CASPAZĂ: STRUCTURĂ, TIPURI ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Cele Caspazele sunt efectoare ruta proteine de moarte programată a celulelor sau apoptoza. Aparțin unei familii de proteaze puternic dependente de cisteină și specifice aspartatului, de unde provine numele lor.

Ei folosesc un reziduu de cisteină în situsul lor activ ca nucleofil catalitic pentru a cliva substraturile proteice cu resturi de acid aspartic în structurile lor și această funcție este crucială pentru execuția programului apoptotic.

Structura caspasei-3 (Sursa: Jawahar Swaminathan și personalul MSD la Institutul European de Bioinformatică prin Wikimedia Commons)

Apoptoza este un eveniment extrem de important în organismele multicelulare, deoarece joacă un rol important în menținerea homeostazei și a integrității țesuturilor.

Rolul caspazelor în apoptoză contribuie la procesele critice de homeostază și reparație, precum și la clivajul componentelor structurale care au ca rezultat demontarea ordonată și sistematică a celulei care moare.

Aceste enzime au fost descrise mai întâi în C. elegans și apoi au fost găsite gene înrudite la mamifere, unde funcțiile lor au fost stabilite prin diferite abordări genetice și biochimice.

Structura

Fiecare caspază activă derivă din prelucrarea și auto-asocierea a două pro-caspaze zimogene precursoare. Acești precursori sunt molecule tripartite cu activitate catalitică „latentă” și o greutate moleculară cuprinsă între 32 și 55 kDa.

Cele trei regiuni sunt cunoscute sub numele de p20 (mare domeniu central intern de 17-21 kDa și care conțin situsul activ al subunității catalitice), p10 (domeniul C-terminal de 10-13 kDa cunoscut și sub numele de subunitate catalitică mică) și domeniu DD. (domeniul deces, 3-24 kDa, situat la terminalul N).

În unele pro-caspaze domeniile p20 și p10 sunt separate printr-o mică secvență de distanțare. Prodomainele morții sau DD la capătul N-terminal au 80-100 de reziduuri care constituie motivele structurale ale superfamiliei implicate în transducția semnalelor apoptotice.

Domeniul DD, la rândul său, este împărțit în două sub-domenii: domeniul efectiv de deces (DED) și domeniul de recrutare caspază (CARD), care sunt alcătuite din 6-7 elice antiparalele α-amfipatice care interacționează cu alte proteine ​​prin interacțiuni electrostatice sau hidrofobe.

Caspazele au multe reziduuri conservate care sunt responsabile pentru stabilirea generală a structurii și interacțiunea lor cu liganzii în timpul asamblării și procesării zimogenilor, precum și cu alte proteine ​​reglatoare.

Pro-caspazele 8 și 10 au două domenii DED aranjate în tandem în cadrul pro-domeniului lor. Pro-caspaze 1, 2, 4, 5, 9, 11 și 12 posedă un domeniu CARD. Ambele domenii sunt responsabile pentru recrutarea caspazelor inițiatorului în complexele care induc moartea sau inflamația.

Activarea

Fiecare pro-caspază este activată prin răspunsul la semnalele specifice și prin procesarea proteolitică selectivă la reziduurile specifice de acid aspartic. Prelucrarea se încheie cu formarea proteazelor homodimerice care inițiază procesul apoptotic.

Caspazele inițiator sunt activate prin dimerizare, în timp ce cele efectoare sunt activate prin clivarea inter-domeniilor. Există două rute pentru activarea caspazelor; cea extrinsecă și cea intrinsecă.

Calea extrinsecă sau calea mediată de receptorul de moarte implică participarea complexului de semnalizare a morții ca complex activator pentru pro-caspaze-8 și 10.

Calea intrinsecă sau calea mediată mitocondrială utilizează apoptosomul ca complex activator pentru pro-caspază-9.

Tipuri

Mamiferele au în jur de 15 caspaze diferite, provenind din aceeași familie genetică. Această superfamilie cuprinde alte subfamilii care sunt clasificate în funcție de poziția pro-domeniilor și funcțiile acestora.

De obicei, 3 subclase de caspaze sunt cunoscute la mamifere:

1-caspaze inflamatorii sau de grup I: caspaze cu mari domenii pro (Caspase-1, caspase-4, caspase-5, caspase-12, caspase-13 și caspase-14), care au un rol fundamental în maturizarea citokinelor iar în răspunsul inflamator.

2-caspaze inițiante de apoptoză sau grupa II: au un pro-domeniu lung (mai mult de 90 de aminoacizi) care conține fie un domeniu DED (caspază-8 și caspază-10), fie un domeniu de recrutare caspază (caspază-2 și caspaza-9)

Caspaze cu efect 3 sau grupa III: au pro-domenii scurte (20-30 aminoacizi).

Caracteristici

Majoritatea funcțiilor caspazelor individuale au fost elucidate prin experimente de reducere a genelor sau obținerea de mutanți, stabilind funcții particulare pentru fiecare.

Funcții apoptotice

Deși există căi apoptotice independente de caspază, aceste enzime sunt critice pentru multe dintre evenimentele programate ale morții celulare, necesare pentru dezvoltarea corectă a majorității sistemelor de organisme multicelulare.

În procesele apoptotice, caspazele inițiante sunt caspazele -2, -8, -9 și -10, în timp ce printre caspazele efectoare se numără caspazele -3, -6 și -7.

Țintele sale intracelulare specifice includ lamina nucleară și proteine ​​cito-scheletice, a căror scindare promovează moartea celulelor.

Funcții neapoptotice

Caspazele nu joacă doar un rol apoptotic în celulă, deoarece activarea unora dintre aceste enzime a fost demonstrată în absența proceselor de moarte celulară. Rolul său neapoptotic implică funcții proteolitice și non-proteolitice.

Aceștia participă la procesarea proteolitică a enzimelor pentru a evita demontarea celulelor; țintele sale includ proteine ​​precum citokine, kinaze, factori de transcripție și polimeraze.

Aceste funcții sunt posibile datorită procesării post-translaționale a pro-caspazelor sau țintelor proteolitice ale acestora, separației spațiale a enzimelor între compartimentele celulare sau reglării prin alte proteine ​​efectoare din amonte.

Funcție imunitară

Unele caspaze sunt implicate în procesarea factorilor importanți din sistemul imunitar, cum ar fi cazul caspasei-1, care procesează pro-Interleukin-1β pentru a forma IL-1β matur, care este un mediator cheie pentru răspunsul inflamator.

Caspaza-1 este, de asemenea, responsabilă pentru prelucrarea altor interleukine, cum ar fi IL-18 și IL-33, care sunt implicate în răspunsul inflamator și în răspunsul imun innascut.

În proliferarea celulară

În multe feluri, caspazele sunt implicate în proliferarea celulelor, în special în limfocite și alte celule ale sistemului imunitar, caspasa-8 fiind una dintre cele mai importante enzime implicate.

Caspasa-3 pare să aibă, de asemenea, funcții în reglarea ciclului celular, deoarece este capabilă să prelucreze inhibitorul p27 al ciclinei dependente de ciclină (CDK), ceea ce contribuie la progresia inducției ciclului celular.

Alte funcții

Unele caspaze participă la progresul diferențierii celulare, în special a celulelor care intră într-o stare post-mitotică, care este uneori considerată ca un proces de apoptoză incompletă.

Caspasa-3 este critică pentru diferențierea corectă a celulelor musculare, iar alte caspaze sunt, de asemenea, implicate în diferențierea mieloidelor, a monocitelor și a eritrocitelor.

Referințe

1. Chowdhury, I., Tharakan, B., & Bhat, GK (2008). Caspaze - o actualizare. Biochimie comparativă și fiziologie, partea B, 151, 10–27.
2. Degterev, A., Boyce, M., & Yuan, J. (2003). Un deceniu de caspaze. Oncogene, 22, 8543-8567.
3. Earnshaw, WC, Martins, LM și Kaufmann, SH (1999). Caspaze mamifere: structură, activare, substraturi și funcții în timpul apoptozei. Analiza anuală de biochimie, 68, 383-424.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Biologie moleculară celulară (ediția a 5-a). Freeman, WH & Company.
5. Nicholson, D., & Thornberry, N. (1997). Caspaze: proteaze ucigătoare. Recenzii TIBS, 22, 299-306.
6. Stennicke, HR, & Salvesen, GS (1998). Proprietățile caspazelor. Biochimica et Biophysica Acta, 1387, 17–31.