Caspase的活化及其在细胞凋亡中的作用

1、.,Caspase的活化及其在细胞凋亡中的作用,.,内容,Caspases的简介,Caspases的调节,.,Caspases的简介,在介导细胞凋亡中扮演着重要的角色。 从分子水平上来看，动物细胞的凋亡通路是由一类具有高度保守性的caspases酶类介导的。,Caspases 酶类,Caspases酶类通过水解天冬氨酸残基C末端的肽键(P1残基)，激活下游的caspases酶或分解细胞内相关的底物蛋白，导致细胞结构和代谢的改变，最后引起细胞凋亡。,又称死亡蛋白酶,.,Caspases的分类,迄今为止, 至少有14种哺乳动物Caspase 已被鉴定,根据它们之间大小亚单位序列的同源性, 可分为3

2、 组：,炎症组,凋亡起始组,凋亡效应组,.,Caspase 酶原的结构与分类,.,Caspases的特点,通常具有抑制剂,防止Caspase 酶原被偶然激活而对正常细胞造成损伤,以半胱氨酸作为裂解底物的亲核基团,对催化底物的天冬氨酸有特异性，即催化时底物的天冬氨酸羧基端肽键断裂,活化的Caspase 可水解底物, 并通过级联放大诱发凋亡,通常以无活性的酶原形式存在，须通过水解其氨基端一段序列而激活,和ICE 有同源性,有高度保守的QACXG（X 为R、Q 或G） 五肽序列,.,Caspase的激活,酶原分子激活后，大小亚基解离并重新组装为四聚体形式的活性酶。 两个小亚单位在中间, 大亚单位在外

3、周 。,Caspase通常情况下以无活性的酶原形式存在于细跑中 酶原分子由3 部分组成： N 端前域及一大一小两个亚基,每个异二聚体包含一个活性位点(大小亚单位的氨基酸残基共同组成)它们对结合和催化底物来说都是必需的,.,Caspase 酶原的激活过程,小亚基,大亚基,.,Caspase 酶原的激活,1,2,3,自活化autoactivation,转活化transactivation,非caspase 蛋白酶活化 activationby non-caspase proteinases,Caspase 酶原至少可以通过3种方式激活:,.,自活化(autoactivation),Caspase

4、酶原具有很低的蛋白水解活性，这表明它在某种条件下有自活化的潜力。 野生型Caspase 的过表达可导致酶原的加工与激活，表明酶原在高浓度时促进自活化。 Caspase- 8 或- 9的原域中都含有DED 通过蛋白蛋白相互作用，形成寡聚复合体，酶原相互接近，局部酶原浓度升高，促使了酶原的自活化，因此长的原域对于酶原的聚化和自活化是必需的。,.,转活化(transactivation),一旦被激活，起始Caspase 能转活化其他的Caspase 酶原，包括效应Caspase 和起始Caspase。 例如，Caspase- 8 能激活几乎所有已知的Caspase 酶原。Caspase- 8，- 9

5、 能激活酶原Caspase- 3和- 7，但不能激活Caspase- 6；Caspase- 3 反过来可再激活Caspase- 8、9，形成正反馈。,.,非Caspase 蛋白酶活化 activationby non-caspase proteinases,直接被其他非Caspase 蛋白酶所活化。 例如，细胞毒性T 细胞的颗粒酶B 是一种天冬氨酸特异的丝氨酸蛋白酶，是酶原Caspase- 3 和- 7的高效激活剂。 颗粒酶B 也能激活Caspase- 8、- 9 和- 10，但不能激活Caspase- 6。 另一种丝氨酸蛋白酶是组织蛋白酶G，它是通过在Gln- 194 之后进行酶切而激活Ca

6、spase- 7，这表明天冬氨酸对于酶原的激活来说并不是绝对必需的.,.,触发凋亡信号转导途径,细胞外途径 （细胞表面死亡受体途径）,细胞内途径 （线粒体引发途径）,内质网介导的凋亡通路,1,2,3,.,细胞外途径,细胞死亡信号蛋白盘绕黏附到它的同源细胞表面的接受器上，死亡配体与其受体结合，导致其死亡结构域相互积聚，并与转节器分子的死亡结构域相互结合，使死亡受体分子活化。 导致细胞内Caspase 酶原（pro- caspase）在局部聚集，FADD与募集而来的procaspase- 8 的DED（即长原域中包含的死亡效应域） 结合形成信号复合物，使pro- caspase- 8 自我水解、活

7、化，形成活性Caspase- 8。激活的Caspase- 8 激活下游Caspase从而引起细胞凋亡。,.,细胞内途径,由线粒体介导的内源性凋亡通路是哺乳动物细胞程序性死亡的主要途径。 凋亡刺激死亡促进因子（DPF），包括细胞色素C、凋亡诱导因子（AIF）、促死亡蛋白、Caspase 酶原的释放dATP、ATP 存在下活化Caspase细胞凋亡。,.,内质网介导的凋亡通路,内质网钙离子内环境紊乱以及过量内质网蛋白积累能够激活位于内质网上的Caspase- 12； 同时胞质中的Caspase- 7 转移到内质网表面，进一步激活Caspase- 12； 激活的Caspase- 12 可进一步剪切C

8、aspase-3； 从而引发细胞凋亡。,.,.,Caspase 的调节,Caspase 可直接诱导细胞凋亡，也可被死亡信号激活后，再激活第二信使如神经酰胺、Ca2+、Bcl- 2 的修饰，细胞内氧化还原水平的改变，Bax、Bak 和C-Myc 的过分表达等作用于线粒体再诱导凋亡。 这样死亡信号才能够突现级联放大，加快细胞凋亡。,在Bcl- 2 家族员中， 有对凋亡起抑制作用的蛋白， 如Bcl- 2、Bcl- XL，也存在着促进凋亡的蛋白，如Bid、Bax、Bak等。,Bcl- 2 家族,线粒体与Caspase,.,Caspase 抑制剂,2,单个天冬氨酸残基 (如Boc-Asp-FMK) 三聚体( 如z-VAD-FMK) 四聚体(如YVAD-FMK),人工合成的 多肽抑制剂,.,Caspase 抑制剂,近年来研究表明,许多疾病如肿瘤、自身免疫性疾病、病毒性感染以及各种神经退行性疾病的发生与细胞凋亡有着密切的关系,而Caspase 抑制剂的发现及研制为攻克这些疾病提供了一条新的途径。 尤其是人工合成的多肽抑制剂在体内、外实验中能够有效地抑制细胞凋亡,有望成为凋亡相关疾病的理想药物。,.,结论,Caspase 的活化是导致细胞凋亡