カスパーゼ-9

カスパーゼ-9は、ヒトではCASP9遺伝子によってコードされる酵素です。それは多くの組織で見られるアポトーシス経路に重要なイニシエーターカスパーゼです。カスパーゼ-9ホモログは、Mus musculusやPan troglodytesなどの存在が知られているすべての哺乳類で確認されています。

カスパーゼ-9は、アポトーシスおよびサイトカインシグナル伝達に関与するシステインアスパラギン酸プロテアーゼであるカスパーゼファミリーに属します。アポトーシスシグナルは、ミトコンドリアからのシトクロムcの放出とapaf-1（アポトソーム）の活性化を引き起こし、それがカスパーゼ-9のプロ酵素を活性二量体型に切断します。この酵素の調節は、アロステリック阻害剤によるリン酸化によって起こり、二量体化を阻害し、立体構造の変化を引き起こします。

アポトーシスには正しいカスパーゼ-9機能が必要であり、中枢神経系の正常な発達につながります。正しい機能がなければ、異常な組織の発達が起こり、異常な機能、疾患、および早死につながります。カスパーゼ-9が関与する特定の疾患は、この酵素を標的とする治療法で治療されます。

選択的スプライシングにより、カスパーゼ-9のさまざまなタンパク質アイソフォームが生成されます。

構造

他のカスパーゼと同様に、カスパーゼ-9には3つのドメインがあります：N末端プロドメイン、大サブユニット、小サブユニット。 N末端プロドメインはロングプロドメインとも呼ばれ、これにはカスパーゼ活性化ドメイン（CARD）モチーフが含まれます。プロドメインは、リンカーループによって触媒ドメインにリンクされています。

カスパーゼ-9モノマーは、1つの大きなサブユニットと1つの小さなサブユニットから成り、両方とも触媒ドメインを含んでいます。他のカスパーゼで通常保存されている活性部位モチーフQACRGとは異なり、カスパーゼ-9にはモチーフQACGGがあります。

二量体化すると、カスパーゼ-9は各二量体内に2つの異なる活性部位の立体構造を持ちます。 1つの部位は他のカスパーゼの触媒部位によく似ていますが、2番目の部位には「活性化ループ」がなく、その特定の活性部位の触媒機構を破壊します。活性部位の周囲の表面ループは短く、基質結合の裂け目がより開いているため、広範な基質特異性が生じます。カスパーゼ-9の活性部位内で、触媒活性が生じるためには、正しい位置に特定のアミノ酸がなければなりません。 P1位のアミノ酸Aspは必須であり、P2位のアミノ酸Hisが優先されます。

ローカリゼーション

細胞内では、ヒトのカスパーゼ-9はミトコンドリア、サイトゾル、および核に見られます。

タンパク質発現

ヒトのカスパーゼ-9は、胎児および成人の組織で発現しています。カスパーゼ-9の組織発現は遍在しており、特に心臓の筋肉細胞の成体の発達段階で脳と心臓で最も高い発現を示します。肝臓、膵臓、骨格筋はこの酵素を中程度のレベルで発現し、他のすべての組織はカスパーゼ-9を低レベルで発現します。

機構

活性型カスパーゼ-9は、切断により開始カスパーゼとして働き、下流の死刑執行カスパーゼを活性化し、アポトーシスを開始します。活性化されると、カスパーゼ-9はカスパーゼ-3、-6、および-7を切断し、他のいくつかの細胞標的を切断する際にカスパーゼカスケードを開始します。

カスパーゼ-9が不活性である場合、それはチモーゲンとして細胞質ゾル中にその単量体の形で存在します。その後、apasp-1のCARDによってリクルートされ、活性化され、カスパーゼ-9のCARDを認識します。

処理

アクティベーションを行う前に、カスパーゼ-9を処理する必要があります。当初、カスパーゼ-9は不活性な単鎖チモーゲンとして作られています。 apaf-1はチモーゲンの自己タンパク質分解プロセシングを支援するため、アポトソームがプロカスパーゼ-9に結合するとプロセッシングが起こります。処理されたカスパーゼ-9は、アポプトソーム複合体に結合したままであり、ホロ酵素を形成します。

アクティベーション

カスパーゼ-9が二量体化すると活性化が起こります。これには2つの異なる方法があります。

1. apaf-1はプロカスパーゼ-9の前駆体分子をオリゴマー化するため、カスパーゼ-9はapaf-1（アポトソーム）に結合すると自動的に活性化されます。
2. 以前に活性化されたカスパーゼは、カスパーゼ-9を切断し、その二量体化を引き起こします。

触媒活性

カスパーゼ-9は、Leu-Gly-His-Asp-（cut）-Xの好ましい切断配列を持っています。

規制

カスパーゼ-9の負の調節は、リン酸化を通じて起こります。これは、セリン196上のセリン-トレオニンキナーゼAktによって行われ、カスパーゼ-9の活性化とプロテアーゼ活性を阻害し、カスパーゼ-9とアポトーシスのさらなる活性化を抑制します。 Aktは、セリン196のリン酸化部位が触媒部位から遠いため、カスパーゼ-9のアロステリック阻害剤として機能します。この阻害剤は、カスパーゼ-9の二量体化に影響を及ぼし、カスパーゼ-9の基質結合溝に影響を与える立体構造の変化を引き起こします。

Aktは、in vitroで処理済みおよび未処理の両方のカスパーゼ-9に作用し、処理済みカスパーゼ-9のリン酸化が大きなサブユニットで発生します。

欠陥と突然変異

カスパーゼ-9の欠乏は、脳とその発達に大きく影響します。他の人と比較して、このカスパーゼに変異または欠損があることの影響は有害です。アポトーシスにおいてカスパーゼ-9が果たす最初の役割は、非定型のカスパーゼ-9を持つ人に見られる重篤な影響の原因です。

不十分なカスパーゼ-9を持つマウスは、罹患または異常な脳の主な表現型を持っています。アポトーシスの減少により脳が大きくなり、余分なニューロンが増加することは、カスパーゼ-9欠損マウスで見られる表現型の例です。カスパーゼ-9が存在しないホモ接合体は、異常に発達した大脳の結果として周産期に死亡します。

ヒトでは、カスパーゼ-9の発現は組織ごとに異なり、異なるレベルには生理学的な役割があります。少量のカスパーゼ-9は、癌およびアルツハイマー病などの神経変性疾患を引き起こします。カスパーゼ-9の一塩基多型（SNP）レベルおよび全遺伝子レベルでのさらなる変化は、非ホジキンリンパ腫に関連する生殖細胞変異を引き起こす可能性があります。カスパーゼ-9のプロモーターの特定の多型は、カスパーゼ-9の発現率を高めます。これにより、肺がんのリスクが高まります。

臨床的な意義

異常なカスパーゼ-9レベルまたは機能の影響は、臨床の世界に影響を与えます。カスパーゼ-9が脳に及ぼす影響は、この酵素が神経障害の発達経路に関与している可能性があるため、特に脳に関連する疾患を対象とした標的療法による阻害の将来の作業につながる可能性があります。

カスパーゼの導入には、医学的な利点もあります。移植片対宿主病の文脈において、カスパーゼ-9は誘導性スイッチとして導入される可能性があります。小分子の存在下では、二量体化してアポトーシスを引き起こし、リンパ球を排除します。

代替転写

選択的スプライシングにより、4つの異なるカスパーゼ-9バリアントが生成されます。

カスパーゼ-9α（9L）

このバリアントは参照配列として使用され、完全なシステインプロテアーゼ活性を持っています。

カスパーゼ-9β（9S）

アイソフォーム2には、エクソン3、4、5、および6は含まれません。アミノ酸140〜289が欠落しています。カスパーゼ-9Sは中央の触媒ドメインを持たないため、アポプトソームに結合してカスパーゼ酵素カスケードとアポトーシスを抑制することにより、カスパーゼ-9αの阻害剤として機能します。カスパーゼ-9βは、内因性ドミナントネガティブアイソフォームと呼ばれます。

カスパーゼ-9γ

このバリアントにはアミノ酸155〜416がありません。アミノ酸152〜154では、配列AYIがTVLに変更されます。

アイソフォーム4

参照配列と比較して、アミノ酸1〜83が欠落しています。

相互作用

カスパーゼ-9は以下と相互作用することが示されています：