ADP-リボシル化
長い間、補酵素NADの機能は酸化還元反応におけるその役割に関連していると考えられていました。 しかし、過去20年間で、実験的証拠は、NADがADP-リボシル化イベントに関与していることを示唆した。
NADでは、リボースのC1’とニコチンアミドのn11との間のグリコシド結合の切断は、ニコチンアミドとADP-リボシルを放出する（図。 24.1). これは、種々の受容体分子に結合することができる。 ADP-リボース(ADP-ribosylation)の移動のための多数のNAD依存性の反作用は知られています;すべては大きい機能重要性をもちます。
図24.1. ADP-リボース。
モノ-ADP-リボシル化。 この翻訳後修飾では、NADからのADPリボシルは、受容体タンパク質のアミノアシル残基（アルギニン、システイン、アスパラギン、またはヒスチジン）に移される。 NADにおけるADP-リボシルニコチンアミドの結合は高エネルギー結合であることに留意すべきである; その破裂は、反応を可能にするエネルギーを提供する。 モノ-アデノシン二リン酸-リボシル転移酵素（MONO-adenosinediphosphate-ribosyl transferase、ART）は、細菌毒素に最初に記載され、後に真核細胞に記載され、反応を触媒する。
コレラ毒素は、モノ-ADP-リボシルのGsタンパク質のαサブユニットへの移動を促進し、それを活性化する。 これはアデニル酸シクラーゼの刺激、循環AMPのレベルの増加、およびenterocytesの管腔の膜のイオン輸送チャネルの高機能の原因となります。 これは、コレラ毒素感染の特徴的な症状である重度の下痢を引き起こす。 百日咳毒素（百日咳を引き起こす細菌によって産生される）は、システイニル残基のADP-リボシル化を決定し、その受容体からGタンパク質を開裂する。 ジフテリア毒素とシュードモナス外毒素は、伸長因子2（EF2）のADP-リボシル化によってタンパク質合成を停止する。 クロストリジウム毒素ADP-リボシル化アクチン分子とその重合を防止します。 これらの作用は，モノ-ＡＤＰ-リボシル化が修飾蛋白質の機能に著しく影響することを示した。
ヒトでは、いくつかのADP-リボシル化酵素が認識されている。 いくつかはグリコシルホスファチジルイノシトールによって原形質膜の外部表面（外部酵素）に固定され、他のものは細胞内にある（エンド酵素）。
細胞内に位置するNADに作用する外部酵素の発見は印象的でした。 これらの酵素は、溶解された細胞によって間質空間に放出されたNADを使用すると考えられている;あるいは、原形質膜を介してNADの出口を可能にするチャ 外酵素は、機能的には、筋細胞分化の調節と、走化性、好中球の動員、T細胞細胞傷害性の阻害、および細胞接着などの免疫および炎症応答に関連する他のプ
細胞内ARTsは、Gタンパク質が関与し、ART基質として機能するシグナル伝達系の調節に関与している。 モノ-ADP-リボシル化は、シグナル伝達に影響を与え、様々な細胞効果を促進することができる。 タンパク質翻訳の阻害、ゴルジ装置の調節、および細胞骨格機能は、これらの翻訳後修飾の結果である。
ポリ-ADP-リボシル化。 これはポリアデノシンジリン酸リボシルポリメラーゼ（PARP）によって触媒される翻訳後修飾の別のタイプである。 １ ８個のＰＡＲＰ遺伝子が同定されているが、これらの遺伝子によってコードされる酵素の全てが特徴づけられているわけではない。 PARPは、最初に受容体タンパク質中のグルタミルまたはアスパルチル残基にADP-リボシルを結合する。 その後、ADP-リボシル分子を挿入し続け、グリコシド1′
2’結合によって直線的に結合する。 40-50単位ごとに、主鎖に分岐点が作成され、1′3’結合が挿入されます。 PARPはまた、自動ポリADPリボシル化を受けることができ、PARPの主要な基質の1つはPARP自体である。
ADP-リボースポリマーは非常に電気陰性であり、修飾タンパク質の特性に影響を与える。 蛋白質の負電荷の増加はDNAのような他のpolyanionsが付いているADPリボシル化された蛋白質の反発を、増加します; またはヒストンのような正に荷電した分子を、引き付けます。
既知のADP-リボシルポリメラーゼのうち、いくつかは核に位置している。 PARP-1およびPARP-2は、PARPが結合するDNA鎖中の切断部位の存在によって活性化される。 これらの切断部位は、通常、ＤＮＡ複製および修復の間に生じるか、または外部薬剤によって引き起こされ得る。 PARP-3は、多くの場合、中心体と関連付けられており、PARP-4は、リボヌクレオタンパク質粒子と関連付けられています。 PARP-7およびPARP-10はヒストンリボシル化に関与している。 TNKSおよびTNKS-2はまたポリADPリボシルポリメラーゼであり、テロメアに関連付けられています。
ヒストンなどの塩基性タンパク質のポリ-ADP-リボシル化による修飾は、DNA-ヒストン相互作用、およびヌクレオソーム内およびヌクレオソーム間の誘引を変化させ、より緩いクロマチン構造を促進する。 これは、ヘリカーゼ、トポイソメラーゼ、ポリメラーゼ、およびリガーゼを含む複製および修復のプロセスに関与する酵素のDNAへのアクセスを容易にする。 PARP-ADP-auto-ポリリボシル酸塩は、その電気陰性電荷が増加するにつれて近くのDNA鎖を反発し、最終的に分離する傾向がある。
テロメアに関連するPARPは、染色体伸長におけるテロメラーゼ活性を促進する。 さらに、それらの存在は、他のDNA鎖を撃退し、転座およびエンドツーエンドまたは有害な組換え融合などの異常を防止するのに役立つ。
いくつかの酵素のポリ-ADP-リボシル化は、その活性を変化させることができ、例えば、DNAリガーゼを刺激し、エンドヌクレアーゼを阻害し、DNA分解を防止するこ
PARPは、クロマチン構造の調節、転写、複製、修復、DNA完全性の維持、DNAリガーゼの刺激に関与している。 PARPの活動の不在か減少はゲノムの不安定の原因となります。
中心体に関連するPARPは、有糸分裂中の染色体の整然とした分離に寄与する。
PARPは、プログラムされた細胞死の間の細胞分化およびタンパク質分解にも関与している（apoptosis、第32章）。 作用機序はまだ明確には理解されていない。 PARPは炎症性シグナルを介してアポトーシスを仲介する。 それはmitochondriaからのapoptosisの誘導の要因(AIF)の解放を制御します。 最近の研究はまた、分解のための標識タンパク質におけるポリADPリボシル化とポリユビキチン化との関係を示している。
細胞ストレスの場合、PARPの過剰活性化はNADおよびATPの枯渇をもたらし、細胞壊死で終わる細胞に壊滅的な結果をもたらす可能性がある。
実験動物を対象とした研究では、PARPが阻害されると、脳および心臓の虚血状態、敗血症性ショック下、または重度の炎症過程が改善することが示されて これらの観察は臨床応用につながる可能性が高いが、ゲノムの不安定化、変異の蓄積、最終的には悪性形質転換（発癌）につながるADP-リボースポリメラーゼ活性の低下の課題は、最初に解決されなければならない。
ADP-リボースポリマーは、遊離ADP-リボースを放出するポリADP-リボースグリコヒドロラーゼによって分解される。 ADP-リボースリアーゼは、タンパク質に結合した最初のユニットを放出する。 ピロホスファターゼはAMPとリボースリン酸を分離する。
NAD依存性脱アセチル化。 サーチュインと呼ばれるNAD依存性デアセチラーゼのタンパク質ファミリーがあり、nadからニコチンアミド基を放出し、タンパク質から分離された酢酸をADP-リボシル受容体として利用して2′-O-アセチル-ADP-リボースを形成する。 この活動はイーストで最初に観察され、頭字語SIR（無声情報調整装置）と示されました;後でそれはまた線虫のcaenorhabditis elegansとショウジョウバエのmelanogasterで示されました。 それらの作用は、特に培地中の栄養素が制限されている条件で、これらの生物の寿命を増加させる。
サーチュイン（SIRT）は、ADP-リボシラーゼの変異体と考えることができる七つのタンパク質メンバー（SIRT-1からSIRT-7）のファミリーを含む。 それらは、ヒストン、p53タンパク質、転写因子、核因子kBなどの多様な基質を使用する。 例えば、ヒストン脱アセチル化は、遺伝子サイレンシングを促進し、テロメアや中心体などの染色体の重要な領域を保護するクロマチンのよりコンパクトな構造を誘導する。 蛋白質p53のDeacetylationはゲノムの安定性のために重要です;それは細胞周期、DNA修理およびapoptosisを制御します。 P53の脱アセチル化は明らかにユビキチン化をブロックすることによって、その安定性を増加させます。
SIRT1は、さまざまな病態における精力的な代謝、酸化ストレス応答、細胞老化、血管内皮および神経の保護に関与しています。
NAD依存性脱アセチル化から放出されるニコチンアミドは、サーチュインの活性の強力な阻害剤として作用し、その調節に寄与する。
一部の生物ではサーチュインの作用が生命の延長に寄与するため、一般的な延長因子であると考えられていました。 しかし、これらの結果を高等動物に外挿するのに十分な証拠はまだない。
細胞内のポリ-PARPポリメラーゼおよびサーチュインの正常なレベルの維持は、発癌および老化関連障害を予防または遅延させる可能性があると考えられ
サーチュイン活性から生じる生成物2′-O-アセチル-ADP-リボースは、第二のメッセンジャーとして機能する。
タンパク質翻訳後修飾とは無関係であるが、ADP-リボシル化の変異体と考えることができる反応は、重要な生理学的作用を有する化合物を生成する: 環状ADP-リボースおよびニコチン酸-ADP-リボース-リン酸（NAADP）（p.669参照）。