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Este protocolo describe el ensayo LivePAR, que permite la visualización y el análisis cuantitativo de poli(ADP-ribosa) (PAR) en sitios de insulto genómico, principalmente asociados con la reparación por escisión de bases (BER) o la reparación de ruptura de cadena simple (SSBR), en células de mamíferos 1,2,3. La BER es una vía crucial de reparación del ADN que elimina bases dañadas o modificadas del ADN (para revisiones sobre BER y PARilación, véase 4,5,6,7). La BER comienza con ADN glucosilasas que reconocen y extienden basesmodificadas 4, dejando un sitio apurínico/apirimidínico (AP), por ejemplo, la metilpurina glicosilasa (MPG), que elimina las basesmetiladas 8,9, o la 8-oxoxaguanina glicosilasa (OGG1), que elimina la 8-oxoG 9,10. Los sitios AP son luego escindidos por la endonucleasa AP 1 (APE1)11,12,13, creando una mella en la columna vertebral del ADN. Una polimerasa, es decir, la ADN polimerasa β (Polβ)14,15, ajusta y rellena el hueco usando la hebra intacta como plantilla, y finalmente, las ligases de ADN sellan la hebrareparada 16,17, por ejemplo, la ligasa I o ligasa III.
Los actores clave en BER y SSBR son las poli(ADP-ribosa) polimerasas 1 y 2 (PARP1/PARP2)18,19,20, enzimas que detectan rápidamente rupturas de cadenas de ADN durante BER o SSBR. Al detectar estas rupturas, PARP1/PARP2 cataliza la adición de polímeros ADP-ribosa a sí mismo y a otras proteínas—un proceso llamado PARylation (para revisión,véase 6)—hidrolizando NAD+. Esto crea un andamiaje dinámico de proteínas (PAR) que recluta otros factores de reparación del ADN hacia el lugar del daño, mejorando la fidelidad de la reparación del ADN. Para gestionar este andamiaje dinámico de PAR, varias proteínas contribuyen a la hidrólisis y eliminación de cadenas de PAR, incluyendo la hidrolasa aceptora de ADP-ribosa 3 (ARH3), la hidrolasa terminal ADP-ribosa glicosil 1 (TARG1), la mono-ADP-ribosil hidrolasa 1/2 (MacroD1/2) y la poli(ADP-ribosa) glicohidrolasa (PARG) 6,21,22,23,24,25,26 . Sin embargo, PARG es el principal responsable de esteproceso 21,27 y desempeña un papel crucial en la respuesta al daño al ADN (DDR)28,29.
Por tanto, PARG está vinculado de forma crítica a la función de PARP1 y PARP2. Mientras que PARP1 y PARP2 crean los polímeros PAR, PARG actúa como una enzima de "limpieza", hidrolizando estos polímeros y invirtiendo efectivamente la PARilación30,31. Este proceso es esencial para completar tanto el BER como el SSBR y permitir que PARP1/PARP2 se recicle y responda a nuevos daños en el ADN. En consecuencia, PARP1, PARP2, PARylation y PARG trabajan de manera coordinada, asegurando una reparación eficiente y reversible del ADN mediante BER y SSBR 4,6.
El grado de la PARylation puede verse influenciado por diversos factores y desempeña un papel esencial en la respuesta global al daño delADN 32. Estos factores incluyen la exposición a genotoxinas que añaden aductos a las bases del ADN, como N-metil-N'-nitro-N-nitrosoguanidina (MNNG), metilmetanasolifenonato (MMS), peróxido de hidrógeno (H2O 2) o tert-butil hidroperóxido (tBuOOH). Además, el grado de PARylation puede verse influenciado por moléculas que modulan el proceso de PARilación, como el ribosido de dihidronicotinamida (NRH), precursor de NAD+, que potencia la activación de PARP aumentando los niveles de NAD+, o FK866, un inhibidor de NAMPT, que puede disminuir los niveles de NAD+ y regular negativamente la activaciónde PARP-3. Finalmente, mutaciones genéticas o la inhibición de pequeñas moléculas de enzimas como PARP1/PARP2, PARG u otras proteínas de reparación del ADN (por ejemplo, defectos en BER o factores homólogos de recombinación como BRCA1/BRCA2) pueden alterar la activaciónde PARP 33,34,35,36.
El ensayo LivePAR utiliza un fragmento de la proteína anular 146 (RNF146) que codifica un dominio WWE (aminoácidos 100–182), vinculado a una proteína de fluorescencia verde mejorada (EGFP)3. El dominio WWE es un dominio globular llamado así por los residuos conservados triptófano (W) y glutamato (E) en su sitiode unión 37. Los dominios de la WWE se unen a la iso-ADP-ribosa, la unidad estructural interna más pequeña dentro de las cadenasPAR 38,39. RNF146 es una ligasa de ubiquitina E3 que reconoce iso-ADP-ribosa38,40 y se informa que es un objetivo de proteínas implicadas en BER (XRCC1, ligasa de ADN III y PARP1) para la degradaciónproteasómica 41. Vincular este dominio de la WWE con EGFP permite la visualización y detección de sitios de par-ilación inducidos por genotoxinas en células de mamíferos. En este protocolo, describimos la generación de líneas celulares estables que expresan el reportero LivePAR (Figura 1A), la inducción de daño en el ADN para activar PARP1/PARP2, la producción de PAR y la adquisición y análisis de datos de microscopía de fluorescencia confocal (Figura 1).
El plásmido pMD2.g(VSVG) proporciona la glicoproteína del envolvente viral (VSVG), que amplía el rango de células que el virus puede infectar en comparación con la proteína del envolvente del lentivirus nativo. El plásmido pRSV-REV proporciona la proteína del elemento regulador (REV), que es un transactivador crucial que se une al ARN viral y activa la transcripción de los genes virales; Es esencial para una replicación viral eficiente. El plásmido pMDLg/pRRE proporciona varios componentes internos clave de empaquetado, a saber: gag, que codifica la matriz (MA), cápside (CA) y proteínas nucleocápsides (NC), pol, que codifica las enzimas necesarias para la replicación viral e integración en el genoma de la célula huésped, y el elemento regulador del ARN (RRE), que es un elemento de ARN que mejora la eficiencia de la traducción de ARN viral y el empaquetado genómico del ARN. El plásmido pLV-EF1A-LivePAR-Hygro (Figura 1A) contiene cDNA codificando para la proteína de fluorescencia verde mejorada (EGFP) que está fusionada con el C-terminal del dominio WWE de RNF146 (aminoácidos 100–182), un dominio proteico que se une a cadenas de poli(ADP-ribosa), y el vector también codifica un casete de resistencia a la higromicina. El virus se aísla del sobrenadante de cultivo celular y puede almacenarse a -80 °C o utilizarse inmediatamente para la transducción (Figura 1B).