Caspase-3

Caspase-3

Caspase-3是一種蛋白酶,1994年Fernandez-Alnemri等在BenBank表達序列標記(expression sequence tag, EST)資料庫中找到一段與ICE/CED-3活性中心同源的序列,用它合成探針後,篩選人Jurkat T淋巴細胞cDNA文庫,從中克隆到一種新基因,因其編碼分子量為32kD的半胱氨酸蛋白酶而稱之為CPP32(cysteine protease protein, 32kD)。隨後,其他學者獨立地將這一蛋白基因克隆出來,並分別命名為prICE、apopain(凋亡素)和Yama(印度傳說中的死亡之神)。1996年這種蛋白酶被命名為caspase-3。現在一般認為caspase-3是細胞凋亡過程中最主要的終末剪下酶,也是CTL細胞殺傷機制的重要組成部分。

結構

pro-caspase-3含有277個胺基酸殘基,分子量約32kD,與ICE有30%同源性,與CED-3有35%同源性,是caspase家族中與CED-3同源性最高的,無論從結構同源性還是從底物特異性來看都與CED-3很相似,所以有人認為它是CED-3在哺乳動物中的同源蛋白。caspase-3的原結構域明顯短於ICE,但蛋白酶活性中心和與結合底物有關的保守的胺基酸均與ICE一致。pro-caspase-3在活化過程中從Asp28~Ser29和Asp175~Ser176兩處被剪下,形成P17(29~175)和P10(182~277)兩個片段,相當於ICE的P20和P10,兩種亞基再組成活性形式的caspase-3。pro-caspase-3本身並沒有催化活性,在活化時首先由顆粒酶B(GrzB)或caspase-10在D175剪下下小片段後它才被部分活化,隨後則可進行下一步的自我催化。在剪下原結構域時可能還有其它caspase如ICE的參與。

活化

caspase-3在細胞凋亡中起著不可替代的作用,caspase-3基因轉染昆蟲Sf9細胞後引起細胞凋亡,這個過程可以被Bcl-2阻斷;在發生凋亡的細胞提取液中去除caspase-3後,這些提取液就失去了誘導細胞凋亡的能力;再加入純化的caspase-3它又能恢復致凋亡的功能。caspase-3可以被多種因素活化,在CTL細胞的殺傷作用中,它既可被Fas/FasL途徑活化,也可以通過顆粒酶B途徑活化。顆粒酶B是CTL細胞顆粒中的一種絲氨酸酯酶,是哺乳動物中除caspase蛋白酶外唯一的在Asp後剪下的蛋白酶,它可以特異性剪下ICE家族蛋白酶催化亞單位C端的XXD序列,並活化caspase 2、3、6、7、8、9、10。ICE也可以被顆粒酶剪下,但剪下後並不被活化。

凋亡的機制

caspase-3最主要的底物是多聚(ADP-核糖)聚合酶PARP(poly(ADP-ribose) polymerase),該酶與DNA修復、基因完整性監護有關。在細胞凋亡啟動時,116kD 的PARP在Asp216-Gly217 之間被caspase-3剪下成31kD和85kD兩個片段,使PARP中與DNA結合的兩個鋅指結構與羧基端的催化區域分離,不能發揮正常功能。結果使受PARP負調控影響的Ca /Mg 依賴性核酸內切酶的活性增高,裂解核小體間的DNA,引起細胞凋亡。這種裂解過程可被caspase-3的特異性抑制劑Ac-DEVD-CHO所抑制,但不能被CrmA抑制。

caspase-3還可以剪下U1-70K、DNA-PK、PKCd 和PKCq 。PKCd 和PKCq 都屬於新型PKC(novel PKC, nPKC),當被caspase-3剪下後,可以切除調節區域,而成為活性形式的PKC,另外實驗還證明,過量表達PKCd 和PKCq 均可以引起細胞凋亡,說明它們都參與了細胞凋亡的誘導是CTL細胞殺傷機制的重要組成部分。

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