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方法論記事

蛍光融合タンパク質ベースのレポーターを用いたジェノトキシン誘発性PARP1/PARP2活性化の可視化および定量解析

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DOI:

10.3791/70497

2026年4月17日

この記事について

サマリー

ここでは、固定哺乳類細胞におけるポリ(ADP-リボース)(PAR)濃縮焦点の細胞ベースの可視化、細胞内局在化、定量解析の方法を説明します。このアッセイにより、ジェノトキシン曝露細胞の核におけるDNA損傷によるPARP活性化部位の定量化が可能となり、塩基切除修復や単鎖断裂修復に関連する部位も含まれます。

要約

ポリ(ADP-リボース)(PAR)は、ADP-リボースポリメラーゼファミリーの4つの酵素群—PARP1、PARP2、PARP5a、PARP5b—によって合成されるADP-リボースのポリマーです。しかし、DNA断裂に反応してPARを合成するのはPARP1とPARP2のみです。PARはタンパク質の翻訳後修飾として定義されますが、DNAやRNA修飾としても存在することが示されています。PARのレベルはさらにPARGによって調節されます。PARGはPARグリコヒドラーゼであり、PARP1およびPARP2とともにDNA損傷誘発性PARの細胞レベルを調節します。PARの動的な合成と分解は、DNA修復およびDNA損傷応答における調節的役割に不可欠であり、これがクロマチンの再編成、複製、転写、細胞死に影響を与えます。PARP1/PARP2の活性化およびPARの蓄積は、塩基切除修復またはDNA単一鎖切断修復の部位とみなすことができます。しかし、多数のPARP1/PARP2活性化因子は複製ストレスやその他のDNA代謝過程とも関連しています。PAR鎖が形成されると、PAR鎖はPAR結合ドメイン(PBD)を通じてDNA損傷部位やゲノム損傷部位へのDNA修復およびDNA損傷応答(DDR)因子のリクルートを促進します。10種類の異なるPBDは、PAR結合モチーフ、PAR結合亜鉛指、WWEドメイン、マクロドメインなど、PAR分子のさまざまな領域を認識しています。PARダイナミクスの細胞解析を促進するために、PBDを強化緑色蛍光タンパク質(EGFP)に融合させて、細胞ベースのPAR焦点の定量最適化を行いました。PBD/WWEドメインをコードするRNF146の断片を用いてEGFPに結合し、ゲノム損傷部位および進行中のBERまたはSSBR部位におけるPAR蓄積を可視化・定量化するアッセイを記述します。レンチウイルス粒子の産生、標的細胞株のトランスダクション、哺乳類細胞のゲノム損傷誘導処理、共焦点蛍光顕微鏡の取得、データの半自動化定量化などの実験ステップを説明します。

概要

このプロトコルはLivePARアッセイを説明しており、哺乳類細胞におけるゲノム損傷部位、主に塩基切除修復(BER)または単鎖切断修復(SSBR)に関連する部位におけるポリ(ADP-リボース)(PAR)の可視化と定量解析を可能にします。BERはDNAから損傷または修飾された塩基を除去する重要なDNA修復経路です(BERおよびPARylationのレビューは4,5,6,7参照)。BERは、修飾塩基4を認識・切断し、アピリン系/アピリミジン系(AP)部位を残すDNAグリコシラーゼから始まります。例えば、メチルプリングリコシラーゼ(MPG)はメチル化された塩基8,9を切断し、8-オキソグアニングリコシラーゼ(OGG1)は8-オキソグアニングリコシラーゼ(OGG1)を切除します。その後、AP部位はAPエンドヌクレアーゼ1(APE1)11,12,13によって切断され、DNA骨格に切り欠きが生じます。ポリメラーゼ、すなわちDNAポリメラーゼβ(Polβ)14,15が損傷していない鎖をテンプレートとして調整・埋め、最後にDNAリガーゼが修復された鎖16,17を封じます。例えば、DNAリガーゼIやDNAリガーゼIIIが挙げられます。

BERおよびSSBRの主要なプレーヤーは、ポリ(ADP-リボース)ポリメラーゼ1および2(PARP1/PARP2)18,19,20で、BERまたはSSBR中にDNA鎖の切断を迅速に検出する酵素です。これらの断裂を検出すると、PARP1/PARP2は自身や他のタンパク質にADPリボースポリマーを付加させる(PARylationと呼ばれ、レビュー参照6参照)。これはNAD+を加水分解することで行われる。これにより動的なタンパク質スキャフォールド(PAR)が形成され、他のDNA修復因子を損傷部位に誘導し、DNA修復の忠実度を高めます。この動的なPARスキャフォールドを管理するために、ADP-リボース受容体ハイドロラーゼ3(ARH3)、末端ADP-リボース糖基ハイドロラーゼ1(TARG1)、モノ-ADP-リボシルハイドロラーゼ1/2(MacroD1/2)、およびポリ(ADP-リボース)グリコハイドローラーゼ(PARG)6,21,22,23,24,25,26など、PAR鎖の加水分解および除去に寄与します.しかし、PARGはこの過程を主に担い、DNA損傷応答(DDR)28,29において重要な役割を果たしています。

したがって、PARGはPARP1およびPARP2の機能と極めて密接に関連しています。PARP1およびPARP2がPARポリマーを生成する一方で、PARGは「クリーンアップ」酵素としてこれらのポリマーを加水分解し、PARylationを効果的に逆転させます。このプロセスはBERとSSBRの両方を完成させ、PARP1/PARP2が新たなDNA損傷に反応するためにリサイクルされるために不可欠です。したがって、PARP1、PARP2、PARylation、PARGは協調的に機能し、BERおよびSSBR 4,6を通じて効率的かつ可逆的なDNA修復を保証します。

PARylationの程度は様々な要因によって影響を受け、DNA損傷応答全体に重要な役割を果たします32。これらの要因には、N-メチル-N'-ニトロ-N-ニトロソグアニジン(MNNG)、メチルメタンスルホン酸塩(MMS)、過酸化水素(H2O2)、またはテルブチルヒドロペルオキシド(tBuOOH)などのDNA塩基に付加するジェノトキシンへの曝露が含まれます。さらに、PARylationの程度は、NAD+の前駆体であるジヒドロニコチンアミドリボシド(NRH)や、NAD+レベルを増加させることでPARP活性化を促進するNAMPT阻害剤FK866など、PARylationプロセスを調節する分子によって影響を受けることがあります。NAND-866はNAD+レベルを低下させ、PARP活性化を負の調節を行います.最後に、PARP1/PARP2、PARG、その他のDNA修復タンパク質(例:BERの欠陥やBRCA1/BRCA2のような相同組換え因子)の遺伝子変異や小分子阻害がPARPの活性化を変化させることができます。

LivePARアッセイは、WWEドメイン(アミノ酸100–182)をコードするリングフィンガータンパク質146(RNF146)の断片を利用し、増強グリーン蛍光タンパク質(EGFP)と結合しています3。WWEドメインは、結合部位37に保存されたトリプトファン(W)とグルタミン酸(E)にちなんで名付けられた球状ドメインです。WWEドメインはPAR鎖内で最も小さい内部構造単位であるiso-ADP-リボースに結合します38,39。RNF146はE3ユビキチンリガーゼで、iso-ADP-リボース38,40を認識し、BERに関与するタンパク質(XRCC1、DNA ligase III、PARP1)を標的化し、プロテアソーム分解を図ると報告されています。このWWEドメインをEGFPに結びつけることで、哺乳類細胞におけるジェノトキシン誘導PARylation部位の可視化と検出が可能になります。本プロトコルでは、LivePARレポーターを発現する安定細胞株の生成(図1A)、PARP1/PARP2を活性化するためのDNA損傷誘導、PARの生成、共焦点蛍光顕微鏡データの取得と解析(図1)を記述します。

pMD2.g(VSVG)プラスミドはウイルスエンベロープ糖タンパク質(VSVG)を提供し、ウイルスが感染可能な細胞の範囲をネイティブのレンチウイルスエンベロープタンパク質と比較して拡大します。pRSV-REVプラスミドは調節要素(REV)タンパク質を提供し、これはウイルスRNAに結合しウイルス遺伝子の転写を活性化する重要なトランスアクチベーターです。効率的なウイルス複製に不可欠です。pMDLg/pRREプラスミドは、マトリックス(MA)、カプシド(CA)、ヌクレオカプシド(NC)タンパク質をコードするgag、ウイルス複製と宿主細胞ゲノムへの統合に必要な酵素をコードするpol、そしてウイルスRNAの翻訳効率とゲノムRNAパッケージングの効率を高めるRNA調節要素(RRE)という、いくつかの重要な内部パッケージングコンポーネントを提供します。pLV-EF1A-LivePAR-Hygroプラスミド(図1A)は、RNF146(アミノ酸100–182)のWWEドメインC末端に融合した強化緑色蛍光タンパク質(EGFP)をコードするcDNAを含み、またベクターはポリ(ADP-リボース)鎖に結合するタンパク質ドメインです。また、ベクターはヒグロマイシン抵抗性カセットもコードしています。ウイルスは細胞培養上清液から分離され、-80°Cで保存するか、すぐに転移に使用されます(図1B)。

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プロトコル

1. レンチウイルスの産生

注:このプロトコルは、遺伝的にコードされたPARレポーターを発現する細胞を生成するために、第3世代レンチウイルスパッケージングシステム42,43を使用しています。レンチウイルス粒子は、エンベロープ、調節、パッケージングからなる4つのプラスミドシステムと、RNF146のEGFPタグ付きWWEドメインをコードするpLV-EF1A-LivePAR-Hygro構成体を用いて293FT細胞で作製され、これはポリ(ADP-リボース)鎖に結合します。得られたウイルスは、PAR蓄積の可視化と定量化のための安定した細胞株を生成するために使用されます。

  1. DMEM中の低通過率293FT細胞を、10%のFBSおよび1%のペン/連鎖球菌を含むものを、37°Cの加湿環境と5%のCO2で培養します。293FTの細胞が培養期間が3週間を超えていないことを確認してください。
    注:私たちは通常、293FTの細胞を使用し、パスセージ番号は3から10の範囲です。293FT細胞がSV40大型T抗原によって形質転換され、不死化されました。これらの細胞は高いトランスフェクション効率を持ち、組換えタンパク質の産生や遺伝子発現研究に不可欠です。脂質系トランスフェクションおよびウイルストランスダクション法の両方に良好に反応します。
  2. 1日目に1.7×10個、5 個、293FTの細胞を60mmの組織培養皿に5.5mLの培養培地でプレートします。細胞をインキュベーターに戻して24時間待つ。
  3. 2日目(トランスフェクションの日)に、FBSおよびPen/Strepを含まないDMEM培地375μLを1.5mLの無菌マイクロ遠心分離管に追加します。次に、脂質系トランスフェクション試薬10 μg、pLV-EF1A-LivePAR-Hygroプラスミド4 μg、pMD2.g(VSVG)プラスミド2 μg、pRSV-REVプラスミド2 μg、pMDLg/pRREプラスミド2 μgを加えます。マイクロ遠心分離チューブを優しく叩き、培地、トランスフェクション試薬、プラスミドDNAを混ぜます(渦巻きを避けるため)。室温で15〜30分間インキュベートし、DNA/トランスフェクション試薬複合体の形成を促します。
  4. プラスミド/トランスフェクション試薬混合物を、トランスフェクト対象の293FT細胞を含む60mmディッシュに、培地を除去せずにドロップごとに加えます。細胞はインキュベーターに戻し、48時間保存してください。
    注:この期間はレンチウイルス粒子が成長培地に生成・放出される期間です。
  5. 4日目には、トランスフェクトした293FT細胞から培養培地を採取し、レンチウイルス粒子を単離します。無菌の0.45μmフィルターを通して、レンチウイルス粒子から細胞の残骸を分離します。
  6. 利用可能な試薬でレンチウイルスのタイターを決定します(任意)。
    注:この方法は一般的に105 から106 感染単位(IFU/mL)を生成し、以下のトランスダクションステップで述べた使用時の感染倍数(MOI)はおおよそ~5と相関します。
  7. レンチウイルス粒子を含む培地を4つの滅菌クライオビアル(1本あたり1.0 mL)に分割し、-80°Cで保存します。

2. トランスダクション

注:この節では、細胞株にトランス遺伝子を導入するためのレンチウイルストランスデューションプロトコルを概説しています(図1B)。私たちのラボでは1333374445で一貫して効果的でした。

  1. 適切な培地で選んだ細胞株(低い染色数)を、湿度37°C、CO25%で培養します。
    注意:まずは必要な細胞タイプの早期通過から始めてください。新しい細胞のバイアルは、シードをしてから少なくとも一度は解凍し、配管しなければなりません。
  2. 1日目に、1ウェルあたり105–1.5 ×105 細胞を1ウェルごとに2 mLの培養培地で6ウェルプレートの各ウェルに×シードします。細胞をインキュベーターに戻して24時間過ごしてください。
  3. 2日目(トランスデューション日)には、細胞の濃度が20%から40%の間であることを確認してください。15mLの円錐形チューブにウイルス1mL、培地1mL、ポリブレン2μL(ストック2 mg/mL)を加え、逆転で優しく混ぜます(渦巻きを避ける)。
    注:ポリブレンはレンチウイルスのトランスデュクション中にウイルス粒子と細胞膜間の静電気反発を防ぐために使用されます。ポリブレンは正に帯電しているため、負に帯電したウイルス糖タンパク質と相互作用し、その電荷を中和します。さらに、ポリブレンは細胞培養培地中のグリコサミノグリカンに結合し、ウイルスとの相互作用を防ぎます。したがって、ポリブレーンはトランスダクション効率を大幅に向上させます。
  4. 6ウェルプレートから培養培地を取り出し、各ウェルにウイルス・培地/ポリブレンの混合液を加えます。トランスダクション混合液を、32 °Cの加湿大気と5%CO2 のインキュベーターに16〜18時間置きます。
    注:レンチウイルストランスダクション中に32°Cで一晩細胞を培養することは、ウイルス感染効果を大幅に向上させる一般的な手法ですが必須ではありません。温度を下げると細胞の代謝が遅くなり、細胞防御が低下し、ウイルス感染への感受性が高まります。
  5. 3日目には、ウイルス導入細胞の培地を新しい培地に置き換え、37°Cのインキュベーターに移します。48時間潜伏してください。
    注:この2日間は、細胞がRNF146(100–182)-EGFPトランスジーンを産生し、ヒグロマイシンに対して耐性を持つのに十分です。
  6. RNF146(100–182)-EGFPトランスジーンを発現するポリクローナル安定細胞株を開発するために、ステップ2.5で示された2日間のインキュベーション後にヒグロマイシン選択を開始します。
    1. あるいは、ヒグロマイシンが存在しない状態でこの遺伝子変換細胞群を拡大し、次の10〜14日間にわたりPAR解析に利用する(一時的トランスダクション)方法も検討します。前述の通りです。
  7. ヒグロマイシンの存在下で細胞を成長したら100mmのプレートに移し、必要なだけ増殖させます。
  8. 将来利用のために、遺伝子移植細胞のクライオストックを準備します。
  9. 第3節で述べたように、RNF146(100–182)-EGFPトランス遺伝子の発現を共焦点顕微鏡で検証すること。RNF146(100–182)-EGFPトランスジーンは細胞全体に発現します。
  10. RNF146(100–182)-EGFPトランスジェーンの発現を免疫ブロッティングで検証し、他の文献で記述されていることを確認します1,37

3. 共焦点顕微鏡および解析

注:このプロトコルのセクションでは、カバースリップの準備、LivePAR発現細胞のシーディング、処理(tBuOOH、MNNG、PARGi、PARPi、および/またはNRH)への曝露、および顕微鏡スライド上の固定細胞の共焦点イメージングおよびPAR焦点解析の準備について詳述しています(図1C)。また、ImageJソフトウェアとPAR焦点の半自動定量化のためのカスタムマクロの使用についても説明しています。このプロトコルは、DNA損傷依存的なPARylationに与える様々な因子(例:小分子、BERタンパク質ノックアウトなど)の影響を調査するために用いられ、当研究室で成功裏に運用されています。

  1. カバーリップの準備
    1. 20 × 20mmのカバースリップをガラス容器の排気フード内のジエチルエーテルに20分間浸します。
      注意:ジエチルエーテルを扱う際は、可燃性と潜在的な危険性があるため、フームフードを使用してください。
    2. ジエチルエーテルを取り除き、カバースリップをエタノール濃度を徐々に減らして洗います[100%、70%、50%、そして0%(ddH2O)]。
    3. 水を抜き、カバースリップを1N HClに20分間優しくかき混ぜて浸します。
    4. HClを除去し、カバースリップをddH2.0で3回洗います。
    5. カバースリップは使用まで70%エタノール、4°Cで保存してください。
  2. セルのメッキ
    1. 20mm×20mmの滅菌カバースリップを60mmの細胞培養皿に並べて置きます。実験に必要なだけ料理を用意してください。カバースリップを入れた皿にセルを加える前に、すべてのエタノールが蒸発していることを確認しましょう。残留したエタノールは、無菌PBSを10〜15分間入れて洗い流します。細胞をシードする前にPBSを除去してください。
    2. 細胞培養皿あたり20万個のLivePAR発現細胞を種子化。細胞がカバースリップに24〜36時間付着し、培地を調整して増殖(増殖)を開始します。
  3. PARフォーカスの誘導
    1. LivePAR発現細胞を100μM NRH、10μM PARGi、10μM MNNGまたは40μM tBuOOHにさらします。さらに、PARP1/PARP2依存性PAR形成を検査するために、10μMのPARPiを加えてPARP1/PARP2を阻害します。カバースリップの細胞を含む培地に直接化合物を加え、培地を優しく攪拌して化合物を分散させます。60mmの皿は37°Cで60〜90分間孵化します。
      注:NRHは、最適なPARP1/PARP2介在PARylation 33,46,47のために十分な細胞内NAD+レベルを確保するために使用されます。PARGiは、PARP1/PARP2によって合成されたPAR鎖がPARGによって分解されるのを防ぐために使用されます。MNNGまたはtBuOOHはDNA塩基修飾を誘導してBERを開始させ、PARP1/PARP2の活性化につながります。PARPiは、信号(焦点)がPARP1/PARP2の活性化によって生じることを確認するために用いられます。
  4. セルの固定とカバースリップの取り付け
    1. 培地を取り除き、PBSで洗います。
      注意:細胞培養に使う培地には血清タンパク質の濃度が高いため、PBSで1回か2回洗浄することが重要です。PBSで洗浄すると、メディア中に残留するMNNGやtBuOOHも除去できます。
    2. 4%ホルムアルデヒドをPBSに15分間室温でプレフィックスします。PBSで細胞を3回洗浄します。
    3. 細胞に3mLの冷水(-20 °C)メタノール(アセトン、7:3)を加えて固定します。皿を-20 °Cで9分間置きます。
    4. メタノールを除去する:アセトン。PBSで3回洗ってください。
    5. ガラススライドにDAPIを含むアンチフェード培地15μLをピペットで置きます。セルを内側に向けて、カバースリップを装着培地の位置に優しく取り付け、気泡を最小限に抑えます。
    6. カバースリップの側面を中央に固定し、ガラススライドに少量のクリアトップコートネイルエナメルを塗ってシールします。スライドを暗闇に置き、トップコートのネイルエナメルが乾くまで待ちます(~10分)。スライドは4°Cの暗闇で保存し、撮影準備をします。
  5. イメージングセル
    1. すべてのスライドを63×倍以上で共焦点顕微鏡で画像化します。488 nmレーザーでPAR焦点を検出し、405 nmレーザーで核染色(DAPI)を検出します(例: 図2参照)。

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結果

LivePARプローブを発現する細胞は、RNF146(100-182)-EGFP融合タンパク質をコードするレンチウイルスを産生することで生成されます(図1A)。細胞は、トランスダクション後最大2週間の一時的な発現後、またはヒグロマイシンで選択後の安定した細胞株として評価することができます(図1B)1。ジェノトキシン処理後、DNA損傷誘発性PAR焦点を核内で可視化し、固定後は共焦点蛍光顕微鏡で画像化されます(図1C)。画像は車両制御セルにおける汎細胞間のEGFP染色を明らかにしています(図2、上部)。しかし、ジェノトキシン処理細胞は核焦点の蓄積を示し、これはPARに結合したRNF146(100-182)-EGFPの局在を示しています(

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ディスカッション

LivePARアッセイは、PARP1/PARP2がPAR鎖を積極的に合成している核ゲノムDNA損傷部位を検出するために開発されました。これを達成するために、WWEドメイン(アミノ酸100–182)をコードするRNF146の断片をEGFP 1,2,3,37に融合させました。私たちが記述した追加のPARプローブは、DTX4のアミノ酸残基1から166、PARP11のアミノ酸残基22から112、DTX2のアミノ酸1から178に融合したEGFPをコードし、それぞれ拡張されたWWEドメイン37をコードし、PARのiso-ADP-リボース部分を認識しています。さらに、最近では、EGFPがAf152137の遺伝子操作マクロドメインに融合し...

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開示事項

R.W.S.はCanal House Biosciences, LLCの共同設立者であり、科学諮問委員会のメンバーであり、株式も持っていますが、この会社は本研究に関与せず、コンサルティング業務も関係ありません。著者たちは利益相反はないと述べています。

謝辞

NRHの供給に関して長年にわたり絶え間なく支援し、専門的な助言をしてくださったマリー・ミゴー(サウスアラバマ大学)に特別な感謝を申し上げます。Sobol研究室でのDNA修復、DNA損傷の解析、遺伝子毒性曝露および複製ストレスの影響に関する研究は、NIHの助成金(ES029518、ES028949、CA238061、CA236911、AG069740、ES032522)およびNSF(NSF-1841811)からの助成金によって資金提供されました。また、レゴレッタがんセンター基金(R.W.S.への支援)からも支援が提供されました。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
試薬、化学薬品、ペプチド
0.45 µm Durapore steriflip フィルターSigma-AldrichCat# SE1M003M00
20 x 20 mm 顕微鏡カバーガラスThermo Fisher ScientificCat# 22-170-371
アセトンThermo Fisher ScientificCat# A18-1
細胞培養皿、100 mmVWRCat# 25382-166
細胞培養皿、60 mmFisher ScientificCat# 430166
細胞培養プレート、6ウェルVWRCat# 62406-161
Cryovials、2 mLVWRCat# 89499-722
ジエチルエーテルThermo Fisher ScientificCat# 60-29-7
ジメチルスルホキシドThermo Fisher ScientificCat# BP231-1
使い捨て滅菌フィルター、0.45 µmSigma-AldrichCat# SE1M003M00
DMEMCorningCat# 15-017-CV
エタノール、200プルーフDecon LabsCat# 2701
ガラス顕微鏡スライドThermo Fisher ScientificCat# 12-544-4
熱処理された胎児ウシ血清Atlanta BiologicsCat# S11150
塩酸Thermo Fisher ScientificCat# A144-212
ハイグロマイシンThermo Fisher ScientificCat# 10687010
大型キムワイプKimberly-ClarkCat# 34256
Lenti-X GoStix Plus キットTakaraCat# 631280
メタノールThermo Fisher ScientificCat# A452SK-4
MNNGMolportCat# N493990
NRH (1-[(2R,3R,4S,5R)-3,4-ジヒドロキシ-5-(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン-2-イル]-4H-ピリジン-3-カルボキサミド)Marie Migaud または NuChem Sciences Inc
PARG 阻害剤 (PDD00017273)Sigma-AldrichCat# SML1781
PARPi 阻害剤 (Veliparib、ABT-888)MedChemExpressCat# HY-10129
ペニシリン/ストレプトマイシンGibcoCat# 15140-122
ポリブレンSigma-AldrichCat# TR-1003-G
tBuOOHThermo Fisher ScientificCat# 180345000
TransIT-x2 (トランスフェクション試薬)MirusCat# MIR-6006
Triton-X100VWRCat# 0694
トリプシン-EDTAThermo Fisher ScientificCat# 25200-056
Vectashield (H-1000) アンチフェードマウンティングメディアThermo Fisher ScientificCat# NC1695563
細胞株  
293-FT Thermo Fisher ScientificCat# R70007
(SV40 大T 抗原で形質転換されたヒト胚腎細胞由来)Thermo Fisher ScientificCat# R70007
LN428 提供いただいたN/A
(ヒトグリoblastoma 腫瘍細胞株)Ian Pollack 博士 (ピッツバーグ大学)N/A
RPE-1 ATCCCat# CRL-4000
(ヒト hTERT 不死化網膜色素上皮細胞)ATCCCat# CRL-4000
U2OS ATCCCat# HTB-96
(ヒト骨肉腫細胞株)ATCCCat# HTB-96
組換えDNA
pMDLg/pRREラボ在庫# 253Addgene, Cat# 12251
pRSV-Revラボ在庫# 254Addgene, Cat# 12253
pMD2.Gラボ在庫# 252Addgene, Cat# 12259
pLV-EF1A-LivePAR-Hygro
(LivePAR は RNF146 の WWE ドメイン、アミノ酸残基 100-182、EGFP に融合; ハイグロマイシン耐性カセットを含む)
ラボ在庫# 1727Addgene, Cat# 176063 
ソフトウェアとアルゴリズム 
Adobe Illustrator (図の準備用)Adobe Systemsバージョン 2024
GraphPad PrismGraphPadバージョン 10.5.0 (Mac OS X)
ImageJNIHhttps://imagej.net/ij/download.html

参考文献

  1. Koczor, C. A., et al. Quantitative analysis of nuclear poly(ADP-ribose) dynamics in response to laser-induced DNA damage. Methods Mol Biol. 2609, 43-59 (2023).
  2. Koczor, C. A., et al. Live cell detection of poly(ADP-ribose) for use in genetic and genotoxic compound screens. Cancers (Basel). 14 (15), 3676 (2022).
  3. Koczor, C. A., et al. Temporal dynamics of base excision/single-strand break repair protein complex assembly/disassembly are modulated by the PARP/NAD(+)/SIRT6 axis. Cell Rep. 37 (5), 109917 (2021).
  4. Almeida, K. H., Sobol, R. W. A unified view of base excision repair: lesion-dependent protein complexes regulated by post-translational modification. DNA Repair (Amst). 6 (6), 695-711 (2007).
  5. Krokan, H. E., Bjoras, M. Base excision repair. Cold Spring Harb Perspect Biol. 5 (4), a012583 (2013).
  6. Al-Rahahleh, R. Q., Sobol, R. W. Poly-ADP-ribosylation dynamics, signaling, and analysis. Environ Mol Mutagen. 65 (9), 315-337 (2024).
  7. Saville, K. M., et al. NAD(+)-mediated regulation of mammalian base excision repair. DNA Repair (Amst). 93, 102930 (2020).
  8. Ibeanu, G., et al. Overexpression of human DNA repair protein N-methylpurine-DNA glycosylase results in the increased removal of N-methylpurines in DNA without a concomitant increase in resistance to alkylating agents in Chinese hamster ovary cells. Carcinogenesis. 13 (11), 1989-1995 (1992).
  9. Svilar, D., Goellner, E. M., Almeida, K. H., Sobol, R. W. Base excision repair and lesion-dependent subpathways for repair of oxidative DNA damage. Antioxid Redox Signal. 14 (12), 2491-2507 (2011).
  10. Bjoras, M., et al. Opposite base-dependent reactions of a human base excision repair enzyme on DNA containing 7,8-dihydro-8-oxoguanine and abasic sites. EMBO J. 16 (20), 6314-6322 (1997).
  11. Chen, D. S., Herman, T., Demple, B. Two distinct human DNA diesterases that hydrolyze 3'-blocking deoxyribose fragments from oxidized DNA. Nucleic Acids Res. 19 (21), 5907-5914 (1991).
  12. Demple, B., Herman, T., Chen, D. S. Cloning and expression of APE, the cDNA encoding the major human apurinic endonuclease: definition of a family of DNA repair enzymes. Proc Natl Acad Sci U S A. 88 (24), 11450-11454 (1991).
  13. Almeida, K. H., Andrews, M. E., Sobol, R. W. AP endonuclease 1: biological updates and advances in activity analysis. Methods Enzymol. 705, 347-376 (2024).
  14. Dianov, G., Price, A., Lindahl, T. Generation of single-nucleotide repair patches following excision of uracil residues from DNA. Mol Cell Biol. 12 (4), 1605-1612 (1992).
  15. Sobol, R. W., et al. Requirement of mammalian DNA polymerase-beta in base-excision repair. Nature. 379 (6561), 183-186 (1996).
  16. Kubota, Y., et al. Reconstitution of DNA base excision-repair with purified human proteins: interaction between DNA polymerase beta and the XRCC1 protein. EMBO J. 15 (23), 6662-6670 (1996).
  17. Prasad, R., et al. Specific interaction of DNA polymerase beta and DNA ligase I in a multiprotein base excision repair complex from bovine testis. J Biol Chem. 271 (27), 16000-16007 (1996).
  18. Alkhatib, H. M., et al. Cloning and expression of cDNA for human poly(ADP-ribose) polymerase. Proc Natl Acad Sci U S A. 84 (5), 1224-1228 (1987).
  19. Cherney, B. W., et al. cDNA sequence, protein structure, and chromosomal location of the human gene for poly(ADP-ribose) polymerase. Proc Natl Acad Sci U S A. 84 (23), 8370-8374 (1987).
  20. Ame, J. C., et al. PARP-2, a novel mammalian DNA damage-dependent poly(ADP-ribose) polymerase. J Biol Chem. 274 (25), 17860-17868 (1999).
  21. Fisher, A. E., Hochegger, H., Takeda, S., Caldecott, K. W. Poly(ADP-ribose) polymerase 1 accelerates single-strand break repair in concert with poly(ADP-ribose) glycohydrolase. Mol Cell Biol. 27 (15), 5597-5605 (2007).
  22. Jankevicius, G., et al. A family of macrodomain proteins reverses cellular mono-ADP-ribosylation. Nat Struct Mol Biol. 20 (4), 508-514 (2013).
  23. Zaja, R., et al. Comparative analysis of MACROD1, MACROD2 and TARG1 expression, localisation and interactome. Sci Rep. 10 (1), 8286 (2020).
  24. Ishiwata-Endo, H., et al. ARH family of ADP-ribose-acceptor hydrolases. Cells. 11 (23), 3853 (2022).
  25. Prokhorova, E., et al. Unrestrained poly-ADP-ribosylation provides insights into chromatin regulation and human disease. Mol Cell. 81 (12), 2640-2655.e8 (2021).
  26. Groslambert, J., et al. The interplay of TARG1 and PARG protects against genomic instability. Cell Rep. 42 (9), 113113 (2023).
  27. Min, W., Wang, Z. Q. Poly(ADP-ribose) glycohydrolase (PARG) and its therapeutic potential. Front Biosci (Landmark Ed). 14 (5), 1619-1626 (2009).
  28. Gagne, J. P., Hendzel, M. J., Droit, A., Poirier, G. G. The expanding role of poly(ADP-ribose) metabolism: current challenges and new perspectives. Curr Opin Cell Biol. 18 (2), 145-151 (2006).
  29. Bonicalzi, M. E., Haince, J. F., Droit, A., Poirier, G. G. Regulation of poly(ADP-ribose) metabolism by poly(ADP-ribose) glycohydrolase: where and when?. Cell Mol Life Sci. 62 (7-8), 739-750 (2005).
  30. Brochu, G., et al. Mode of action of poly(ADP-ribose) glycohydrolase. Biochim Biophys Acta. 1219 (2), 342-350 (1994).
  31. Thomassin, H., Menard, L., Hengartner, C., Kirkland, J. B., Poirier, G. G. Poly(ADP-ribosyl)ation of chromatin in an in-vitro poly(ADP-ribose)-turnover system. Biochim Biophys Acta. 1137 (2), 171-181 (1992).
  32. Kratz, A., et al. A multi-scale map of protein assemblies in the DNA damage response. Cell Syst. 14 (6), 447-463.e8 (2023).
  33. Li, J., et al. NAD(+) bioavailability mediates PARG inhibition-induced replication arrest, intra S-phase checkpoint and apoptosis in glioma stem cells. NAR Cancer. 3 (4), zcab044 (2021).
  34. Khan, M. M., et al. DNA polymerase beta expression in head and neck cancer modulates the poly(ADP-ribose)-mediated replication checkpoint. DNA Repair (Amst). 150, 103853 (2025).
  35. Ibrahim, M., et al. Replication-associated base excision repair/single-strand break repair regulates PARG inhibitor response via the PRMT1/PRMT5/ATR axis. NAR Cancer. 7 (4), zcaf057 (2025).
  36. Acharya, G., et al. CHK1 inhibitor induced PARylation by targeting PARG causes excessive replication and metabolic stress and overcomes chemoresistance in ovarian cancer. Cell Death Discov. 10 (1), 278 (2024).
  37. Al-Rahahleh, R. Q., et al. Overexpression of the WWE domain of RNF146 modulates poly-(ADP)-ribose dynamics at sites of DNA damage. DNA Repair (Amst). 150, 103845 (2025).
  38. He, F., et al. Structural insight into the interaction of ADP-ribose with the PARP WWE domains. FEBS Lett. 586 (21), 3858-3864 (2012).
  39. Wang, Z., et al. Recognition of the iso-ADP-ribose moiety in poly(ADP-ribose) by WWE domains suggests a general mechanism for poly(ADP-ribosyl)ation-dependent ubiquitination. Genes Dev. 26 (3), 235-240 (2012).
  40. DaRosa, P. A., et al. Allosteric activation of the RNF146 ubiquitin ligase by a poly(ADP-ribosyl)ation signal. Nature. 517 (7533), 223-226 (2015).
  41. Kang, H. C., et al. Iduna is a poly(ADP-ribose) (PAR)-dependent E3 ubiquitin ligase that regulates DNA damage. Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (34), 14103-14108 (2011).
  42. Dull, T., et al. A third-generation lentivirus vector with a conditional packaging system. J Virol. 72 (11), 8463-8471 (1998).
  43. Rubinson, D. A., et al. A lentivirus-based system to functionally silence genes in primary mammalian cells, stem cells and transgenic mice by RNA interference. Nat Genet. 33 (3), 401-406 (2003).
  44. Inanc, B., et al. TRIP12's role in the governance of DNA polymerase beta involvement in DNA damage response and repair. Nucleic Acids Res. 53 (12), gkaf574 (2025).
  45. Li, J., et al. Overcoming temozolomide resistance in glioblastoma via enhanced NAD(+) bioavailability and inhibition of poly-ADP-ribose glycohydrolase. Cancers (Basel). 14 (15), 3572 (2022).
  46. Yang, Y., Zhang, N., Zhang, G., Sauve, A. A. NRH salvage and conversion to NAD(+) requires NRH kinase activity by adenosine kinase. Nat Metab. 2 (4), 364-379 (2020).
  47. Yang, Y., Mohammed, F. S., Zhang, N., Sauve, A. A. Dihydronicotinamide riboside is a potent NAD(+) concentration enhancer in vitro and in vivo. J Biol Chem. 294 (23), 9295-9307 (2019).
  48. Nowak, K., et al. Engineering Af1521 improves ADP-ribose binding and identification of ADP-ribosylated proteins. Nat Commun. 11 (1), 5199 (2020).
  49. Kalisch, T., Ame, J. C., Dantzer, F., Schreiber, V. New readers and interpretations of poly(ADP-ribosyl)ation. Trends Biochem Sci. 37 (9), 381-390 (2012).
  50. Barkauskaite, E., et al. The recognition and removal of cellular poly(ADP-ribose) signals. FEBS J. 280 (15), 3491-3507 (2013).
  51. Karlberg, T., Langelier, M. F., Pascal, J. M., Schuler, H. Structural biology of the writers, readers, and erasers in mono- and poly(ADP-ribose) mediated signaling. Mol Aspects Med. 34 (6), 1088-1108 (2013).
  52. Krietsch, J., et al. Reprogramming cellular events by poly(ADP-ribose)-binding proteins. Mol Aspects Med. 34 (6), 1066-1087 (2013).
  53. Li, M., Lu, L. Y., Yang, C. Y., Wang, S., Yu, X. The FHA and BRCT domains recognize ADP-ribosylation during DNA damage response. Genes Dev. 27 (16), 1752-1768 (2013).
  54. Teloni, F., Altmeyer, M. Readers of poly(ADP-ribose): designed to be fit for purpose. Nucleic Acids Res. 44 (3), 993-1006 (2016).
  55. Furman, J. L., Mok, P. W., Shen, S., Stains, C. I., Ghosh, I. A turn-on split-luciferase sensor for the direct detection of poly(ADP-ribose) as a marker for DNA repair and cell death. Chem Commun (Camb). 47 (1), 397-399 (2011).
  56. Krastev, D. B., et al. Coupling bimolecular PARylation biosensors with genetic screens to identify PARylation targets. Nat Commun. 9 (1), 2016 (2018).
  57. Serebrovskaya, E. O., et al. Genetically encoded fluorescent sensor for poly-ADP-ribose. Int J Mol Sci. 21 (14), 5004 (2020).
  58. Challa, S., et al. Development and characterization of new tools for detecting poly(ADP-ribose) in vitro and in vivo. Elife. 11, e72464 (2022).
  59. Hanzlikova, H., et al. The importance of poly(ADP-ribose) polymerase as a sensor of unligated Okazaki fragments during DNA replication. Mol Cell. 71 (2), 319-331.e3 (2018).

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