- štruktúra
- aktivácia
- druhy
- Vlastnosti
- Apoptické funkcie
- Neaoptické funkcie
- Imunitná funkcia
- Pri proliferácii buniek
- Ďalšie funkcie
- Referencie
Tieto kaspázy sú efektorové proteíny cesta programovanej bunkovej smrti alebo apoptózy. Patria do rodiny vysoko konzervovaných proteáz závislých od cysteínu a aspartátu, z ktorých pochádza ich meno.
Využívajú cysteínový zvyšok vo svojom aktívnom mieste ako katalytický nukleofil na štiepenie proteínových substrátov zvyškami kyseliny asparágovej vo svojich štruktúrach a táto funkcia je rozhodujúca pre uskutočnenie apoptotického programu.
Štruktúra kaspázy-3 (Zdroj: Zamestnanci Jawahara Swaminathana a MSD v Európskom inštitúte pre bioinformatiku prostredníctvom Wikimedia Commons)
Apoptóza je mimoriadne dôležitá udalosť v mnohobunkových organizmoch, pretože hrá dôležitú úlohu pri udržiavaní homeostázy a integrity tkanív.
Úloha kaspáz pri apoptóze prispieva ku kritickým procesom homeostázy a opravy, ako aj k štiepeniu štruktúrnych komponentov, ktoré vedú k systematickému a systematickému odstraňovaniu odumierajúcej bunky.
Tieto enzýmy boli prvýkrát opísané v C. elegans a potom sa príbuzné gény našli u cicavcov, kde ich funkcie boli stanovené rôznymi genetickými a biochemickými prístupmi.
štruktúra
Každá aktívna kaspáza je odvodená zo spracovania a samo-asociácie dvoch prekurzorových zymogénnych pro-kaspáz. Tieto prekurzory sú tripartitné molekuly s „spiacou“ katalytickou aktivitou a molekulovou hmotnosťou v rozmedzí od 32 do 55 kDa.
Tieto tri oblasti sú známe ako p20 (veľká vnútorná centrálna doména 17 až 21 kDa a obsahujúca aktívne miesto katalytickej podjednotky), p10 (C-terminálna doména 10 až 13 kDa, tiež známa ako malá katalytická podjednotka) a DD doména. (doména smrti, 3 až 24 kDa, umiestnená na N-konci).
V niektorých pro-kaspázach sú domény p20 a p10 oddelené malou sekvenciou medzier. Prodomény smrti alebo DD na N-terminálnom konci obsahujú 80 až 100 zvyškov, ktoré tvoria štruktúrne motívy nadčasti, ktoré sa podieľajú na transdukcii apoptotických signálov.
DD doména je zase rozdelená na dve subdomény: efektorová smrťová doména (DED) a kasínová náborová doména (CARD), ktoré sú tvorené 6-7 antiparalelnými a-amfipatickými helixmi, ktoré interagujú s iné proteíny prostredníctvom elektrostatických alebo hydrofóbnych interakcií.
Kaspázy majú veľa konzervovaných zvyškov, ktoré sú zodpovedné za celkové vytvorenie štruktúry a ich interakciu s ligandami počas zostavovania a spracovania zymogénov, ako aj s inými regulačnými proteínmi.
Pro-kaspázy 8 a 10 majú dve DED domény usporiadané v tandeme vo svojej pro-doméne. Pro-kaspázy 1, 2, 4, 5, 9, 11 a 12 majú doménu CARD. Obe domény sú zodpovedné za nábor kaspáz iniciátora do komplexov, ktoré vyvolávajú smrť alebo zápal.
aktivácia
Každá pro-kaspáza je aktivovaná reakciou na špecifické signály a selektívnym proteolytickým spracovaním v špecifických zvyškoch kyseliny asparágovej. Spracovanie sa končí tvorbou homodimérnych proteáz, ktoré iniciujú apoptický proces.
Kaspázy iniciátora sa aktivujú dimerizáciou, zatiaľ čo efektorové sa aktivujú štiepením inter domén. Existujú dve cesty na aktiváciu kaspáz; vonkajšie a vnútorné.
Vonkajšia dráha alebo dráha sprostredkovaná receptorom smrti zahŕňa účasť signalizačného komplexu smrti ako aktivačného komplexu pro-kaspázy-8 a 10.
Vnútorná dráha alebo mitochondriálne sprostredkovaná dráha využíva apoptozóm ako aktivátorový komplex pro-kaspázy-9.
druhy
Cicavce majú asi 15 rôznych kaspáz pochádzajúcich z rovnakej genetickej rodiny. Táto nadrodina zahŕňa ďalšie podrodiny, ktoré sú kategorizované v závislosti od polohy pro-domén a ich funkcií.
U cicavcov sú zvyčajne známe 3 podtriedy kaspáz:
1-zápalové kaspázy alebo skupiny I: kaspázy s veľkými pro-doménami (kaspáza-1, kaspáza-4, kaspáza-5, kaspáza-12, kaspáza-13 a kaspáza-14), ktoré majú zásadnú úlohu pri dozrievaní cytokínov a pri zápalovej reakcii.
Iniciácie 2-apoptózy alebo kaspázy skupiny II: majú dlhú pro-doménu (viac ako 90 aminokyselín) obsahujúcu buď DED doménu (kaspáza-8 a kaspáza-10) alebo doménu pre nábor kaspázy (kaspáza-2) a kaspáza-9)
3-efektorové kaspázy alebo skupina III: majú krátke pro-domény (20 - 30 aminokyselín).
Vlastnosti
Väčšina funkcií jednotlivých kaspáz bola objasnená pomocou pokusov o umlčanie génov alebo získaním mutantov, pričom pre každú z nich boli stanovené konkrétne funkcie.
Apoptické funkcie
Napriek existencii kaspázovo nezávislých apoptotických dráh sú tieto enzýmy kritické pre mnoho z programovaných udalostí bunkovej smrti, ktoré sú potrebné pre správny vývoj veľkej časti systémov mnohobunkových organizmov.
V apoptotických procesoch sú iniciačnými kaspázami kaspázy -2, -8, -9 a -10, zatiaľ čo medzi efektorovými kaspázami sú kaspázy -3, -6 a -7.
Medzi jeho špecifické intracelulárne ciele patria jadrové laminy a cytoskeletálne proteíny, ktorých štiepenie podporuje bunkovú smrť.
Neaoptické funkcie
Kaspázy hrajú nielen apoptickú úlohu v bunke, pretože aktivácia niektorých z týchto enzýmov bola preukázaná v neprítomnosti procesov bunkovej smrti. Jeho neaptoptická úloha zahŕňa proteolytické a neproteolytické funkcie.
Zúčastňujú sa na proteolytickom spracovaní enzýmov, aby sa zabránilo demontáži buniek; jej ciele zahŕňajú proteíny, ako sú cytokíny, kinázy, transkripčné faktory a polymerázy.
Tieto funkcie sú možné vďaka posttranslačnému spracovaniu pro-kaspáz alebo ich proteolytických cieľov, priestorovej separácii enzýmov medzi bunkovými kompartmentmi alebo regulácii inými protiprúdovými efektorovými proteínmi.
Imunitná funkcia
Niektoré kaspázy sú zapojené do spracovania dôležitých faktorov v imunitnom systéme, ako je to v prípade kaspázy-1, ktorá spracováva pro-interleukín-lp za vzniku zrelého IL-lp, ktorý je kľúčovým mediátorom zápalovej odpovede.
Kaspáza-1 je tiež zodpovedná za spracovanie ďalších interleukínov, ako sú IL-18 a IL-33, ktoré sa podieľajú na zápalovej odpovedi a vrodenej imunitnej odpovedi.
Pri proliferácii buniek
V mnohých ohľadoch sa kaspázy podieľajú na proliferácii buniek, najmä v lymfocytoch a iných bunkách imunitného systému, pričom kaspáza-8 je jedným z najdôležitejších zahrnutých enzýmov.
Zdá sa, že kaspáza-3 má tiež funkciu pri regulácii bunkového cyklu, pretože je schopná spracovať inhibítor cyklínu závislej kinázy (CDK) p27, ktorý prispieva k progresii indukcie bunkového cyklu.
Ďalšie funkcie
Niektoré kaspázy sa zúčastňujú na postupe diferenciácie buniek, najmä buniek vstupujúcich do postmitotického stavu, čo sa niekedy považuje za proces neúplnej apoptózy.
Kaspáza-3 je rozhodujúca pre správnu diferenciáciu svalových buniek a ďalšie kaspázy sú tiež zapojené do diferenciácie myeloidov, monocytov a erytrocytov.
Referencie
- Chowdhury, I., Tharakan, B. a Bhat, GK (2008). Caspases - aktualizácia. Porovnávacia biochémia a fyziológia, časť B, 151, 10–27.
- Degterev, A., Boyce, M., & Yuan, J. (2003). Desať rokov kaspáz. Oncogene, 22, 8543-8567.
- Earnshaw, WC, Martins, LM a Kaufmann, SH (1999). Cicavčie kaspázy: Štruktúra, aktivácia, substráty a funkcie počas apoptózy. Annual Review of Biochemistry, 68, 383–424.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, Kalifornia, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molecular Celí Biology (5. vydanie). Freeman, WH & Company.
- Nicholson, D., a Thornberry, N. (1997). Kaspázy: vrahové proteázy. TIBS Reviews, 22, 299 - 306.
- Stennicke, HR, a Salvesen, GS (1998). Vlastnosti kaspáz. Biochimica et Biophysica Acta, 1387, 17–31.