Inhibitory a aktivátory kaspáz

Kaspázy (cystein-dependentní aspartát-specifické proteázy) tvoří rodinu blízce příbuzných enzymů (rodina C14; klan CD), které se podílejí na regulaci typu buněčné smrti známé jako apoptóza, zánětlivých reakcí, buněčné proliferace a diferenciace. V těchto drahách se uplatňují odlišné kaspázy a jejich kombinace v závislosti na podnětu a typu buňky.

Kaspázy jsou syntetizovány jako neaktivní prekurzory (zymogeny). Tyto prokaspázy se skládají z prodomény, dále z velké podjednotky, linkeru a malé podjednotky. Maximálně aktivní kaspázy jsou dimerické a stabilizované štěpením mezi velkou a malou podjednotkou. V případě apoptotických "iniciátorových" kaspáz (kaspázy 2/8/9/10) se předpokládá, že aktivace je spuštěna dimerizací monomerů zymogenu, která je zprostředkována scaffoldovými proteiny. Po dimerizaci následuje autokleavace, která stabilizuje aktivní konfirmaci nebo zajišťuje další regulační vlastnosti. Naproti tomu "efektorové" kaspázy (kaspázy 3/6/7) existují jako neaktivní dimery a štěpení mezipodjednotkového linkeru iniciátorovými kaspázami vede k jejich aktivaci. Dosud byly popsány čtyři multiproteinové komplexy podílející se na aktivaci iniciačních kaspáz: komplex indukující smrt (DISC, kaspázy 8/10), apoptosom (kaspázy-9), komplexy inflammasomů (zánětlivé kaspázy-1 a -5) a PIDDosom (kaspázy-2).

Kaspázy vyvíjejí svou aktivitu štěpením omezeného souboru proteinů, většinou na jednom místě. Štěpení kaspázami může vést k aktivaci proteinu nebo enzymu, ztrátě funkce a/nebo vzniku nových aktivit. V této souvislosti zůstává identifikace, charakterizace a objasnění fyziologického významu buněčných substrátů kaspáz intenzivně studovanou oblastí.

Stejně jako u ostatních členů klanu CD zahrnuje katalytická dyáda kaspáz koordinaci páru histidin-cystein. Všechny kaspázy mají striktní požadavek na aspartátový zbytek v poloze P1 scissilové vazby a slabší preference pro P2-P4. Zhruba zánětlivé kaspázy a kaspáza-14 preferují peptidické sekvence WEHD (aromatické v P4). Kaspázy 2/3/7 preferují substráty obsahující DEVD (aspartát v P4). Kaspázy 6/8/10 preferují (V/I/L)ETD (hydrofobní zbytky v P4), zatímco kaspáza-9 štěpí po LEHD motivu (výrazně preferován je histidin v P2). Pozoruhodné je, že všechny kaspázy mají společnou preferenci glutamátu v P3 a malých zbytků (Ser/Gly/Ala) v P1' rozpoznávací sekvence. Štěpení není omezeno na tyto preferované motivy, protože například obě kaspázy 8/9 mohou aktivovat prokaspázu-7 štěpením na neoptimálním místě, IQAD↓S. Kontext v rámci struktury substrátu, buněčná lokalizace a načasování mohou ovlivnit schopnost dané kaspázy štěpit daný protein stejně jako samotná sekvence substrátu.

Lidské IAP (inhibitory apoptózy) byly prvními identifikovanými endogenními inhibitory kaspáz, z nichž je zatím nejlépe charakterizován IAP vázaný na X (XIAP). Sekvence zahrnující bakulovirusové inhibiční opakovací domény XIAP (Bir2 a Bir3) inhibují kaspázy 3/7, resp. kaspázu-9. V případě XIAP se jedná o kaspázové domény, které se nacházejí v doméně Bir2. Tyto domény odvozené od XIAP jsou nejspecifičtějšími a nejsilnějšími dosud známými inhibitory kaspáz. Ačkoli bylo prokázáno, že i další IAP (cIAP1, cIAP2, NAIP, ML-IAP, ILP2, Bruce a Survivin) inhibují kaspázy, jejich fyziologické role mohou zahrnovat jiné funkce. Bez ohledu na to bylo prokázáno, že tyto a další buněčné regulátory kaspáz jsou u nádorových onemocnění nesprávně regulovány, čímž poskytují výhodu v přežití během onkogenního procesu a usnadňují rezistenci vůči terapiím. Patogeny vyvinuly také inhibitory kaspáz. Například serpin CrmA viru kravských neštovic je silným inhibitorem kaspáz 1/8, což viru umožňuje vyhnout se zánětlivé reakci hostitele a blokovat zahájení apoptózy hostitelských buněk vyvolané imunitními buňkami.

Současně dostupné syntetické inhibitory kaspáz jsou založeny na peptidických sekvencích preferovaných jako substráty a obsahují aktivní hlavici, jako je aldehyd, chloro- nebo fluro-methylketon nebo epoxidová skupina. Specifické nepeptidické inhibitory kaspáz neexistují s výjimkou derivátů isatinových sufonamidů, u nichž bylo prokázáno, že se selektivně vážou na kaspázy 3/7. A konečně, stejně jako mnoho proteáz klanu CD, kaspázy nejsou inhibovány E-64, ale jsou citlivé na cysteinové alkylační činidla. Inhibitory kaspáz slouží jako cenné nástroje při objasňování cest apoptózy a byly navrženy jako terapeutika u řady onemocnění, u nichž dochází k nevhodné nebo nadměrné apoptóze. Inhibitory malých molekul kaspáz jsou v současné době v klinických studiích pro léčbu jaterních onemocnění a transplantací.

Bylo zaznamenáno mnoho látek, které aktivují buněčné kaspázy, včetně chemoterapeutik, agonistů receptorů TNF a dalších enzymů, jako je granzym B. Kromě přímé aktivace jinými enzymy je aktivace kaspáz malými molekulami, ligandy TNF a agonisty protilátek nepřímá, přičemž úplné objasnění těchto drah je předmětem zkoumání. Vývoj přímo cílených léčiv, která vedou k aktivaci kaspáz a apoptóze specificky v nádorových buňkách, je v onkologii pokračující strategií.

V níže uvedeném oddíle a tabulce jsou uvedeny přijaté modulátory a další informace. Seznam dalších produktů naleznete v Související produkty níže uvedeném oddíle.

Aktivátory

• Cisplatina (P4394) - aktivátor kaspázy 3
• Kyselina gambogová (
• Kyselina gambogová (G8171) - aktivátor kaspázy a induktor apoptózy
• Imiquimod (I5159) - aktivátor kaspázy 3
• PAC-1 (P0115) - aktivátor kaspázy 3
• SMAC/Diablo human (S5941) - podporuje aktivaci kaspázy

Inhibitory

• Ac-WEHD-CHO (<...a href="/product/sigma/A1466">A1466) - velmi silný inhibitor kaspázy 1 a 5
• Inhibitor kaspázy 4 propustné pro buňky (SCP0115) - inhibitor kaspázy 4
  
• Z-DEVD-FMK (C0605) - kompetitivní, ireverzibilní, buňkami propustný inhibitor kaspázy 3, 6, 7, 8, 10
• Z-LEHD-FMK (C1355) - kompetitivní, ireverzibilní, buňkami propustný inhibitor kaspázy 3, 6, 7, 8, 10
) - kompetitivní, ireverzibilní, buňkami propustný inhibitor kaspázy 9

• Z-VAD-FMK (C2105, V116) - kompetitivní, ireverzibilní inhibitor kaspázy 1, jakož i dalších kaspáz
• Z-VDVAD-FMK (C1605) - kompetitivní, ireverzibilní, buňkami propustný inhibitor kaspázy 2
/li>

Substráty

• Ac-LETD-AFC (SCP0096) - fluorogenní substrát pro kaspázu 8

Aktuální název	Kaspáza-1 (C5482)	Caspase-2 (C2854)	Caspáza-3 (C1224)	Caspase-4 (C6357)	Caspase-5 (C6482)
MEROPS IDa	C14.001	C14.006	C14.003	C14.007	C14.008
Předchozí názvy	ICE, IL1BC, p45<./td>	Ich-IL, Ich-1	CPP32,Yama, Apopain, Sca-1	TX, Ich-2, ICE-rel II	ICE-rel III, Ich-3, TY
Gen & Chromozomální umístění	CASP1 11q22.2-q22.3	CASP2 7q34-q35	CASP3 4q33-q35.1	CASP4 11q22.2-q22.3	CASP5 11q22.2-q22.3
Tkáňová exprese	Všudypřítomný	Všudypřítomná	Všudypřítomná	Všudypřítomná	Všudypřítomná
Funkce skupiny	Zánětlivý	Iniciátor/efektor	Efektor	Zánětlivý	Zánětlivý
Fyziologická funkce	Zánět	Apoptóza	Apoptóza	Apoptóza	Zánět	Zánět
Význam pro onemocnění	Virová infekce Zánětlivá onemocnění Časný nástup Parkinsonovy choroby	Není známo	Nádorová onemocnění Alzheimerova choroba Parkinsonova choroba Huntingtonova choroba Ischemie	Virální infekce Zánětlivá onemocnění	Není známo
Substráty	Pro-kaspáza-4 Pro-IL-β D4-GD1 Parkin	Sám	Pro-kaspáza-7 Sám PARP (P0996) ICAD Rb PKC-d Huntingtonova	Pro-caspase-1	Není známo
Substrátová skupina	Skupina I	Skupina II	Skupina II	Skupina I	Skupina I
Preferovaná peptidická sekvence (sekvence)	WEHD (A6720) YVAD (A2452, A9965)	DEVD (A1086, A0466, A2559)	WEHD (A0216, A6720) YVAD (A2452, A9965)	WEHD (A0216, A6720) YVAD (A2452, A9965)
Obvykle používaný inhibitor(y)b	YVAD (A1466)	VDVAD (C1605)	DEVD (C0605, A0835)	YVAD (A1466)	YVAD (A1466)
Inhibitor(y)	CrmA (low nM) p35	p35	NSCI (N1413) XIAP (Bir2) cIAP1 a 2 (Bir2) p35 ML-IAP MMPSI	CrmA (low nM) p35	CrmA
Prodoména	CARD	CARD	N-peptid	CARD	CARD
Aktivátor(y)	Inflammasom	PIDDosom	Imiquimod (I5159) PAC-1 (P0115) Kaspázy 8/9 GrB Kaspáza-10	Inflammasom	Inflammasom

Aktuální název	Caspase-6	Caspase-7<.br> (C2979)	Kaspáza-8 (C1099)	Kaspáza-9 (C8726)	Kaspáza-10 (C6607)	Kaspáza-14
IDMEROPSa	C14.005	C14.004	C14.009	C14.010	C14.011	C14.018
Předchozí názvy	Mch2	Mch3, ICE-Lap3, CMH-1	MACH, FLICE, Mch5	ICE-Lap6, Mch6	Mch 4, FLICE2	MICE, mini-ICE
Gen & Chromozomální umístění	CASP6 4q25	CASP7 10q25.1-q25.2	CASP8 2q33-q34	CASP9 1p36.1-p36.3	CASP10 2q33-q34	CASP14 19p13.1
Tkáňová exprese	Všudypřítomný	Ubiquitous	Ubiquitous	Ubiquitous	Ubiquitous	Ubiquitous	Ubiquitous/td>	Epidermis Choroidální plexus Pigmentový epitel sítnice Thymická Hassallova tělíska
Funkce skupiny	Efektor	Effector	Initiator	Initiator	Initiator	Zánětlivý
Fyziologická funkce	Zánětlivý
Apoptóza	Apoptóza	Apoptóza	Apoptóza	Apoptóza	Diferenciace keratinocytů
Význam pro onemocnění	Alzheimerova choroba	Nádorová onemocnění	.Rakovina Autoimunitní onemocnění Časný nástup Parkinsonovy a Huntingtonovy choroby Imunodeficience	Rakoviny	Huntingtonova choroba Autoimunitní Lymfoproliferativní syndrom	Poriáza
Substráty	Laminy A/B1 Parkin	PARP (P0996)	Pro-kaspasy 3/7 Vlastní Nabídkabr> FLIP Pro-kaspáza-6	Pro-kaspáza 3/7 Sama	Sama Pro-kaspázy 3/7	Není známo
Substrátová skupina	Skupina III	Skupina II	Skupina III	Skupina III	Skupina III	skupina III	skupina I
Preferovaná peptidická sekvence (sekvence)	IETD (A4188, C5599) LETD VEHD	DEVD	(I/L)ETD > DEVD	LEHD (A5845)	(I/L)ETD > DEVD	WEHD
Běžně používaný inhibitor(y)b	IETD (A1216, C1230) LETD (C8734)	DEVD	(I/L)ETD	LEHD (C1355)	(I/L)ETD
CrmA (mid nM)	XIAP (Bir2) p35 ML-IAP MMPSI	CrmA (low nM)	XIAP (Bir3) CrmA (high nM) ML-IAP ILP2	CrmA	p35
Prodoména	N-peptid	N-peptid	Tandemové DED	CARD	Tandemové DED	Tandemový DED
Aktivátor(y)	Kaspázy 8/9 GrB Kaspáza-10	Kaspázy 8/9 GrB Kaspáza-10	DISC	Apoptosom	DISC	Není známo

Poznámky

Dřívější zpráva naznačovala existenci lidské kaspázy-13 (ERICE, nové kaspázy aktivovatelné pomocí FLICE J. Biol. Chem., 273 ,15702-15707 (1998), ale další analýza odhalila, že původní knihovna byla kontaminována hovězími cDNA. Myši také exprimují kaspázu-12, která se zřejmě podílí na reakci endoplazmatického retikula na stres. Tento protein je katalyticky neaktivní, protože mu chybí kritický zbytek (Arg341 v systému číslování kaspázy-1). U člověka existuje pseudogen, který je však exprimován pouze v subpopulaci afrických potomků jako neaktivní protein. Saleh, M, et al., Differential modulation of endotoxin responsiveness by human caspase-12 polymorphisms (Rozdílná modulace reaktivity na endotoxin pomocí polymorfismů lidské kaspázy-12), Nature, 429, 75-79 (2004).

a) Databáze MEROPS (http://merops.sanger.ac.uk/index.htm) obsahuje informace o peptidázách a proteinech, které je inhibují. Spravují ji Neil D. Rawlings, Fraser R. Morton a Alan J. Barrett ve Wellcome Trust Sanger Institute, Cambs CB10 1SA, UK.

b) Běžně se používá mnoho substrátů nesoucích různé fluorogenní a chromogenní skupiny. Mezi ně patří Afc (7-amino-4-trifluormetylkumarin), Amc (7-amino-4-metylkumarin) a pNA (p-nitroanilid). Inhibitory složené z preferované substrátové peptidové části a inhibiční hlavice představují v zásadě preferovaný inhibitor. Hlavice může zahrnovat mimo jiné aldehyd (CHO), fmk (fluromethylketon) a epoxidy. Chlormethylketon se nedoporučuje, protože obecnými inhibitory (inhibitory pankaspázy) jsou Z-VAD-FMK a Z-EVD-FMK a v menší míře BAF (Z-D-FMK).

Zkratky

Bir: Baculovirus inhibitory repeat
CARD: Kaspase recruitment domain
CHO: Aldehyd
CrmA: Cytokine responsive modifier A
DED: Death effector domain
DISC: Signalizační komplex vyvolávající smrt
GrB: Granzym B
IAP: Inhibitor apoptózy protein
ICAD: Inhibitor kaspázou aktivované DNázy
ILP2: IAP-like protein-2
ML-IAP: Melanomový IAP
MMPSI: (S)-(+)-5-[1-(2-methoxymethylpyrrolidinyl)sulfonyl]isatin
PARP: Poly (ADP-ribóza) polymeráza
PIDD: P53 indukovaný protein s doménou smrti
XIAP: X-vázaný inhibitor apoptotických proteáz

Související produkty

Litujeme, vyskytla se neočekávaná chyba.

Network error: Failed to fetch

Odkazy

1. Adams JM, Cory S. 2002. Apoptosomes: engines for caspase activation. Current Opinion in Cell Biology. 14(6):715-720. https://doi.org/10.1016/s0955-0674(02)00381-2

2. Chen J, Rawlings ND, Stevens RA, Barrett AJ. 1998. Identification of the active site of legumain links it to caspases, clostripain and gingipains in a new clan of cysteine endopeptidases. 441(3):361-365. https://doi.org/10.1016/s0014-5793(98)01574-9

3. Cheng G, Kong R, Zhang L, Zhang J. 2012. Mitochondria in traumatic brain injury and mitochondrial-targeted multipotential therapeutic strategies. 167(4):699-719. https://doi.org/10.1111/j.1476-5381.2012.02025.x

4. Dill KA, MacCallum JL. 2012. The Protein-Folding Problem, 50 Years On. Science. 338(6110):1042-1046. https://doi.org/10.1126/science.1219021

5. Fischer U, Jänicke RU, Schulze-Osthoff K. 2003. Many cuts to ruin: a comprehensive update of caspase substrates. Cell Death Differ. 10(1):76-100. https://doi.org/10.1038/sj.cdd.4401160

6. FUENTES-PRIOR P, SALVESEN G. 2004. The protein structures that shape caspase activity, specificity, activation and inhibition. 384(2):201-232. https://doi.org/10.1042/bj20041142

7. Hyman BT, Yuan J. 2012. Apoptotic and non-apoptotic roles of caspases in neuronal physiology and pathophysiology. Nat Rev Neurosci. 13(6):395-406. https://doi.org/10.1038/nrn3228

8. James KE, Asgian JL, Li ZZ, Ekici ÖD, Rubin JR, Mikolajczyk J, Salvesen GS, Powers JC. 2004. Design, Synthesis, and Evaluation of Aza-Peptide Epoxides as Selective and Potent Inhibitors of Caspases-1, -3, -6, and -8. J. Med. Chem.. 47(6):1553-1574. https://doi.org/10.1021/jm0305016

9. Ting J. 2002. Faculty Opinions recommendation of The inflammasome: a molecular platform triggering activation of inflammatory caspases and processing of proIL-beta.. https://doi.org/10.3410/f.1008963.128907

10. Peter ME, Krammer PH. 2003. The CD95(APO-1/Fas) DISC and beyond. Cell Death Differ. 10(1):26-35. https://doi.org/10.1038/sj.cdd.4401186

11. Pop C, Salvesen GS. 2009. Human Caspases: Activation, Specificity, and Regulation. J. Biol. Chem.. 284(33):21777-21781. https://doi.org/10.1074/jbc.r800084200

12. Powers JC, Asgian JL, Ekici ÖD, James KE. 2002. Irreversible Inhibitors of Serine, Cysteine, and Threonine Proteases. Chem. Rev.. 102(12):4639-4750. https://doi.org/10.1021/cr010182v

13. Reed JC. 2002. Apoptosis-based therapies. Nat Rev Drug Discov. 1(2):111-121. https://doi.org/10.1038/nrd726

14. Salvesen GS, Duckett CS. 2002. IAP proteins: blocking the road to death's door. Nat Rev Mol Cell Biol. 3(6):401-410. https://doi.org/10.1038/nrm830

15. STENNICKE HR, RENATUS M, MELDAL M, SALVESEN GS. 2000. Internally quenched fluorescent peptide substrates disclose the subsite preferences of human caspases 1, 3, 6, 7 and 8. 350(2):563-568. https://doi.org/10.1042/bj3500563

16. Thornberry NA, Rano TA, Peterson EP, Rasper DM, Timkey T, Garcia-Calvo M, Houtzager VM, Nordstrom PA, Roy S, Vaillancourt JP, et al. 1997. A Combinatorial Approach Defines Specificities of Members of the Caspase Family and Granzyme B. J. Biol. Chem.. 272(29):17907-17911. https://doi.org/10.1074/jbc.272.29.17907