From Wikipedia, the free encyclopedia
Kaspaza-9 jest enzim koji je kod ljudi kodiran genom CASP9 sa hromosoma 1. To je pokretač kaspaza,[5] kritičanih za apoptotski put koji se nalazi u mnogim tkivima.[6] Homolozi kaspaze-9 su identifikovani kod svih sisara za koje je poznato da postoje, kao što su Mus musculus i Pan troglodytes.[7]
Kaspaza-9 pripada porodici kaspaza, cistein-asparaginskih proteaza uključenih u apoptozu i citokinsku signalizaciju.[8] Apoptotski signali uzrokuju oslobađanje citohroma c iz mitohondrija i aktivaciju apaf-1 (apoptosoma), koji zatim cijepa pro-enzim kaspazu-9 u aktivni oblik dimera.[6] Regulacija ovog enzima dešava se putem fosforilacije pomoću alosternih inhibitora, inhibirajući dimerizaciju i izazivajući konformacionu promjenu.[8]
Za apoptozu je potrebna ispravna funkcija kaspaze-9, što dovodi do normalnog razvoja centralnog nervnog sistema.[8] 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.[9] Bez ispravne funkcije može doći do abnormalnog razvoja tkiva što dovodi do abnormalne funkcije, bolesti i prerane smrti.[8] 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.[9]
Različite proteinske izoforme kaspaze-9 nastaju zbog alternativne prerade.[10]
Dužina polipeptidnog lanca je 416 aminokiselina, a molekulska težina 46.281 Da.[11]
10 | 20 | 30 | 40 | 50 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
MDEADRRLLR | RCRLRLVEEL | QVDQLWDALL | SRELFRPHMI | EDIQRAGSGS | ||||
RRDQARQLII | DLETRGSQAL | PLFISCLEDT | GQDMLASFLR | TNRQAAKLSK | ||||
PTLENLTPVV | LRPEIRKPEV | LRPETPRPVD | IGSGGFGDVG | ALESLRGNAD | ||||
LAYILSMEPC | GHCLIINNVN | FCRESGLRTR | TGSNIDCEKL | RRRFSSLHFM | ||||
VEVKGDLTAK | KMVLALLELA | QQDHGALDCC | VVVILSHGCQ | ASHLQFPGAV | ||||
YGTDGCPVSV | EKIVNIFNGT | SCPSLGGKPK | LFFIQACGGE | QKDHGFEVAS | ||||
TSPEDESPGS | NPEPDATPFQ | EGLRTFDQLD | AISSLPTPSD | IFVSYSTFPG | ||||
FVSWRDPKSG | SWYVETLDDI | FEQWAHSEDL | QSLLLRVANA | VSVKGIYKQM | ||||
PGCFNFLRKK | LFFKTS |
Slično drugim kaspazama, kaspaza-9 ima tri domena: N-terminalni prodomen, veliku podjedinicu i malu podjedinicu.[8] N-terminalni prodomen naziva se i dugio prodomen koji sadrži domen aktivacije kaspaze (CARD) motiv.[12] Prodomen povezan je sa katalitskim domenom preko linker petlje.[13]
Kaspazni-9 monomer sastoji se od jedne velike i jedne male podjedinice, a obje sadrže katalitski domen.[14] Za razliku od normalno konzerviranog motiva aktivnog mjesta QACRG u drugim kaspazama, kaspaza-9 ima motiv QACGG.[13][15]
Kada je dimerizirana, kaspaza-9 ima dve različite konformacije aktivnog mesta unutar svakog dimera.[14] Jedno mesto veoma liči na katalitsko mesto drugih kaspaza, dok drugo nema 'aktivacijsku petlju', ometajući katalitski mehanizam na tom određenom aktivnom mestu.[14] Površinske petlje oko aktivnog mesta su kratke, što dovodi do široke specifičnosti supstrata jer je rascep koji se vezuje za supstrat otvoreniji.[16] 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.[17]
Unutar ćelije, kaspaza-9 kod ljudi se nalazi u mitohondrijama, citosolu i jedru.[18]
Kaspaza-9 kod ljudi eksprimirana je u tkivima i fetusa i odraslih.[13][15] Tkivna ekspresija kaspaze-9 je sveprisutna s najvećom ekspresijom u mozgu i srcu, posebno u fazi razvoja odrasle osobe u mišićnim ćelijama srca.[19] Jetra, gušterača i skeletni mišići eksprimiraju ovaj enzim na umjerenom nivou, a sva ostala tkiva eksprimiraju kaspazu-9 na niskim razinama.[19]
Aktivna kaspaza-9 djeluje kao inicirajuća kaspaza cijepanjem, aktivirajući tako izvršne kaspaze nizvodno, inicirajući apoptozu.[20] Kada se aktivira, kaspaza-9 nastavlja da cijepa kaspazu-3, -6 i -7, pokrećući kaskadu kaspaza dok cijepaju nekoliko drugih ćelijskih ciljeva.[8]
Kada je kaspaza-9 neaktivna, ona postoji u citosolu kao zimogen, u svom monomernom obliku.[14][21] Tada se uključuje i aktivira putem CARD-apaf-1, prepoznavajući CARD u kaspazi-9.[22]
Prije nego što dođe do aktivacije, kaspaza-9 se mora preraditi.[23] U početku, kaspaza-9 je napravljena kao neaktivni jednolančani zimogen.[23] Procesuiranje se dešava kada se apoptozom veže za pro-kaspazu-9 dok apaf-1 pomaže u autoproteolitskoj preradi zimogena.[23] Obrađena kaspaza-9 ostaje vezana za kompleks apoptosoma, formirajući holoenzim.[24]
Aktivacija se događa kada se kaspaza-9 dimerizira, a postoje dva različita načina na koja se to može dogoditi:
Kaspaza-9 ima preferiranu sekvencu cijepanja Leu-Gly-His-Asp-(cut)-X.[17]
Negativna regulacija kaspaze-9 se javlja putem fosforilacija.[8] To radi serin-treonin kinaza, Akt, na serinu-196 koji inhibira aktivaciju i aktivnost proteaze kaspaze-9, suzbijanje kaspaze-9 i dalju aktivaciju apoptoze.[26] Akt djeluje kao alosterni inhibitor kaspaze-9 jer je mjesto fosforilacije serina-196 daleko od katalitskog mjesta.[26] Inhibitor utiče na dimerizaciju kaspaze- 9 i uzrokuje konformacijsku promjenu koja utiče na rascjep kaspaze-9 koji se veže na supstrat.[26]
Akt može djelovati i na prerađenu i na neprerađenu kaspazu-9 in vitro, gdje se fosforilacija obrađene kaspaze-9 javlja na velikoj podjedinici.[27]
Nedostatak kaspaze-9 u velikoj mjeri utiče na mozak i njegov razvoj.[28] Efekti mutacije ili nedostatka ove kaspaze u odnosu na druge su štetni.[28] 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.[26] Inhibitor utiče na dimerizaciju kaspaze- 9 i uzrokuje konformacijsku promjenu koja utječe na rascjep kaspaze-9 koji se veže na supstrat.[26]
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.[29] Oni homozigoti bez kaspaze-9 uginu perinatalno kao rezultat abnormalno razvijenog cerebruma.[8]
Kod ljudi, ekspresija kaspaze-9 varira od tkiva do tkiva, a različiti nivoi imaju fiziološku ulogu.[29] Niske količine kaspaze-9 dovode do kancera i neurodegenerativne bolesti kao što je Alzheimerova bolest.[29] Daljnje promjene na nivou jednonukleotidnih polimorfizama(SNP) i nivoa cijelog gena kaspaze-9 mogu uzrokovati mutacije zametne linije povezane s ne-Hodgkinovim limfomom.[30] Određeni polimorfizmi u promotoru kaspaze-9 povećavaju brzinu ekspresije kaspaze-9, a to može povećati rizik od karcinoma pluća.[31]
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.[8]
Uvođenje kaspaza takođe može imati medicinske koristi.[20] U kontekstu bolesti transplantata protiv domaćina, kaspaza-9 može se uvesti kao inducibilni prekidač.[32] U prisustvu male molekule, dimerizirat će se i pokrenuti apoptozu, eliminirajući limfocite.[32]
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.[33] 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.[33] iCasp9 se može pridodati na CAR T-ćelije kao inducibilni suicidni gen.[34]
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.[34] Ovo zauzvrat inducira ekspresiju kaspaze-9, koja pokreće ćelijsku smrt CAR T-ćelije.[34]
Putem alternativne prerade, proizvode se četiri različite kaspaze-9 varijante.
Ova varijanta se koristi kao referentna sekvenca i ima punu aktivnost cistein-proteaze.[12][35]
Izoforma 2 ne uključuje egzone 3, 4, 5 i 6; nedostaju mu aminokiseline 140-289.[12][35] Kaspaza-9S nema centralni katalitski domen, stoga funkcionira kao inhibitor kaspaze-9α, tako što se veže za apoptosom, potiskujući kaskadu enzima kaspaze i apoptozu.[12][36] Kaspaza-9β se naziva endogena dominantno negativna izoforma.
U ovoj varijanti nedostaju aminokiseline 155-416, a za aminokiseline 152-154, sekvenca AYI je promijenjena u TVL.[35]
U poređenju sa referentnom sekvencom, nedostaju aminokiseline 1-83.[35]
Pokazalo se da kaspaza-9 reaguje sa:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.