Il compito di PARP1 è la sorveglianza del genoma:quando rileva rotture o lesioni nel DNA, aggiunge una molecola chiamata ADP-ribosio a proteine ​​specifiche, che agiscono come un faro per reclutare altre proteine ​​che riparano la rottura. Le nuove scoperte, pubblicate su Nature Structural &Molecular Biology , sono la prima prova che PARP1 agisce anche sul DNA telomerico, aprendo nuove strade per comprendere e migliorare le terapie antitumorali che inibiscono PARP1.

"Nessuno pensava che la ribosilazione dell'ADP nel DNA fosse possibile, ma recenti scoperte sfidano questo dogma", ha affermato Roderick O'Sullivan, Ph.D., professore associato di farmacologia molecolare Pitt e ricercatore presso UPMC Hillman. "PARP1 è uno dei bersagli biomedici più importanti per la ricerca sul cancro, ma si pensava che i farmaci che prendono di mira questo enzima agissero solo sulle proteine. Ora che sappiamo che PARP1 modifica anche il DNA, le cose cambiano perché possiamo potenzialmente colpire questo aspetto di PARP1 biologia per migliorare le cure contro il cancro."

Nelle cellule normali, le lesioni genomiche si verificano naturalmente durante la replicazione del DNA quando una cellula si divide e PARP1 svolge un ruolo importante nel correggere questi errori. Ma mentre le cellule sane hanno altri percorsi di riparazione del DNA su cui ricorrere, i tumori carenti di BRCA – che includono molti tumori al seno e alle ovaie – fanno molto affidamento su PARP1 perché mancano delle proteine ​​BRCA, che controllano la forma più efficace di riparazione del DNA chiamata replicazione omologa.

"Quando le cellule tumorali non riescono a produrre le proteine ​​BRCA, diventano dipendenti dai percorsi di riparazione in cui è coinvolta PARP1", ha affermato O'Sullivan. "Quindi, quando si inibisce PARP1, che è il meccanismo di diversi farmaci antitumorali approvati, le cellule tumorali non hanno alcun percorso di riparazione disponibile e muoiono."

Sebbene gli scienziati abbiano scoperto il ruolo di PARP1 nella ribosilazione dell'ADP delle proteine ​​circa 60 anni fa, O'Sullivan e il suo collaboratore, Ivan Ahel, Ph.D., professore alla Sir William Dunn School of Pathology dell'Università di Oxford ed esperto di PARP1, aveva la sensazione che ci fosse altro da imparare su questo enzima e sul suo ruolo nelle cellule.

O'Sullivan e il suo team, guidato da Anne Wondisford, Ph.D., studentessa laureata nel programma di formazione medico-scientifica di Pitt, hanno prima confrontato le cellule umane normali con quelle carenti di PARP1. Utilizzando anticorpi speciali che si legano al ribosio ADP e alle sonde specifiche dei telomeri, hanno scoperto che il ribosio ADP si attacca al DNA telomerico nelle cellule normali ma non nelle cellule carenti di PARP1, dimostrando che questo enzima è responsabile della ribosilazione dell'ADP del DNA. /P>

Successivamente, hanno confrontato le cellule normali con quelle carenti di un altro enzima chiamato TARG1, che rimuove l’ADP-ribosio. In assenza di TARG1, l'ADP-ribosio si accumula sui telomeri, portando all'interruzione della replicazione dei telomeri e ad un accorciamento prematuro dei telomeri.

Per dimostrare che questi difetti dei telomeri erano dovuti alla modifica del DNA telomerico, O'Sullivan e il suo team hanno preso enzimi batterici che funzionano in modo simile a PARP1 e li hanno inseriti nelle cellule umane.

"Abbiamo utilizzato un sistema di guida per indirizzare gli enzimi ad aggiungere ADP-ribosio solo sui telomeri e in nessun'altra parte del genoma", ha affermato O'Sullivan. "Abbiamo scoperto che se carichiamo i telomeri con ADP-ribosio, la loro integrità viene drasticamente compromessa e può uccidere la cellula in pochi giorni."

O'Sullivan ipotizza che l'ADP-ribosio influisca sull'integrità dei telomeri interrompendo una struttura protettiva chiamata rifugio che protegge i telomeri, ma sono necessarie ulteriori ricerche per confermarlo.

"Il targeting per PARP1 è stato un grande successo per la terapia del cancro, ma alcuni pazienti sviluppano resistenza agli inibitori di PARP1", ha affermato O'Sullivan. "Sono entusiasta di questo studio perché abbiamo scoperto qualcosa di nuovo sulla biologia di PARP1, che genera un sacco di nuove domande che potrebbero aiutarci a sviluppare nuovi approcci per colpire PARP1 o perfezionare le terapie che già abbiamo. Abbiamo ragione all'inizio di qualcosa di emozionante e c'è molto altro da esplorare."

Altri autori dello studio sono stati Sandra Schamus-Haynes, Ragini Bhargava Ph.D. e Patricia Opresko, Ph.D., tutti di Pitt e UPMC; Junyeop Lee e Jaewon Min, Ph.D., entrambi della Columbia University; Robert Lu, Ph.D., e Hilda Pickett, Ph.D., entrambi dell'Università di Sydney; e Marion Schuller, D.Phil., e Josephine Groslambert, entrambi dell'Università di Oxford.