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Este protocolo descreve o ensaio LivePAR, que permite a visualização e análise quantitativa de poli(ADP-ribose) (PAR) em locais de insulto genômico, principalmente associado à reparação por excisão de bases (BER) ou reparação de quebra de fita simples (SSBR), em célulasde mamíferos 1,2,3. A BER é uma via crucial de reparo do DNA que remove bases danificadas ou modificadas do DNA (para revisões sobre BER e PARilação, veja 4,5,6,7). A BER começa com glicosilases de DNA que reconhecem e excisam basesmodificadas 4, deixando um sítio apurínico/apirimidínico (AP), por exemplo, glicosilase de metil-purina (MPG), que excisa as bases metiladas 8,9, ou 8-oxoxanina glicosilase (OGG1), que excisa 8-oxoG 9,10. Os sítios AP são então clivados pela endonuclease AP 1 (APE1)11,12,13, criando um corte na espinha dorsal do DNA. Uma polimerase, ou seja, DNA polimerase β (Polβ)14,15, ajusta e preenche a lacuna usando a fita intacta como modelo e, finalmente, as ligases de DNA selam a fitareparada 16,17, por exemplo, a ligase de DNA I ou a ligase de DNA III.
Os principais atores do BER e SSBR são as poli(ADP-ribose) polimerases 1 e 2 (PARP1/PARP2)18,19,20, enzimas que detectam rapidamente quebras de fitas de DNA durante BER ou SSBR. Ao detectar essas quebras, PARP1/PARP2 catalisa a adição de polímeros de ADP-ribosa a si mesmo e a outras proteínas — um processo chamado PARylation (para revisão,veja 6) — hidrolisando NAD+. Isso cria um andaime dinâmico de proteínas (PAR) que recruta outros fatores de reparação de DNA para o local do dano, aumentando a fidelidade do reparo do DNA. Para gerenciar esse andaime dinâmico de PAR, várias proteínas contribuem para a hidrólise e remoção das cadeias de PAR, incluindo a hidrolase aceitadora de ADP-ribose 3 (ARH3), a hidrolase terminal ADP-ribose glicosil 1 (TARG1), a mono-ADP-ribosil hidrolase 1/2 (MacroD1/2) e a poli(ADP-ribose) glicohidrolase (PARG) 6,21,22,23,24,25,26 . No entanto, o PARG é o principal responsável por esseprocesso 21,27 e desempenha um papel crucial na resposta ao dano ao DNA (DDR)28,29.
Portanto, o PARG está criticamente ligado à função do PARP1 e do PARP2. Enquanto PARP1 e PARP2 criam os polímeros PAR, o PARG atua como uma enzima de "limpeza", hidrolisando esses polímeros e revertendo efetivamente a PARilação30,31. Esse processo é essencial para completar tanto o BER quanto o SSBR e permitir que PARP1/PARP2 sejam reciclados para responder a novos danos ao DNA. Consequentemente, PARP1, PARP2, PARylation e PARG trabalham de maneira coordenada, garantindo reparo eficiente e reversível do DNA por meio do BER e SSBR 4,6.
A extensão da PARilação pode ser influenciada por vários fatores e desempenha um papel essencial na resposta geral ao dano ao DNA32. Esses fatores incluem a exposição a genotoxinas que adicionam adutos às bases do DNA, como N-metil-N'-nitro-N-nitro-nitrosoganidina (MNNG), metilmetanassulfonato (MMS), peróxido de hidrogênio (H2O2) ou tert-butil hidroperóxido (tBuOOH). Além disso, a extensão da PARilação pode ser influenciada por moléculas que modulam o processo de PARilação, como o ribosídeo de diidronicotinamida (NRH), precursor do NAD+, que potencializa a ativação do PARP ao aumentar os níveis de NAD+, ou o FK866, um inibidor do NAMPT, que pode diminuir os níveis de NAD+ e regular negativamente a ativação doPARP 3. Por fim, mutações genéticas ou inibição por pequenas moléculas de enzimas como PARP1/PARP2, PARG ou outras proteínas de reparação de DNA (por exemplo, defeitos na BER ou fatores homólogos de recombinação como BRCA1/BRCA2) podem alterar a ativação doPARP 33,34,35,36.
O ensaio LivePAR utiliza um fragmento da proteína do dedo anelar 146 (RNF146) que codifica um domínio WWE (aminoácidos 100–182), ligado a uma proteína de fluorescência verde aprimorada (EGFP)3. O domínio WWE é um domínio globular nomeado em referência aos resíduos conservados triptofano (W) e glutamato (E) em seu sítiode ligação 37. Os domínios da WWE se ligam à iso-ADP-ribose, a menor unidade estrutural interna dentro das cadeiasPAR 38,39. RNF146 é uma ligase de ubiquitina E3 que reconhece iso-ADP-ribose38,40 e é relatada como alvo de proteínas envolvidas na BER (XRCC1, DNA ligase III e PARP1) para a degradação proteassomal41. Vincular esse domínio da WWE ao EGFP possibilita a visualização e detecção de sítios de PARilação induzidos por genotoxinas em células de mamíferos. Neste protocolo, descrevemos a geração de linhagens celulares estáveis que expressam o repórter LivePAR (Figura 1A), a indução de danos ao DNA para ativar PARP1/PARP2, a produção de PAR e a aquisição e análise de dados de microscopia de fluorescência confocal (Figura 1).
O plasmídeo pMD2.g(VSVG) fornece a glicoproteína do envelope viral (VSVG), que expande o alcance das células que o vírus pode infectar em comparação com a proteína nativa do envelope do lentivírus. O plasmídeo pRSV-REV fornece a proteína do elemento regulador (REV), que é um transativador crucial que se liga ao RNA viral e ativa a transcrição dos genes virais; É essencial para a replicação viral eficiente. O plasmídeo pMDLg/pRRE fornece vários componentes internos-chave de embalagem, a saber: gag, que codifica as proteínas matriz (MA), capsídeo (CA) e nucleocapsídeo (NC), pol, que codifica as enzimas necessárias para a replicação viral e integração no genoma da célula hospedeira, e o elemento regulador de RNA (RRE), que é um elemento de RNA que aprimora a eficiência da tradução de RNA viral e do embalamento genômico do RNA. O plasmídeo pLV-EF1A-LivePAR-Hygro (Figura 1A) contém codificação de cDNA para a proteína de fluorescência verde aprimorada (EGFP) que está fundida ao C-terminal do domínio WWE de RNF146 (aminoácidos 100–182), um domínio proteico que se liga às cadeias de poli(ADP-ribose), e o vetor também codifica um cassete de resistência à higromicina. O vírus é isolado do sobrenadante da cultura celular e pode ser armazenado a -80 °C ou usado imediatamente para transdução (Figura 1B).