Skip to main page content
U.S. flag

An official website of the United States government

Dot gov

The .gov means it’s official.
Federal government websites often end in .gov or .mil. Before sharing sensitive information, make sure you’re on a federal government site.

Https

The site is secure.
The https:// ensures that you are connecting to the official website and that any information you provide is encrypted and transmitted securely.

Access keys NCBI Homepage MyNCBI Homepage Main Content Main Navigation
. 2024 Nov;28(7):688-695.
doi: 10.18699/vjgb-24-77.

Comparative analysis of the primary structure and production of recombinant poly(ADP-ribose)polymerase 1 of long-lived Heterocephalus glaber

Affiliations

Comparative analysis of the primary structure and production of recombinant poly(ADP-ribose)polymerase 1 of long-lived Heterocephalus glaber

K N Naumenko et al. Vavilovskii Zhurnal Genet Selektsii. 2024 Nov.

Abstract

DNA repair is a most important cellular process that helps maintain the integrity of the genome and is currently considered by researchers as one of the factors determining the maximum lifespan. The central regulator of the DNA repair process is the enzyme poly(ADP-ribose)polymerase 1 (PARP1). PARP1 catalyzes the synthesis of poly(ADP-ribose) polymer (PAR) upon DNA damage using nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) as a substrate. This polymer covalently attaches to PARP1, which leads to its dissociation from the complex with damaged DNA and stimulation of the repair process. Despite intensive research on PARP1, its properties as an isolated protein have not been practically studied in mammals that demonstrate a long maximum lifespan, such as, for example, the naked mole rat (Heterocephalus glaber). High activity of DNA repair systems is observed in the cells of the naked mole rat, which ensures their high resistance to oxidative stress, as well as to genotoxic effects. The revealed features may be due to the high activity of PARP1 in the cells of the naked mole rat; however, this issue remains poorly understood and, thus, requires more detailed research, including one with the use of isolated protein PARP1 of the naked mole rat, the isolation and characterization of which have not been carried out before. In the present work, the amino acid sequence of PARP1 of the naked mole rat is compared with the amino acid sequences of orthologous proteins of other mammals. In contrast to human PARP1, 13 evolutionarily conservative amino acid substitutions in various functional domains of the protein have been identified in the amino acid sequence of naked mole rat PARP1. Using the cDNA of the naked mole rat's Parp1 gene, a vector was created for the expression of the target protein in Escherichia coli cell culture. For the first time, a detailed description of the procedure for the expression and purification of the recombinant protein PARP1 of the long-lived naked mole rat is presented. In addition, poly(ADP-ribose)polymerase activity of the obtained protein was evaluated. The results presented in this paper are the basis for further detailed characterization of the properties of purified recombinant naked mole rat PARP1.

Репарация ДНК – важнейший клеточный процесс, который способствует поддержанию целостности генома. В настоящее время эффективная работа систем репарации ДНК рассматривается исследователями как один из ключевых факторов, определяющих максимальную продолжительность жизни. Центральным регулятором процесса репарации ДНК является фермент поли(ADP-рибоза)полимераза 1 (PARP1), способный синтезировать полимер поли(ADP-рибозы) (PAR) в ответ на повреждение ДНК и присоединять его к белкам- мишеням, в число которых входит и сам PARP1, осуществляя тем самым посттрансляционную модификацию этих белков и регулируя их сродство к ДНК. PARP1 принимает участие и во многих других процессах, ассоциированных с клеточным старением, таких как поддержание целостности теломер и развитие воспалительной реакции. Свойства PARP1 как изолированного белка практически не исследовались у млекопитающих, кото- рые демонстрируют высокую максимальную продолжительность жизни, за исключением человека. Одним из перспективных объектов таких исследований считается голый землекоп (Heterocephalus glaber), имеющий экстремально высокую максимальную продолжительность жизни, а также более эффективно функционирую- щие системы репарации ДНК, которые обеспечивают высокую устойчивость его клеток к воздействию ряда генотоксических агентов, по сравнению с другими мелкими грызунами, например, близкой по размеру и массе тела мышью (Mus musculus). В настоящей работе проведено сравнение аминокислотной последовательности PARP1 голого землекопа с аминокислотными последовательностями белков-ортологов других млекопитаю- щих. В отличие от PARP1 человека, в аминокислотной последовательности PARP1 голого землекопа выявлено 13 эволюционно консервативных аминокислотных замен в различных функциональных доменах белка. С ис- пользованием поиска в базах данных последовательности кДНК гена Parp1 голого землекопа и последующего анализа путем выравнивания транскриптомных данных выбрана соответствующая экспрессируемому варианту Parp1 последовательность кДНК, которая была клонирована с помощью экспрессионного вектора на основе плазмиды pLate31. В результате экспрессии в штамме Escherichia coli BL21(DE3)GeneX и очистки, проведенной с использованием трех хроматографических стадий, впервые был получен и охарактеризован функционально активный фермент PARP1 голого землекопа.

Keywords: DNA repair; Heterocephalus glaber; poly(ADP-ribose)polymerase 1.

PubMed Disclaimer

Conflict of interest statement

The authors declare no conflict of interest.

Figures

Table 1.
Table 1.. Sequences of oligodeoxynucleotides and primers used in the work
Fig. 1.
Fig. 1.. Evolutionary analysis of the primary structure of the PARP1 protein.
а – list of mammal species included in the analysis and their divergence; b – amino acid substitutions in PARP1 unique to the naked mole rat. * – substitutions also present in the Damaraland mole rat; ** – substitution options from the NCBI and Ensembl databases.
Fig. 2.
Fig. 2.. Analysis of PARP1 content in lysates of transformed E. coli cells.
Cells were cultured in an autoinduction system at 37 °C with and without lactose induction. The position of the PARP1 protein is indicated by red arrows. Control – recombinant human PARP1 protein.
Fig. 3.
Fig. 3.. Elution profiles of the PARP1 (H. glaber) protein from Ni-NTAagarose (a), heparin-Sepharose (b), ssDNA-cellulose (c).
Blue line – optical density of the solution at a wavelength of 280 nm (mAU); red line – solution conductivity (mS/cm).
Fig. 4.
Fig. 4.. Electropherogram showing the purification stages of recombinant naked mole rat PARP1.
1 – control protein sample; 2–4 – application, breakthrough and elution from Ni-NTA-agarose, respectively; 5 – breakthrough from heparin-Sepharose; 6, 7 – elution from heparin-Sepharose 0.3 M and 1 M NaCl, respectively; 8 – breakthrough from ssDNA cellulose; 9, 10 – elution of the target protein from ssDNA cellulose with 0.3 M and 1 M NaCl, respectively.
Fig. 5.
Fig. 5.. Analysis of the activity of recombinant naked mole rat PARP1 in the autoPARylation reaction.
а – autoradiography of 10 % SDS-PAGE, in which the separation of protein modification products was carried out; b – diagram summarizing the results of three independent experiments performed using the TCA target method (see Materials and methods).

Similar articles

LinkOut - more resources