Abstract Poly ADP-ribose polymerases (PARPs) are family of proteins that use nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) as substrate. Seventeen putative PARP sequences were determined in the human genome. Although PARPs show a variety of functions and low sequence identities, they share common structural and functional properties. In our study, PARP1 and PARP2 and PARP4 sequences in different species were compared; it was found that active sites of PARP1 for human, rat and mouse have highly conserved sequence. Overall folding of PARP1, PARP2 and PARP4 confirms similarity in catalytic domains but can differ in substrate proteins. The three-dimensional structure of PARP4 was interacted with NAD using the molecular docking method and the interaction sites were determined. When we modeled the three-dimensional structure of PARP4 using MODELLER v9.22 algorithm and examined the interaction with Autodock v4.2 in computer environment, we observed that the enzyme is connected with a common motif similar to PARP1 and PARP2. When PARP1 and PARP2 interact with this common motif with NAD, we experimentally observed that these structures interact directly with NAD in order to undergo catalytic reactions by Thermal-Shift assay. The PARP4–NAD complex with the binding energy −26.73 kJ/mol was further used for molecular dynamics analysis. Root mean square deviation (RMSD) for all backbone atoms, electrostatic energy, van der Waals energy of PARP4-NAD complex were studied in the form of molecular dynamics trajectories to throw light on the medically important PARP family of enzymes.

中文翻译：

---

聚（ADP-核糖）聚合酶4的三维结构及相互作用机制研究

摘要 聚 ADP 核糖聚合酶 (PARP) 是使用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD) 作为底物的蛋白质家族。在人类基因组中确定了 17 个假定的 PARP 序列。尽管 PARP 显示出多种功能和低序列同一性，但它们具有共同的结构和功能特性。在我们的研究中，比较了不同物种的PARP1和PARP2和PARP4序列；发现人、大鼠和小鼠的PARP1活性位点具有高度保守的序列。PARP1、PARP2 和 PARP4 的整体折叠证实了催化结构域的相似性，但底物蛋白可能不同。使用分子对接方法将PARP4的三维结构与NAD相互作用并确定相互作用位点。当我们使用 MODELLER v9.0 对 PARP4 的三维结构进行建模时。22 算法并检查了在计算机环境中与 Autodock v4.2 的相互作用，我们观察到该酶与类似于 PARP1 和 PARP2 的共同基序相连。当 PARP1 和 PARP2 与这个与 NAD 的共同基序相互作用时，我们通过实验观察到这些结构直接与 NAD 相互作用，以便通过热位移测定进行催化反应。结合能-26.73 kJ/mol的PARP4-NAD复合物进一步用于分子动力学分析。以分子动力学轨迹的形式研究了 PARP4-NAD 复合物的所有骨架原子的均方根偏差 (RMSD)、静电能、范德华能，以揭示医学上重要的 PARP 酶家族。我们观察到该酶与类似于 PARP1 和 PARP2 的共同基序相连。当 PARP1 和 PARP2 与这个与 NAD 的共同基序相互作用时，我们通过实验观察到这些结构直接与 NAD 相互作用，以便通过热位移测定进行催化反应。结合能-26.73 kJ/mol的PARP4-NAD复合物进一步用于分子动力学分析。以分子动力学轨迹的形式研究了 PARP4-NAD 复合物的所有骨架原子的均方根偏差 (RMSD)、静电能、范德华能，以揭示医学上重要的 PARP 酶家族。我们观察到该酶与类似于 PARP1 和 PARP2 的共同基序相连。当 PARP1 和 PARP2 与这个与 NAD 的共同基序相互作用时，我们通过实验观察到这些结构直接与 NAD 相互作用，以便通过热位移测定进行催化反应。结合能-26.73 kJ/mol的PARP4-NAD复合物进一步用于分子动力学分析。以分子动力学轨迹的形式研究了 PARP4-NAD 复合物的所有骨架原子的均方根偏差 (RMSD)、静电能、范德华能，以揭示医学上重要的 PARP 酶家族。我们通过实验观察到这些结构直接与 NAD 相互作用，以便通过热位移测定进行催化反应。结合能-26.73 kJ/mol的PARP4-NAD复合物进一步用于分子动力学分析。以分子动力学轨迹的形式研究了 PARP4-NAD 复合物的所有骨架原子的均方根偏差 (RMSD)、静电能、范德华能，以揭示医学上重要的 PARP 酶家族。我们通过实验观察到这些结构直接与 NAD 相互作用，以便通过热位移测定进行催化反应。结合能-26.73 kJ/mol的PARP4-NAD复合物进一步用于分子动力学分析。以分子动力学轨迹的形式研究了 PARP4-NAD 复合物的所有骨架原子的均方根偏差 (RMSD)、静电能、范德华能，以揭示医学上重要的 PARP 酶家族。