人生沒有用不到的經歷

蛋白質的ADP-ribosylation在微生物學有兩個著名的例子：霍亂毒素及白喉毒素。

霍亂毒素(Cholera toxin)的致病機轉如下圖：

 
Cholera toxin(CT)進入內質網(ER)後，釋出CTA1，CTA1會催化Trimeric G protein的Gsa-ADP-ribosylation，使得Gsa變成always-on的狀態，活化Adenylate cyclase，於是cAMP增加，刺激PKA(Protein kinase A)，氯離子大量經CFTR管道流失，也把大量水分帶進腸道。

Gsa的ADP-ribosylation 如下圖，在第201個胺基酸Arginine被ADP-ribosylation：
 

白喉毒素(Diphtheria toxin)的致病機轉如下圖：
 
如上圖所述，Diphtheria toxin的Peptide A會催化Ribosome EF2-ADP-ribosylation，讓EF2失去功能，導致蛋白質合成中止。EF2是Elongation factor-2。
   
DPH1-7是細胞內負責把EF2變成EF2-diphthamide的七個蛋白，Diphtheria toxin對EF2的ADP-ribosylation作用在最後一步。

霍亂毒素及白喉毒素的致病機轉在版主1984年修生化時就已寫進教科書，當時Protein ADP-ribosylation是個冷門的議題，其後百日咳毒素(Pertussis toxin)也被發現將Macrophage/Neutrophil的Gia ADP ribosylation，導致GiPCR失去抑制Adenylate cyclase的作用~cAMP因而增加，但細菌入侵時，要有此抑制作用，讓cAMP降低，Macrophage/Neutrophil 才會活化。
  
百日咳桿菌(Bordetella pertussis)有兩種毒素，其一是Pertussis toxin(PT)造成Gia ADP ribosylation，另一是Adenylase cyclase toxin(ACT)，PT與ACT一起讓Macrophage/Neutrophil細胞內的cAMP增加，Macrophage/Neutrophil的免疫活性因而降低。
 
2000年之後，Protein ADP-ribosylation引起生物醫學的注意。DNA有Strand break時，"PARP1(Poly-ADP-ribose polymerase1)" 蛋白本身會自己進行Poly-ADP-ribosylation(PAR)，然後與DNA strand break結合，吸引各種DNA修復的蛋白至Strand break的部位。

   
DNA有Strand break時，PARP1會活化，將自己加上Poly(ADP-ribose)，也把Histone蛋白加上Poly(ADP-ribose)。


 
https://www.nature.com/articles/nrm.2017.53
(a) 顯示PARP1的各個Domains：
DNA-binding domain：它有三個與DNA結合的Zinc fingers (ZF)，不只參與DNA修復，也能調控免疫反應。NLS是Nuclear localization sequence的縮寫，引導PARP1進入細胞核。
Automodification domain：PARP1自己進行Poly-ADP-ribosylation的部位(主要是Glutamate與Lysine)，此Domain其內的BRCT是與   "BRCA1 C-terminal" 胺基酸組成相似(Homology)的區段，許多涉及DNA修復的蛋白都有BRCT domain。
Catalytic domain：是PARP1酶的活性部位，其中WGR 是Tyrptophen(W), Glycine(G), Arginine (R)三種胺基酸特多(Rich)的區段。WGR對PARP1酶的活性有促進作用。
(b) 顯示PARP1的auto-Poly-ADP-ribosylation，這是個可逆的步驟，ADP-ribose可被PARG (poly(ADP-ribose) glycohydrolase), ARH3(ADP-ribosylhydrolase 3), OARD1(O-acyl-ADP-ribose deacylase 1)等Enzyme除掉。
(c) PARP1不僅可auto-Poly-ADP-ribosylation，還能將參與DNA修復的蛋白加上多個ADP-ribose，在DNA修復扮演多重角色，這些角色十年來不斷有變化，這篇Nature review系列文章是最新的觀念。十年前比較強調PARP1在Alternative NHEJ及DNA single strand break的修復，現在的觀念則是PARP1對所有DNA strand break的修復都很重要。

2014年12月美國FDA核准一種新的標靶治療新藥   PARP inhibitor~Olaparib；另一個是Niraparib，今年三月也被FDA核准上市。Cisplatin是抗癌老藥，其藥理作用很簡單，就是引發DNA strand break，但用久了癌細胞會產生抗藥性，機轉是癌細胞可強化DNA的修復，在Cisplatin存在下繼續分裂生長。如上所述，PARP1是DNA出現Strand break時的Sensor，PARP inhibitor可除掉Cisplatin引發DNA strand break後，PARP1的Sensor功能，癌細胞因無法修復DNA而走向死亡。BRCA1或BRAC2有突變的癌細胞無法進行Homologous recombination，必須靠Non-homologous end joining將Strand break接合，對PARP1的依賴更重，因此PARP inhibitor + Cisplatin對BRCA1或BRAC2有突變的癌細胞效果特別好。

Homologous recombination(HR)是個十分老舊的觀念，三十年前寫在生化教科書上沒人理會它，BRCA1與BRCA2的發現，賦予HR新的生命。BRCA1或BRCA2有突變的人，因喪失HR，細胞容易發生突變而致癌。HR發生於G2 phase，說明有分裂能力的細胞靠HR的精確性來避免Strand break引發的突變，其修復Strand break的精確性非NHEJ能取代。

醫學進步一日千里，早已不似傳統醫學那樣一二十年之內沒多大變化，讀讀共筆就能得到正確的知識及觀念。現在從生化開始，免疫、生理、藥理、病理，甚至微生物，全都離不開生化及分生，由於變化太快，許多老師其實也似懂非懂，臨床醫師更是如此。醫學生應該訓練自己擁有讀原文書的能力，才能得到正確的知識及觀念，老師教的東西真的只能當參考，臨床老醫師遇到複雜的分生觀念，還可能索性含糊帶過，上課時你只顧打瞌睡，被老師呼巄了都不曉得，課後還拿起共筆死啃。許多醫學生在高中時期都很Smart，不知為何讀了醫學系怎麼就變笨了？