we found that chemical inhibition or genetic deletion of PARP-1 markedly attenuated TPEN-induced apoptosis of cultured mouse cortical neurons. Poly(ADP-ribosyl)ation of p53 occurred starting 1 h after TPEN treatment. Suggesting the critical role of PARP-1, the TPEN-induced increase of stability and activity of p53 as well as poly(ADP-ribosyl)ation of p53 was almost completely blocked by PARP inhibition. Consistent with this, the induction of downstream pro-apoptotic proteins PUMA and NOXA was noticeably reduced by chemical inhibitors or genetic deletion of PARP-1. TPEN-induced cytochrome C release into the cytosol and caspase-3 activation were also blocked by inhibition of PARP-1. Taken together, these findings indicate that PARP-1 is essential for TPEN-induced neuronal apoptosis.
Purpose: To evaluate the prognostic value of the expression of excision repair cross-complementation group l (ERCC1), MutS protein homolog 2 (MSH2) and poly ADP-ribose polymerase 1 (PARP1) in non-small-cell lung cancer patients receiving platinum-based postoperative adjuvant chemotherapy. Methods: Immunohistochemistry was applied to detect the expression of ERCC1, MSH2 and PARP1 in 111 cases of non-small cell lung cancer paraffin embedded surgical specimens. Through og-rank survival analysis, we evaluated the prognostic value of the ERCC1, MSH2, PARP1 and the related clinicopathological factors. COX regression analysis was used to determine whether ERCC1, MSH2 and PARP1 were independent prognostic factors. Results: In the enrolled 111 non-small cell lung cancer patients, the positive expression rate of ERCC1, MSH2 and RARP1 was 33.3%, 36.9% and 55.9%, respectively. ERCC1 (P<0.001) and PARP1 (P=0.033) were found to be correlated with the survival time while there was no correlation for MSH2 (P=0.298). Patients with both ERCC1 and PARP1 negative cancer had significantly longer survival time than those with ERCC1 (P=0.042) or PARP1 (P=0.027) positive alone. Similalry, the survival time of patients with both ERCC1 and PARP1 positive cancer was shorter than those with ERCC1 (P=0.048) or PARP1 (P=0.01) positive alone. Conclusion: Patients with ERCC1 or PARP1 negative non-small cell lung cancer appear to benefit from platinum-based postoperative adjuvant chemotherapy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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