KASPAASI: RAKENNE, TYYPIT JA TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Kaspaasit ovat efektoriproteiinit reitin ohjelmoidun solukuoleman tai apoptoosin. Ne kuuluvat erittäin konservoituneiden kysteiiniriippuvaisten ja aspartaattispesifisten proteaasien perheeseen, josta heidän nimi tulee.

He käyttävät kysteiinitähteitä aktiivisessa paikassaan katalyyttisenä nukleofiilinä proteiinisubstraattien katkaisemiseksi rakenteissaan olevilla asparagiinihappotähteillä ja tämä tehtävä on ratkaisevan tärkeä apoptoottisen ohjelman toteuttamisessa.

Kaspaasi-3: n rakenne (Lähde: Jawahar Swaminathan ja MSD: n henkilökunta Euroopan bioinformatiikan instituutissa Wikimedia Commonsin kautta)

Apoptoosi on erittäin tärkeä tapahtuma monisoluisissa organismeissa, koska sillä on tärkeä rooli homeostaasin ja kudosten eheyden ylläpitämisessä.

Kaspaasien rooli apoptoosissa myötävaikuttaa homeostaasin ja korjaamisen kriittisiin prosesseihin sekä rakenteellisten komponenttien pilkkoutumiseen, mikä johtaa kuolleen solun järjestäytyneeseen ja systemaattiseen purkamiseen.

Nämä entsyymit kuvattiin ensin C. elegans -lehdessä, ja sitten sukulaisia ​​geenejä löydettiin nisäkkäistä, joissa niiden toiminnot vahvistettiin erilaisilla geneettisillä ja biokemiallisilla lähestymistavoilla.

Rakenne

Jokainen aktiivinen kaspaasi johdetaan kahden syklogeenisen prekursorin pre-kaspaasin prosessoinnista ja itseyhteistyöstä. Nämä prekursorit ovat kolmen osapuolen molekyylejä, joilla on "lepotilassa" oleva katalyyttinen aktiivisuus ja molekyylipaino välillä 32 - 55 kDa.

Kolme aluetta tunnetaan nimellä p20 (suuri sisäinen keskidomeeni, joka on 17 - 21 kDa ja joka sisältää katalyyttisen alayksikön aktiivisen kohdan), p10 (C-terminaalinen domeeni, joka on 10 - 13 kDa, joka tunnetaan myös nimellä pieni katalyyttinen alayksikkö) ja DD-domeeni. (kuoleman domeeni, 3 - 24 kDa, sijaitsee N-päässä).

Joissakin prokaspaaseissa p20- ja p10-domeenit erotetaan pienellä välisekvenssillä. Kuoleman prodomeineilla tai DD: llä N-terminaalisessa päässä on 80 - 100 tähdettä, jotka muodostavat apoptoottisten signaalien siirtoon osallistuvan superperheen rakenteelliset motiivit.

DD-domeeni puolestaan ​​on jaettu kahteen aladomeeniin: efektorikuoleman domeeni (DED) ja kaspaasin rekrytointidomeeni (CARD), jotka muodostuvat 6-7 antiparallel-a-amfipaattisesta heliksistä, jotka ovat vuorovaikutuksessa muut proteiinit sähköstaattisten tai hydrofobisten vuorovaikutusten kautta.

Kaspaaseissa on monia konservoituneita tähteitä, jotka vastaavat rakenteen yleisestä muodostumisesta ja niiden vuorovaikutuksesta ligandien kanssa tsymogeenien kokoamisen ja prosessoinnin aikana, samoin kuin muiden säätelevien proteiinien kanssa.

Prokaspaaseilla 8 ja 10 on kaksi DED-domeenia, jotka on järjestetty samanaikaisesti niiden prodomeeniin. Prokaspaaseilla 1, 2, 4, 5, 9, 11 ja 12 on CARD-domeeni. Molemmat domeenit ovat vastuussa initiaattorikaspaasien rekrytoinnista kuoleman tai tulehduksen induktiokomplekseihin.

aktivointi

Jokainen prokaspaasi aktivoidaan vastaamalla spesifisiin signaaleihin ja selektiivisellä proteolyyttisellä prosessoinnilla tietyillä asparagiinihappotähteillä. Prosessointi päättyy homodimeeristen proteaasien muodostumiseen, jotka aloittavat apoptoottisen prosessin.

Käynnistyskaspaasit aktivoidaan dimeroimalla, kun taas efektorin kasaasit aktivoidaan pilkkomalla domeenien väliset alueet. Kaspaaseja aktivoidaan kahdella tavalla; ulkoinen ja sisäinen.

Ulkoinen reitti tai kuoleman reseptorivälitteinen reitti merkitsee kuoleman signalointikompleksin osallistumista prokaspaasien 8 ja 10 aktivaattorikompleksiksi.

Sisäinen polku tai mitokondrioiden välittämä polku käyttää apoptosomia pro-kaspaasi-9: n aktivaattorikompleksina.

Tyypit

Nisäkkäillä on noin 15 erilaista kaspaasia, jotka ovat peräisin samasta geeniperheestä. Tämä superperhe kattaa muut alaryhmät, jotka luokitellaan prodomeenien sijainnin ja niiden toimintojen mukaan.

Nisäkkäillä tunnetaan tyypillisesti 3 kaspaasien alaluokkaa:

1-tulehdukselliset tai ryhmän I kaspaasit: kaspaasit, joilla on suuret prodomeenit (kaspaasi-1, kaspaasi-4, kaspaasi-5, kaspaasi-12, kaspaasi-13 ja kaspaasi-14), joilla on perustavanlaatuinen merkitys sytokiinien kypsymisessä ja tulehduksellisessa vasteessa.

2-apoptoosia aloittavat tai ryhmän II kaspaasit: niillä on pitkä pro-domeeni (yli 90 aminohappoa), jotka sisältävät joko DED-domeenin (kaspaasi-8 ja kaspaasi-10) tai kaspaasin rekrytointidomeenin (kaspaasi-2) ja kaspaasi-9)

3-efektorikaspaasit tai ryhmä III: niillä on lyhyet prodomeenit (20-30 aminohappoa).

ominaisuudet

Suurin osa yksittäisten kaspaasien toiminnoista on selvitetty geenien vaimennuskokeilla tai mutanttien saamisella, määrittämällä kullekin erityiset toiminnot.

Apoptoottiset toiminnot

Vaikka kaspaasista riippumattomia apoptoottisia reittejä on, nämä entsyymit ovat kriittisiä monille ohjelmoiduille solukuolematapahtumille, jotka ovat välttämättömiä useimpien monisoluisten organismien järjestelmien oikealle kehitykselle.

Apoptoottisissa prosesseissa aloittavat kaspaasit ovat kaspaaseja -2, -8, -9 ja -10, kun taas efektorikaspaaseja ovat kaspaasit -3, -6 ja -7.

Sen spesifisiin solunsisäisiin kohteisiin kuuluvat ydinlaminaatti- ja sytoskeletaaliproteiinit, joiden pilkkoutuminen edistää solukuolemaa.

Ei-apoptoottiset toiminnot

Kaspaaseilla ei ole pelkästään apoptoottista roolia solussa, koska joidenkin näiden entsyymien aktivoituminen on osoitettu ilman solukuolemaprosesseja. Sen ei-apoptoottiseen rooliin sisältyy proteolyyttisiä ja ei-proteolyyttisiä toimintoja.

Ne osallistuvat entsyymien proteolyyttiseen prosessointiin solujen purkamisen välttämiseksi; sen kohteisiin sisältyy proteiineja, kuten sytokiinejä, kinaaseja, transkriptiotekijöitä ja polymeraaseja.

Nämä toiminnot ovat mahdollisia prokaspaasien tai niiden proteolyyttisten kohteiden translaation jälkeisen prosessoinnin, entsyymien spatiaalisen erottelun avulla soluosastojen välillä tai säätelyn avulla muilla ylävirran efektoriproteiineilla.

Immuunijärjestelmä

Jotkut kaspaasit osallistuvat immuunijärjestelmän tärkeiden tekijöiden prosessointiin, kuten on tapaus kaspaasi-1: ssä, joka prosessoi pro-interleukiini-lp: tä muodostamaan kypsä IL-1β, joka on keskeinen välittäjä tulehdukselliselle vasteelle.

Kaspaasi-1 on vastuussa myös muiden interleukiinien, kuten IL-18 ja IL-33, prosessoinnista, jotka osallistuvat tulehdukselliseen vasteeseen ja luontaiseen immuunivasteeseen.

Solujen lisääntymisessä

Kaspaasit osallistuvat monin tavoin solujen lisääntymiseen, etenkin lymfosyyteissä ja muissa immuunijärjestelmän soluissa, ja kaspaasi-8 on yksi tärkeimmistä mukana olevista entsyymeistä.

Kaspaasi-3: lla näyttää myös olevan toimintoja solusyklin säätelyssä, koska se pystyy käsittelemään sykliiniriippuvaista kinaasi (CDK) -inhibiittoria p27, mikä myötävaikuttaa solusyklin induktion etenemiseen.

Muut toiminnot

Jotkut kaspaasit osallistuvat solujen erilaistumiseen, etenkin solujen siirtyessä post-mitoottiseen tilaan, jota toisinaan pidetään epätäydellisen apoptoosin prosessina.

Kaspaasi-3 on kriittinen lihassolujen asianmukaiselle erilaistumiselle, ja muut kaspaasit osallistuvat myös myeloidien, monosyyttien ja punasolujen erilaistumiseen.

Viitteet

1. Chowdhury, I., Tharakan, B., ja Bhat, GK (2008). Kasetit - päivitys. Vertaileva biokemia ja fysiologia, osa B, 151, 10–27.
2. Degterev, A., Boyce, M., ja Yuan, J. (2003). Vuosikymmen kaspaaseja. Oncogene, 22, 8543 - 8567.
3. Earnshaw, WC, Martins, LM, ja Kaufmann, SH (1999). Nisäkkäiden kaspaasit: rakenne, aktivointi, alustat ja toiminnot apoptoosin aikana. Biokemian vuosikatsaus, 68, 383–424.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. painos). Freeman, WH & Company.
5. Nicholson, D., ja Thornberry, N. (1997). Kaspaasid: tappajaproteaasit. TIBS arvostelut, 22, 299-306.
6. Stennicke, HR, ja Salvesen, GS (1998). Kaspaasien ominaisuudet. Biochimica et Biophysica Acta, 1387, 17–31.