- Uzbūve
- Aktivizēšana
- Veidi
- Iespējas
- Apoptotiskās funkcijas
- Neapoptotiskas funkcijas
- Imūnā funkcija
- Šūnu proliferācijā
- Citas funkcijas
- Atsauces
Par caspases ir efektorproteīnus ceļš no programmētu šūnu nāvi vai apoptozi. Tie pieder ļoti konservētu no cisteīna atkarīgu un aspartātiem specifisku proteāžu ģimenei, no kuras nāk viņu vārds.
Viņi aktīvā vietā izmanto cisteīna atlikumu kā katalītisko nukleofilu, lai sadalītu olbaltumvielu substrātus ar asparagīnskābes atlikumiem to struktūrās, un šī funkcija ir būtiska apoptotiskās programmas izpildei.
Kaspazes-3 struktūra (Avots: Jawahar Swaminathan un MSD darbinieki Eiropas Bioinformatikas institūtā, izmantojot Wikimedia Commons)
Apoptoze ir ārkārtīgi svarīgs notikums daudzšūnu organismos, jo tai ir liela nozīme homeostāzes un audu integritātes uzturēšanā.
Kasparāžu loma apoptozē veicina homeostāzes un remonta kritiskos procesus, kā arī strukturālo komponentu šķelšanos, kā rezultātā mirstošā šūna tiek sakārtota un sistemātiski demontēta.
Šie fermenti vispirms tika aprakstīti C. elegans, un pēc tam saistītie gēni tika atrasti zīdītājiem, kur to funkcijas tika noteiktas, izmantojot dažādas ģenētiskās un bioķīmiskās pieejas.
Uzbūve
Katru aktīvo kasparāzi iegūst, apstrādājot un savstarpēji apvienojot divas zimogēnas pre-kaspazes prekursorus. Šie prekursori ir trīspusējas molekulas ar "pasīvu" katalītisko aktivitāti un molekulmasu no 32 līdz 55 kDa.
Trīs reģionus sauc par p20 (liels iekšējais centrālais domēns 17–21 kDa un satur katalītiskās apakšvienības aktīvo vietu), p10 (C-gala domēns 10–13 kDa, kas pazīstams arī kā maza katalītiskā apakšvienība) un DD domēns. (nāves domēns, 3-24 kDa, kas atrodas N galā).
Dažās pro-kaspazēs p20 un p10 domēni tiek atdalīti ar nelielu atstarpes secību. Nāves vai DD N-termināla galos ir 80-100 atlikumu, kas veido apoptotisko signālu pārraidē iesaistītās virsģimenes strukturālos motīvus.
DD domēns, savukārt, ir sadalīts divos apakšdomēnos: efektoru nāves domēnā (DED) un kaspazes vervēšanas domēnā (CARD), kas sastāv no 6-7 antiparalēlām α-amfipātiskām helikām, kas mijiedarbojas ar citi proteīni caur elektrostatisko vai hidrofobisko mijiedarbību.
Kaspazēs ir daudz konservētu atlikumu, kas ir atbildīgi par vispārējo struktūras izveidošanos un to mijiedarbību ar ligandiem zimogēnu montāžas un apstrādes laikā, kā arī ar citiem regulējošiem proteīniem.
Pro kaspazēm 8 un 10 ir divi DED domēni, kas sakārtoti tandēmā to pro domēnā. Pro kaspazēm 1, 2, 4, 5, 9, 11 un 12 ir CARD domēns. Abas domēna ir atbildīgas par iniciatoru kaspazu piesaistīšanu kompleksiem, kas izraisa nāvi vai iekaisumu.
Aktivizēšana
Katru prokasparāzi aktivizē, reaģējot uz specifiskiem signāliem un selektīvi veicot proteolītisko apstrādi pie īpašām asparagīnskābes atliekām. Apstrāde beidzas ar homodimēru proteāžu veidošanos, kas sāk apoptotisko procesu.
Iniciatoru kaskāzes tiek aktivizētas ar dimerizācijas palīdzību, savukārt efektoru kaspāzes tiek aktivizētas, sadalot starpposma domēnus. Kaspažu aktivizēšanai ir divi veidi; ārējais un iekšējais.
Ārējais ceļš vai nāves receptoru mediētais ceļš nozīmē nāves signālkompleksa piedalīšanos kā prokaspazu-8 un 10 aktivatora kompleksu.
Iekšējais ceļš vai mitohondriju mediētais ceļš izmanto apoptosomu kā pro-kaspazes-9 aktivatora kompleksu.
Veidi
Zīdītājiem ir aptuveni 15 dažādu kasparu, kas nāk no vienas un tās pašas ģenētiskās ģimenes. Šī sugas ģimene ietver citas apakšsaimes, kuras tiek iedalītas kategorijās atkarībā no pro-domēnu stāvokļa un to funkcijām.
Parasti zīdītājiem ir zināmas 3 kaskāžu apakšklases:
1-iekaisuma vai I grupas kaskādes: kaspazes ar lieliem pro-domēniem (kaspaze-1, kaspaze-4, kaspaze-5, kaspaze-12, kaspaze-13 un kaspaze-14), kurām ir būtiska loma citokīnu nobriešanā un iekaisuma reakcijā.
2-apoptozes ierosinātājas vai II grupas kaskādes: tām ir garš pro-domēns (vairāk nekā 90 aminoskābes), kas satur vai nu DED domēnu (kaspaze-8 un kaspaze-10), vai kaspazes rekrutēšanas domēnu (kaspaze-2) un kaspaze-9)
3-efektoru kaspāzes vai III grupa: tiem ir īsi pro-domēni (20-30 aminoskābes).
Iespējas
Lielākā daļa atsevišķo kasparātu funkciju ir noskaidrota, izmantojot ģenētiskos trokšņa slāpēšanas eksperimentus vai iegūstot mutantus, katram no tiem izveidojot īpašas funkcijas.
Apoptotiskās funkcijas
Neskatoties uz no kaspazes neatkarīgu apoptotisko ceļu esamību, šie fermenti ir kritiski daudziem ieprogrammētajiem šūnu nāves gadījumiem, kas nepieciešami lielas daļas daudzšūnu organismu sistēmu pareizai attīstībai.
Apoptotiskos procesos iniciējošās kaskādes ir kaskādes -2, -8, -9 un -10, savukārt efektoru kaspazēs ir kaskādes -3, -6 un -7.
Tās īpašie intracelulārie mērķi ietver lamina lamina un citoskeleta proteīnus, kuru šķelšanās veicina šūnu nāvi.
Neapoptotiskas funkcijas
Kaspazēm šūnā ir ne tikai apoptotiska loma, jo dažu šo enzīmu aktivizācija ir pierādīta, ja nav šūnu nāves procesu. Tā ne-apoptotiskā loma ietver proteolītiskās un ne-proteolītiskās funkcijas.
Viņi piedalās fermentu proteolītiskajā apstrādē, lai izvairītos no šūnu demontāžas; tā mērķi ir tādi proteīni kā citokīni, kināzes, transkripcijas faktori un polimerāzes.
Šīs funkcijas ir iespējamas, pateicoties pro-kaspāžu vai to proteolītisko mērķu pēctranslācijas apstrādei, fermentu telpiskai atdalīšanai starp šūnu nodalījumiem vai regulēšanai ar citiem augšupējiem efektorproteīniem.
Imūnā funkcija
Dažas kaspāzes ir iesaistītas imūnsistēmas svarīgu faktoru apstrādē, piemēram, tas ir kaspazes-1 gadījumā, kurā tiek apstrādāts pro-Interleikīns-1β, veidojot nobriedušu IL-1β, kas ir galvenais iekaisuma reakcijas mediators.
Kaspaze-1 ir atbildīga arī par citu interleikīnu, piemēram, IL-18 un IL-33, pārstrādi, kas ir iesaistīti iekaisuma reakcijā un iedzimtā imūnā atbildē.
Šūnu proliferācijā
Daudzos veidos kaspazes ir iesaistītas šūnu proliferācijā, īpaši limfocītos un citās imūnsistēmas šūnās, un kaspaze-8 ir viens no vissvarīgākajiem iesaistītajiem fermentiem.
Šķiet, ka kaspazei-3 ir arī funkcijas šūnu cikla regulēšanā, jo tā spēj pārstrādāt no ciklinatkarīgā kināzes (CDK) inhibitoru p27, kas veicina šūnu cikla indukcijas progresēšanu.
Citas funkcijas
Dažas kaspazes piedalās šūnu diferenciācijas progresā, it īpaši šūnās, kas nonāk postmitotiskā stāvoklī, ko dažreiz uzskata par nepilnīgas apoptozes procesu.
Kaspaze-3 ir būtiska pareizai muskuļu šūnu diferenciācijai, un citas kaspazes ir iesaistītas arī mieloīdu, monocītu un eritrocītu diferenciācijā.
Atsauces
- Chowdhury, I., Tharakan, B., & Bhat, GK (2008). Kaspazes - atjauninājums. Salīdzinošā bioķīmija un fizioloģija, B daļa, 151., 10. – 27.
- Degterev, A., Boyce, M., & Yuan, J. (2003). Kaspašu desmitgade. Oncogene, 22, 8543-8567.
- Earnshaw, WC, Mārtiņš, LM, un Kaufmans, SH (1999). Zīdītāju kaskādes: struktūra, aktivizēšana, substrāti un funkcijas apoptozes laikā. Gada pārskats par bioķīmiju, 68, 383–424.
- Lodish, H., Berk, A., Kaizers, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molekulāro šūnu bioloģija (5. izdevums). Freeman, WH & Company.
- Nikolsons, D., un Thornberry, N. (1997). Kaspazes: slepkavas proteāzes. TIBS pārskati, 22, 299-306.
- Stennicke, HR, un Salvesen, GS (1998). Kaspašu īpašības. Biochimica et Biophysica Acta, 1387, 17–31.