CASP9

Kaspaza-9 jest enzim koji je kod ljudi kodiran genom CASP9 sa hromosoma 1. To je pokretač kaspaza,Caspase 9 kritičanih za apoptotski put koji se nalazi u mnogim tkivima. Homolozi kaspaze-9 su identifikovani kod svih sisara za koje je poznato da postoje, kao što su Mus musculus i Pan troglodytes.

Kaspaza-9 pripada porodici kaspaza, cistein-asparaginskih proteaza uključenih u apoptozu i citokinsku signalizaciju. Apoptotski signali uzrokuju oslobađanje citohroma c iz mitohondrija i aktivaciju apaf-1 (apoptosoma), koji zatim cijepa pro-enzim kaspazu-9 u aktivni oblik dimera. Regulacija ovog enzima dešava se putem fosforilacije pomoću alosternih inhibitora, inhibirajući dimerizaciju i izazivajući konformacionu promjenu.

Za apoptozu je potrebna ispravna funkcija kaspaze-9, što dovodi do normalnog razvoja centralnog nervnog sistema. Kaspaza-9 ima višestruke dodatne ćelijske funkcije koje su nezavisne od njene uloge u apoptozi . Neapoptozne uloge kaspaze-9 uključuju regulaciju nekroptoza, ćelijske diferencijacije, urođenog imunskog odgovora, sazrijevanje senzornih neurona, mitohondrijsku homeostazu, organizaciju kortikospinalnog kruga i ishemijsku vaskularnu povredu. Bez ispravne funkcije može doći do abnormalnog razvoja tkiva što dovodi do abnormalne funkcije, bolesti i prerane smrti. Mutacije gubitka funkcije kaspaze-9 povezane su sa imunodeficijencijama/limfoproliferacijom, defektima nervne cijevi i sindromom sličnim Li-Fraumenijevom. Povećana aktivnost kaspaze-9 implicirana je u napredovanju amiotrofne lateralne skleroze, odvajanja mrežnjače i sindroma sporog kanala, kao i raznih drugih neurvnih, autoimunskih i kardiovaskularnih poremećaja.

Različite proteinske izoforme kaspaze-9 nastaju zbog alternativne prerade.

Aminokiselinska sekvenca Dužina polipeptidnog lanca je 416 aminokiselina, a molekulska težina 46.281 Da.

1020304050 MDEADRRLLRRCRLRLVEELQVDQLWDALLSRELFRPHMIEDIQRAGSGS RRDQARQLIIDLETRGSQALPLFISCLEDTGQDMLASFLRTNRQAAKLSK PTLENLTPVVLRPEIRKPEVLRPETPRPVDIGSGGFGDVGALESLRGNAD LAYILSMEPCGHCLIINNVNFCRESGLRTRTGSNIDCEKLRRRFSSLHFM VEVKGDLTAKKMVLALLELAQQDHGALDCCVVVILSHGCQASHLQFPGAV YGTDGCPVSVEKIVNIFNGTSCPSLGGKPKLFFIQACGGEQKDHGFEVAS TSPEDESPGSNPEPDATPFQEGLRTFDQLDAISSLPTPSDIFVSYSTFPG FVSWRDPKSGSWYVETLDDIFEQWAHSEDLQSLLLRVANAVSVKGIYKQM PGCFNFLRKKLFFKTS

Struktura Slično drugim kaspazama, kaspaza-9 ima tri domena: N-terminalni prodomen, veliku podjedinicu i malu podjedinicu. N-terminalni prodomen naziva se i dugio prodomen koji sadrži domen aktivacije kaspaze (CARD) motiv. Prodomen povezan je sa katalitskim domenom preko linker petlje.

Kaspazni-9 monomer sastoji se od jedne velike i jedne male podjedinice, a obje sadrže katalitski domen. Za razliku od normalno konzerviranog motiva aktivnog mjesta QACRG u drugim kaspazama, kaspaza-9 ima motiv QACGG.

Kada je dimerizirana, kaspaza-9 ima dve različite konformacije aktivnog mesta unutar svakog dimera. Jedno mesto veoma liči na katalitsko mesto drugih kaspaza, dok drugo nema 'aktivacijsku petlju', ometajući katalitski mehanizam na tom određenom aktivnom mestu. Površinske petlje oko aktivnog mesta su kratke, što dovodi do široke specifičnosti supstrata jer je rascep koji se vezuje za supstrat otvoreniji. Unutar aktivnog mjesta kaspaze-9, da bi došlo do katalitske aktivnosti, moraju na pravom mjestu biti specifične aminokiseline. Aminokiselina Asp na poziciji P1 je esencijalna, s preferencijom za aminokiselinu His na poziciji P2.

Lokalizacija Unutar ćelije, kaspaza-9 kod ljudi se nalazi u mitohondrijama, citosolu i jedru.

Ekspresija proteina Kaspaza-9 kod ljudi eksprimirana je u tkivima i fetusa i odraslih. Tkivna ekspresija kaspaze-9 je sveprisutna s najvećom ekspresijom u mozgu i srcu, posebno u fazi razvoja odrasle osobe u mišićnim ćelijama srca. Jetra, gušterača i skeletni mišići eksprimiraju ovaj enzim na umjerenom nivou, a sva ostala tkiva eksprimiraju kaspazu-9 na niskim razinama.

Mehanizam Aktivna kaspaza-9 djeluje kao inicirajuća kaspaza cijepanjem, aktivirajući tako izvršne kaspaze nizvodno, inicirajući apoptozu. Kada se aktivira, kaspaza-9 nastavlja da cijepa kaspazu-3, -6 i -7, pokrećući kaskadu kaspaza dok cijepaju nekoliko drugih ćelijskih ciljeva.

Kada je kaspaza-9 neaktivna, ona postoji u citosolu kao zimogen, u svom monomernom obliku. Tada se uključuje i aktivira putem CARD-apaf-1, prepoznavajući CARD u kaspazi-9.

Prerada Prije nego što dođe do aktivacije, kaspaza-9 se mora preraditi. U početku, kaspaza-9 je napravljena kao neaktivni jednolančani zimogen. Procesuiranje se dešava kada se apoptozom veže za pro-kaspazu-9 dok apaf-1 pomaže u autoproteolitskoj preradi zimogena. Obrađena kaspaza-9 ostaje vezana za kompleks apoptosoma, formirajući holoenzim.

Aktivacija Aktivacija se događa kada se kaspaza-9 dimerizira, a postoje dva različita načina na koja se to može dogoditi: Kaspaza-9 se automatski aktivira kada se veže za apaf-1 (apoptosom), jer apaf-1 oligomerizira molekule prekursora prokaspase-9. Prethodno aktivirane kaspaze mogu cijepati kaspazu-9, uzrokujući njenu dimerizaciju.

Katalitska aktivnost Kaspaza-9 ima preferiranu sekvencu cijepanja Leu-Gly-His-Asp-(cut)-X.

Regulacija Negativna regulacija kaspaze-9 se javlja putem fosforilacija. To radi serin-treonin kinaza, Akt, na serinu-196 koji inhibira aktivaciju i aktivnost proteaze kaspaze-9, suzbijanje kaspaze-9 i dalju aktivaciju apoptoze. Akt djeluje kao alosterni inhibitor kaspaze-9 jer je mjesto fosforilacije serina-196 daleko od katalitskog mjesta. Inhibitor utiče na dimerizaciju kaspaze- 9 i uzrokuje konformacijsku promjenu koja utiče na rascjep kaspaze-9 koji se veže na supstrat.

Akt može djelovati i na prerađenu i na neprerađenu kaspazu-9 in vitro, gdje se fosforilacija obrađene kaspaze-9 javlja na velikoj podjedinici.

Nedostaci i mutacije Nedostatak kaspaze-9 u velikoj mjeri utiče na mozak i njegov razvoj. Efekti mutacije ili nedostatka ove kaspaze u odnosu na druge su štetni. Početna uloga kaspaze-9 u apoptozi je uzrok teških efekata uočenih kod onih s atipskom kaspazom- 9.

Miševi s nedovoljnom kaspazom-9 imaju glavni fenotip zahvaćenog ili abnormalnog mozga. Akt djeluje kao alosterni inhibitor kaspaze-9 jer je mjesto fosforilacije serina-196 daleko od katalitičkog mjesta. Inhibitor utiče na dimerizaciju kaspaze- 9 i uzrokuje konformacijsku promjenu koja utječe na rascjep kaspaze-9 koji se veže na supstrat.

Akt može djelovati i na obrađenu i na neprerađenu kaspazu-9 in vitro, gdje se fosforilacija obrađene kaspaze-9 javlja na velikoj podjedinici. Veliki mozak utiče na opadanje učestalosi apoptoza, izazivajući porast dodatnih neurona u primjeru fenotipa nedostatka kaspaze-9 kod miševa. Oni homozigoti bez kaspaze-9 uginu perinatalno kao rezultat abnormalno razvijenog cerebruma.

Kod ljudi, ekspresija kaspaze-9 varira od tkiva do tkiva, a različiti nivoi imaju fiziološku ulogu. Niske količine kaspaze-9 dovode do kancera i neurodegenerativne bolesti kao što je Alzheimerova bolest. Daljnje promjene na nivou jednonukleotidnih polimorfizama(SNP) i nivoa cijelog gena kaspaze-9 mogu uzrokovati mutacije zametne linije povezane s ne-Hodgkinovim limfomom. Određeni polimorfizmi u promotoru kaspaze-9 povećavaju brzinu ekspresije kaspaze-9, a to može povećati rizik od karcinoma pluća.

Klinički značaj Efekti abnormalnih nivoa ili funkcije kaspaze-9 utiču na kliničku sliku. Uticaj kaspaze-9 na mozak može dovesti do budućeg rada na inhibiciji kroz ciljanu terapiju, posebno kod bolesti povezanih s mozgom jer ovaj enzim može sudjelovati u razvojnim putevima neuronskih poremećaja.

Uvođenje kaspaza takođe može imati medicinske koristi. U kontekstu bolesti transplantata protiv domaćina, kaspaza-9 može se uvesti kao inducibilni prekidač. U prisustvu male molekule, dimerizirat će se i pokrenuti apoptozu, eliminirajući limfocite.

iCasp9 iCasp9 (inducibilna kaspaza-9) je tip kontrolnog sistema za himerne T-ćelije receptora antigena (CAR T-ćelije). CAR T-ćelije su genetički modifikovane T-ćelije koje pokazuju citotoksičnost na tumorske ćelije. Dokazi pokazuju da su CAR T-ćelije efikasne u liječenju zloćudnih bolesti B-ćelija. Međutim, kako CAR T-ćelije unose toksičnost, korisnička kontrola ćelija i njihovih meta je kritična. Jedan on ostalih puteva kontrole CAR T-ćelija je putem lijekovima kntroliranogsistema sinteze. iCasp9 nastaje modoficiranjem kaspaze-9 i njenim spajenjem sa FK506 vezujućim proteinom. iCasp9 se može pridodati na CAR T-ćelije kao inducibilni suicidni gen.

Ako terapija CAR T-ćelijama rezultira teškim nuspojavama, iCasp9 se može koristiti za zaustavljanje liječenja. Davanje lijeka s malim molekulama, kao što je rapamicin, uzrokuje da se lijek veže za domen FK506. Ovo zauzvrat inducira ekspresiju kaspaze-9, koja pokreće ćelijsku smrt CAR T-ćelije.

Alternativni transkripti Putem alternativne prerade, proizvode se četiri različite kaspaze-9 varijante.

Kaspaza-9α (9L) Ova varijanta se koristi kao referentna sekvenca i ima punu aktivnost cistein-proteaze.

Kaspaza-9β (9S) Izoforma 2 ne uključuje egzone 3, 4, 5 i 6; nedostaju mu aminokiseline 140-289. Kaspaza-9S nema centralni katalitski domen, stoga funkcionira kao inhibitor kaspaze-9α, tako što se veže za apoptosom, potiskujući kaskadu enzima kaspaze i apoptozu. Kaspaza-9β se naziva endogena dominantno negativna izoforma.

Kaspaza-9γ U ovoj varijanti nedostaju aminokiseline 155-416, a za aminokiseline 152-154, sekvenca AYI je promijenjena u TVL.

Izoforma 4 U poređenju sa referentnom sekvencom, nedostaju aminokiseline 1-83.

Interakcije Pokazalo se da kaspaza-9 reaguje sa:

APAF1 BIRC2, Protein 3 sa bakulovirusnim IAP ponavljanjem, Kaspaza 8, NLRP1, i XIAP.

400px|thumb|center| Pregled puteva transdukcije signala uključenih u apoptozu.

Također pogledajte Mapa proteolize Kaspaza Kaspaza-3 Apoptozom Apaf-1

Reference

Dopunska literatura

Vanjski linkovi The MEROPS online database for peptidases and their inhibitors: C14.010

Kategorija:EC 3.4.22 Kategorija:Kaspaze Kategorija:Geni na hromosomu 1 Kategorija:Enzimi Kategorija:Ljudski proteini Kategorija:Proteomika