A kaszpáz doménszerkezete | |
---|---|
| |
Azonosítók | |
Szimbólum | Peptidáz_C14 |
Pfam | PF00656 |
Pfam klán | CL0093 |
InterPro | IPR002398 |
PROZIT | PS50208 |
MEROPS | C14 |
SCOP | 1 jég |
SZUPERCSALÁD | 1 jég |
Elérhető fehérjeszerkezetek | |
Pfam | szerkezetek |
EKT | RCSB EKT ; PDBe ; EKTj |
EKT-összeg | 3D modell |
A kaszpázok ( az angol caspase ; rövidítés az angol c ysteine -dependent asp artate specific protease szóból ) a cisztein - proteázok családjába tartozó proteolitikus enzimek , amelyek kizárólag aszpartát után hasítják a fehérjéket . A kaszpázok fontos szerepet játszanak az apoptózis , nekrózis és gyulladásos folyamatokban .
A kaszpázokat indító, gyulladásos és effektor (végrehajtó) formákra osztják. Kezdetben minden kaszpáz inaktív formában szintetizálódik , és szükség szerint aktiválódik az iniciátor kaszpázok által egy kis régió levágásával. Az iniciátor kaszpázokat bonyolultabb módon aktiválják - speciális fehérjekomplexek: apoptoszómák , PIDD-némelyek , DISC . 2009-ben 11 vagy 12 igazolt kaszpáz van emberben és 10 egerekben [1. megjegyzés] , amelyek különféle sejtfunkciókat látnak el.
Ezen enzimek programozott sejthalálban betöltött szerepét először 1993-ban azonosították, és jól jellemezték az apoptózisban betöltött funkcióikat. A programozott sejthalálnak ez a formája, amely a fejlődés során és az élet során széles körben elterjedt, a sejthomeosztázis fenntartását szolgálja. A kaszpázaktiválás biztosítja a sejtkomponensek szabályozott pusztulását, ami sejthalálhoz vezet, minimális hatással a környező szövetekre (anélkül, hogy részt vennének a folyamatban) [3] .
A kaszpázok más specifikus szerepet játszanak a programozott sejthalálban, például a piroptózisban és a nekroptózisban. A sejthalál ezen formái fontosak a szervezet védelmében a celluláris stresszjelektől és a kórokozók támadásától . A kaszpázok a gyulladásban is szerepet játszanak, ezáltal közvetlenül fokozzák a gyulladást elősegítő citokinek, például a pro-IL1β feldolgozását. Ezek olyan jelzőmolekulák, amelyek lehetővé teszik a fertőzött sejteket vagy szöveteket megtámadó immunsejtek toborzását. A kaszpázoknak más azonosított szerepei is vannak, mint például a sejtproliferáció , a tumorszuppresszió, a sejtdifferenciálódás , az idegrendszer fejlődése , az axonok irányítása és az öregedés [4] .
A kaszpázhiányt a neoplazma kialakulásának egyik okaként azonosították . A tumornövekedés faktorok kombinációján keresztül következhet be, beleértve a sejtciklus gének mutációit , amelyek megszüntetik a sejtnövekedési korlátozásokat, valamint az apoptotikus fehérjék, például a kaszpázok mutációival kombinálva, amelyek aktiválódnak és a rendellenesen növekvő sejtek elpusztulását okozzák [5] . Ezzel szemben egyes kaszpázok, például a kaszpáz 3 túlzott aktiválása túlzott programozott sejthalálhoz vezethet. Ez a jelenség bizonyos neurodegeneratív betegségekben figyelhető meg , amikor az idegsejtek visszafordíthatatlan elvesztése következik be, ilyen például az Alzheimer-kór [5] . A gyulladásos jelek feldolgozásával kapcsolatos kaszpázok számos betegségben is szerepet játszanak. Ezeknek a kaszpázoknak az elégtelen aktiválása növelheti a gazdaszervezet fertőzésekre való fogékonyságát, mivel előfordulhat, hogy nem alakul ki megfelelő immunválasz [5] . A kaszpázoknak a sejthalálban és a betegségekben betöltött szerves szerepe olyan kutatásokhoz vezetett, amelyek az enzimek gyógyszercélpontként való felhasználásával foglalkoznak ( célzott terápia ). Például a gyulladásos kaszpáz 1 részt vesz az autoimmun betegségek patogenezisében; a kaszpáz 1 aktiválását blokkoló gyógyszereket alkalmaztak a betegek egészségi állapotának javítására. Ezenkívül a tudósok a kaszpázokat rákterápiaként alkalmazták a nem kívánt sejtek elpusztítására a blasztogén szövetekben [6] .
A legtöbb kaszpáz szerepet játszik a programozott sejthalálban. Ezeket az alábbi táblázat foglalja össze. Az enzimeket három típusba sorolják: indító, effektor vagy végrehajtó és gyulladásos [7] .
Programozott sejthalál | Kaszpáz típus | Enzim | Olyan szervezet, amelyben kaszpázok találhatók |
---|---|---|---|
apoptózis | kezdeményező | Kaszpáz 2 | ember és egér |
Kaszpáz 8 | ember és egér | ||
Kaszpáz 9 | ember és egér | ||
Kaszpáz 10 | csak ember [8] | ||
Végrehajtás | Kaszpáz 3 | ember és egér | |
Kaszpáz 6 | ember és egér | ||
Kaszpáz 7 | ember és egér | ||
piroptózis | Gyulladásos | Kaszpáz 1 | ember és egér |
Kaszpáz 4 | férfi [2. megjegyzés] | ||
Kaszpáz 5 | férfi [2. megjegyzés] | ||
Kaszpáz 11 | egér [2. megjegyzés] | ||
Kaszpáz 12 | egér és néhány ember [1. megjegyzés] | ||
Kaszpáz 13 | csak tehenek [10] | ||
Más szerep | Egyéb | Caspaza 14 | ember és egér |
Megjegyzendő, hogy az apoptózison kívül a kaszpáz 8-ra is szükség van a programozott sejthalál egy másik formájának, az úgynevezett nekroptózisnak a gátlásához [11] . A kaszpáz 14 szerepet játszik az epiteliális keratinociták differenciálódásában, és epidermális gátat képezhet, amely véd a kiszáradástól (dehidratációtól) és az ultraibolya sugárzástól [12] .
A kaszpázok inaktív zimogénként (prokaspázokként) szintetizálódnak, amelyek csak megfelelő inger hatására aktiválódnak. Ez a poszttranszlációs szintű szabályozás lehetővé teszi az enzim gyors és szigorú szabályozását.
Az aktiválás magában foglalja a prokaspázok dimerizációját és gyakran oligomerizációját, amelyet két különböző méretű, nagy és kicsi alegységre történő hasadás követ. A nagy és kis alegységek egymáshoz kötve aktív heterodimer kaszpázt képeznek. Az aktív enzim a természetben gyakran heterotetramerként létezik, ahol a prokazpáz dimer kettéválik és heterotetramer keletkezik [13] .
Az iniciátor kaszpázok és a gyulladásos kaszpázok aktiválását a dimerizáció indítja el, a fehérje-fehérje kölcsönhatás motívumokkal rendelkező adapterfehérjékhez, az úgynevezett halálredőkhöz való kötődés révén . A halálredők a kaszpáz pro-doménként ismert szerkezeti tartományában helyezkednek el, amely nagyobb mennyiségben fordul elő azokban a kaszpázokban, amelyek halálredőt tartalmaznak, mint azokban, amelyek nem tartalmaznak. A belső iniciátor kaszpázok és a gyulladásos kaszpázok pro-doménje egy halálredőt tartalmaz, amely kaszpázaktivációs és toborzási doménként (röv. CARD ) ismert, míg a külső iniciátor kaszpázok prodoménje két halálredőt tartalmaz, amelyeket halálként ismerünk. effektor tartományok (röv. DED). ) [14] [15] .
A kaszpáz aktiváció során gyakran multiprotein komplexek képződnek [13] . Néhány aktivált multiprotein komplex a következőket tartalmazza:
Megfelelő dimerizációs folyamat után a kaszpázok az interdomain linker régiókban hasadnak, és egy nagy és kis alegységet alkotnak. Ez a hasítás lehetővé teszi, hogy az aktív hely hurkok olyan konformációt vegyenek fel, amely kedvező az enzimatikus aktivitás számára [16] . Az iniciátor és az effektor ( végrehajtó ) kaszpázok hasítása különféle módokon történik, az alábbi táblázatban leírtak szerint.
iniciátor kaszpáz
Kaszpáz 8 |
||
Végrehajtó caspase
Kaszpáz Kaszpáz 3 |
[17] |
Az apoptózis a programozott sejthalál egyik formája, amikor egy sejt olyan morfológiai változásokon megy keresztül, amelyek minimalizálják a környező sejtekre gyakorolt hatását, hogy elkerüljék az immunválasz kiváltását. A sejt összezsugorodik és kondenzálódik – a citoszkeleton elpusztul, a nukleáris burok szétesik, és DNS fragmentálódik. Ez azt eredményezi, hogy a sejtek zárt testeket, úgynevezett "vezikulákat" képeznek, hogy elkerüljék a sejtkomponensek kiszabadulását az extracelluláris környezetbe. Ezen túlmenően a sejtmembrán foszfolipidek tartalma is megváltozik, ami a haldokló sejtet fogékonyabbá teszi a fagocita támadásra és hasznosításra [18] .
Az apoptopikus kaszpázok a következőkre oszthatók:
Amint az iniciátor kaszpázok aktiválódnak, láncreakció indul be, amely számos más effektor kaszpáz aktiválásához vezet. A végrehajtó kaszpázok több mint 600 sejtkomponenst bomlanak le [19] , hogy morfológiai változásokat idézzenek elő az apoptózis során.
Példák az apoptózis során előforduló kaszpáz kaszkádokra:
A piroptózis a programozott sejthalál egyik formája, amely természeténél fogva immunválaszt indukál . Morfológiailag különbözik a sejthalál egyéb típusaitól – a sejtek megduzzadnak, felszakadnak és gyulladást elősegítő sejttartalmat szabadítanak fel. Ez egy sor ingerre válaszul következik be, beleértve a mikrobiális fertőzéseket , valamint a szívrohamokat (például a szívinfarktusban fellépőket ) [21] . A kaszpáz 1 , a kaszpáz 4 és a kaszpáz 5 emberekben, valamint a kaszpáz 1 és a kaszpáz 11 egerekben fontos szerepet játszanak a piroptózis során bekövetkező sejthalál kiváltásában. Ez a folyamat korlátozza az intracelluláris és extracelluláris kórokozók élettartamát és szaporodásának idejét.
A kaszpáz 1 részvétele a piroptózisbanA kaszpáz 1 aktiválását fehérjék repertoárja közvetíti, ami lehetővé teszi számos patogén ligandum kimutatását. A kaszpáz 1 aktiválásának egyes mediátorai a következők: NOD-szerű receptorok (NLR), AIM2 -szerű receptorok (ALR), Pyrin és IFI16 [22] . Ezek a fehérjék lehetővé teszik a kaszpáz 1 aktiválását azáltal, hogy aktiváló multiprotein komplexet hoznak létre, amelyet inflammaszómának neveznek .
Például a NOD-szerű leucinban gazdag ismétlődés, az NLRP3 érzékeny a káliumionok sejtből való kiáramlására. Ez a celluláris ionos egyensúlyhiány az NLRP3 molekulák oligomerizációját eredményezi, és multiprotein komplexet képeznek, amelyet NLRP3 gyulladásnak neveznek. A prokaszpáz 1 egy másik prokazpáz molekula közvetlen közelébe kerül, és további dimerizáció és autoproteolitikus hasítás megy végbe [22] .
Az alábbiakban felsorolunk néhány patogén jelet, amelyek a kaszpáz 1 aktiválása által okozott piroptózishoz vezetnek:
Ezek a kaszpázok képesek közvetlen piroptózist indukálni, amikor lipopoliszacharid (LPS) molekulák (amelyek a Gram-negatív baktériumok sejtfalában találhatók ) belépnek a gazdasejt citoplazmájába, és azonosítják őket. Például a kaszpáz 4 receptorként működik, és proteolitikusan aktiválódik anélkül, hogy gyulladásra lenne szükség, vagy a kaszpáz 1 aktiválása nélkül [22] .
A piroptopikus kaszpázok legfontosabb downstream szubsztrátja a gasdermin D (GSDMD) [24] .
A gyulladás a szervezet védekező reakciója egy káros inger, például szövetkárosodás vagy bakteriális fertőzés negatív hatására , és célja az egyensúlyi (normál) homeosztatikus állapot helyreállítása [19] .
A kaszpáz 1, kaszpáz 4, kaszpáz 5 és kaszpáz 11 gyulladásos kaszpázoknak számítanak [7] .
Robert Horvitz eredetileg megállapította a kaszpázok jelentőségét az apoptózisban, és megállapította, hogy a ced-3 gén szükséges a sejthalálhoz, amely a C. elegans fonálféreg fejlődése során következett be . Horwitz és munkatársa, Junying Yuan 1993-ban fedezte fel, hogy a ced-3 gén által kódolt fehérje egy cisztein-proteáz, amely hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mint az emlős interleukin-1-béta-konvertáló enzim (ICE) (ma kaszpáz 1 néven ismert). Abban az időben az ICE volt az egyetlen ismert kaszpáz [25] . Ezt követően más emlős kaszpázokat is azonosítottak az olyan szervezeteken kívül, amelyek megtalálhatók az olyan szervezetekben, mint a Drosophila melanogaster .
A kutatók 1996-ban döntöttek a kaszpáz nómenklatúra mellett. Sok esetben egy adott kaszpázt egyszerre több laboratórium is azonosított; amelyek mindegyike más nevet adott a fehérjéknek. Például a kaszpáz 3 különböző néven CPP32, apopain és Yama. Ezért a kaszpázokat az azonosításuk sorrendjében számozták [26] . Ezért az ICE-t átnevezték kaszpáz 1-re. Az ICE volt az első emlős kaszpáz, amelyet a ced-3 fonálféreghalál génhez való hasonlósága miatt jellemeztek, de úgy tűnik, hogy ennek az enzimnek a fő szerepe a gyulladás közvetítése, nem pedig a sejthalál.
Állatokban az apoptózist kaszpázok, míg gombákban és növényekben egy arginin- és lizinspecifikus kaszpázszerű proteáz, az úgynevezett metakaspáz indukálja az apoptózist. A homológia kutatás szoros homológiát mutatott ki a Reticulomyxa (egysejtű szervezet) kaszpázai és kaszpázszerű fehérjéi között. Egy filogenetikai tanulmány azt mutatja, hogy a kaszpáz és a metakaspáz szekvencia divergenciája az eukarióta divergencia előtt történt [27] .
Szótárak és enciklopédiák |
---|
Proteázok : cisztein (tiol) proteázok ( EC 3.4.22) | |
---|---|
Kalpain |
|
Caspase |
|
katepszin | |
Növényekből (gyümölcsökből) származik | |
Pihenés |
|