caspase

ICE在细胞凋亡中的作用
普遍研究： ICE用ATP或过量内毒素刺激单核细胞，活 化ICE可增加IL-1b 的分泌来促进细胞凋亡。这种凋亡 可被牛痘病毒蛋白CrmA或细胞凋亡拮抗蛋白BCL-2所抑 制。 不同研究：稳定高表达IL-1b 的细胞系并不自发凋亡 ；在具有ICE活性的细胞中用YVAD抑制ICE活性后，细 胞凋亡过程也不受影响；凋亡的鸡细胞DU249的细胞提 取液不具有剪切pro-IL-1b 的能力，但凋亡的DU249细 胞提取液的另一种成分prICE可将不作为ICE底物的 PARP剪切成典型的凋亡片段。
3
caspase-1(ICE)
ICE的结构:ICE即IL-1b 转化酶，是单核细胞合成的
一种蛋白酶，可以将34kD的IL-1b 前体(pro-IL-1b ) 剪切为17kD的成熟IL-1b,其剪切的位点是一个四肽序 列。
生物学作用: 不表达ICE的细胞系转化IL-1b 基因后可
以产生pro-IL-1b ，但不能分泌有活性的成熟IL-1b ； ICE特异性抑制剂可以阻断金黄色葡萄球菌刺激引起的 IL-1b 的分泌。ICE属于Cys蛋白酶，活性中心有高活 性的巯基，对氧化剂很敏感，但对Ser蛋白酶、金属蛋 白酶或Asp蛋白酶的抑制剂不敏感。
活化的caspase能够特异地水解一套地物，从而导致细 胞凋亡，此过程为不可逆反应
正常情况下细胞内总存在有Caspase的抑制剂，以防止 caspase酶原偶然被激活而对正常细胞造成损伤。
四、Caspase家族与细胞凋亡的关系
与caspase有关的凋亡通路主要有两种。一种是死亡受体介 导的信号传导途径，另一种是线粒体依赖途径。 死亡受体介导的信号传导途径:最具代表性的死亡受体是 FADD(又名Fas或APO一11，是一种跨膜受体蛋白，既能与细胞外 的CD95抗体及CD95配基结合。又能与细胞内的接头蛋白FADD结 合，FADD的C端含有死亡域DD, N端含有死亡效应域DED。同时 CD95及caspase-8分别含有DD及DED， 当死亡诱导信号CD95抗体 或 CD95配基作用于CD95后，CD95的构象发生改变，通过其DD与 FADD的DD结合, FADD又通过DED与procaspase-8的DED结合．共 同形成死亡诱导信号复合物DISC，DISC形成后，可诱导 pmcaspase-8自身激活，产生活性的caspase-8a/b，活化的 caspase-8则进一步激活下游的caspase-3, caspase-3激活后作 用于特定的凋亡底物，引起细胞凋亡 。
caspase-3引起细胞凋亡的机制
caspase-3的主要底物是聚合酶PARP(与DNA修复、基因完整 性监护有关),其次是U1-70K、DNA-PK、PKCd 和PKCq 。 在细胞凋亡启动时，PARP被caspase-3剪切，使PARP中与 DNA结合的2个锌指结构与羧基端的催化区域分离，不能 发挥正常功能。结果使受PARP负调控影响的Ca2+/Mg2+ 依赖性核酸内切酶的活性增高，裂解核小体间的DNA， 引起细胞凋亡。这种裂解过程可被caspase-3的特异性 抑制剂Ac-DEVD-CHO所抑制，但不能被CrmA抑制。 PKCd和PKCq被caspase-3剪切后，可切除调节区域，而成 为活性形式的PKC，另外实验还证明，过量表达PKCd 和 PKCq 均可以引起细胞凋亡，说明它们都参与了细胞凋 亡的诱导。
caspase家族及其 在细胞凋亡中的作用
目 录：
caspase家族蛋白酶的组成 caspase家族蛋白酶的结构与功能 caspase家族蛋白酶在细胞凋亡中的活化顺序 Caspase家族与细胞凋亡的关系
Caspase（天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水 解酶）：是一组存在于细胞质中具有类似结构的 蛋白酶。它们的活性位点均包含Cys残基，能够 特异性的切割靶蛋白Asp残基后的肽键。并且， caspase能选择性的切割某些蛋白质，从而造成 细胞凋亡。 细胞凋亡：指为维持内环境稳定，由基因控制 的细胞自主的有序的死亡。
caspase-8 :胞浆信号蛋白
蛋白质序列（ 479aa，分子量为55kD ）：
mdfsrnlydigeqldsedlaslkflsldyipqrkqepikdalmlfqrlqekrmleesnlsflkellfrinrldllityl ntrkeemerelqtpgraqisayrfhfcrmswaeansqcqtqsvpfwrrvdhllirvmlyqiseevsrselrs fkfllqeeiskckldddmnlldifiemekrvilgegkldilkrvcaqinksllkiindyeefskgeelcgvmtisd spreqdsesqtldkvyqmkskprgycliinnhnfakarekvpklhsirdrngthldagaltttfeelhfeikp hhdctveqiyeilkiyqlmdhsnmdcficcilshgdkgiiygtdgqeapiyeltsqftglkcpslagkpkvffi qacqgdnyqkgipvetdseeqpylemdlsspqtryipdeadfllgmatvnncvsyrnpaegtwyiqslc qslrercprgddiltiltevnyevsnkddkknmgkqmpqptftlrkklvfpsd
PARP PARP PARP, DNA-PK, SRE/BP, rho-GDI, KCq lamin A PARP, pro-caspase 6 pro-caspase3,4,7,9,10
人类的Caspase-1和Caspase-3的3D结构（NCBI）
总结：
P20的C端和P10的N端有200多个aa残基的序列保 守：在空间结构上组成相似的β折叠中心和相邻 的a 螺旋，保守的、对蛋白酶活性有特殊意义的 氨基酸残基均位于这一段，并形成特定的结构。 不同源的序列主要存在于P20的N端和P20与P10 交界处，这两个部位的aa在蛋白酶活化过程中一 般被全部或部分切除。 Caspase家族都有与底物P1Asp作用的aa。
ICE是由2个P20/P10构成的结构域通过P10结合成的蛋白酶。 在P20/P10异源二聚体中，中心位置由6个β 折叠组成，其中4个 来自于P20呈平行排列，另2个来自于P10，与P20的平行，另一个 则呈反平行。β 折叠形成的核心区由P20和P10的a螺旋所包围。 其外表形成一个可容纳底物P1Asp侧链羧基团的“口袋”。这个 “口袋”由P20的Arg179、Gln283和P10的Arg341、Ser347组成， Gly238和His237也参与这种构型的维持，活性中心的Cys285通过氢 键与底物结合。
caspase 5 mICH3
mICH4 caspase 2 caspase 9 caspase 3 caspase 6 caspase 7 caspase 8 caspase 10 caspase 11 CED-3
ICErel-III, TY
ICH-1 ICE-LAP6, Mch6 CPP32, Yama, apopain Mch2 Mch3, ICE-LAP3, CMH-1 MACH, FLICE, Mch5 Mch4 ICH3, FLICE2 DEVD VEID DEVD DEVD YVAD
二. caspase家ຫໍສະໝຸດ 蛋白酶的结构与功能caspase-1 caspase-2 caspase-8 caspase-9 caspase-10 caspase-11 mICH-3 mICH-4
caspase-3
caspase-4
caspase-5
caspase-6 caspase-7
图 ： 蛋 白 酶 家 族 的 同 源 性
其它caspase蛋白酶
2 4 5 6
7
9
10
11
三、caspase家族蛋白酶在细胞凋亡中的 活化顺序
总结 Caspase:
它是一种Cys蛋白酶，用Cys作为裂解底物的亲核基团 其催化活性对底物的Asp有特异性要求，caspase以活 性很低的酶原形式合成，通过蛋白酶水解去除氨基端的 一段序列而被激活
蛋白酶活性中心和与结合底物有 关的保守的aa均与ICE一致
caspase-3的活化和参与细胞凋亡
caspase-3在细胞凋亡中起着不可替代的作用， caspase-3基因转染昆虫Sf9细胞后引起细胞凋亡，这 个过程可以被BCL-2阻断；在发生凋亡的细胞提取液 中去除caspase-3后，这些提取液就失去了诱导细胞 凋亡的能力；再加入纯化的caspase-3它就又恢复了 致凋亡的功能。 caspase-3可以被多种因素活化，在CTL细胞的杀 伤作用中，它既可被Fas/FasL途径活化，也可以通过 颗粒酶B途径活化。颗粒酶B是CTL细胞颗粒中的一种 Ser酯酶，是caspase蛋白酶外唯一的在Asp后剪切的 蛋白酶，它可以特异性剪切ICE家族蛋白酶催化亚单 位C端的IxxD序列，并活化caspase 2、3、6、7、8、 9、10。
ICE本身可能不是细胞凋亡的真正效应剂，至少不 是最主要的因素，在人体中可能有其它更重要的蛋白 酶参与细胞凋亡过程。
caspase-3：死亡之神
结构：
蛋白序列（277aa）：
mentensvdsksiknlepkiihgsesmdsgisldnsy kmdypemglciiinnknfhkstgmtsrsgtdvdaanlr etfrnlkyevrnkndltreeivelmrdvskedhskrssfv cvlls hgeegiifgtngpvdlkkitnffrgdrcrsltgkpklfiiqa crgteldcgietdsgvdddmachkipveadflyaysta pgyyswrnskdgswfiqslcamlkqyadklefmhiltr vn rkvatefesfsfdatfhakkqipcivsmltkelyfyh
caspase-8的活化和参与细胞凋亡
Caspase-8可自我活化，也可在颗粒酶B的剪切下活化。 Caspase-8特异识别的序列是DEVD，活化的caspase-8 可剪切PARP，还参与其它ICE家族蛋白酶。 例子：caspase-3和caspase-7的活化过程。用caspase8基因转染MCF-7乳腺癌细胞系，可引起细胞凋亡，出现 典型的形态变化。caspase-8引起的细胞凋亡可以被广 谱的ICE家族蛋白酶抑制z-VAD-fmk所阻断，也可以被 CrmA阻断，提示它可能是CrmA的靶蛋白。
一. caspase家族蛋白酶的组成
caspase家族蛋白酶的活化
Asp NH3-COOH
(原结构域) NH3-
(酶原)
Asp
（P10）
酶原及中间活性酶自我催化 ICE家族蛋白酶 颗粒酶 Asp
-COOH
(P20)
caspase家族蛋白酶的识别序列及作用底物
蛋白酶名称 caspase 1 caspase 4 别名 ICE TX, ICH-2, ICErel-II 识别序列 YVAD 底物 pro-IL-1b , pro-caspase 3, procaspase 4 pro-caspase 1
caspase-8参与细胞凋亡的机制
由于caspase-8具有和FADD一样的DED结构域，且能通 过DED结构域与FADD结合，所以caspase-8可以在凋亡 过程中间接与细胞膜受体发生联系，从而将细胞膜事 件转化为细胞浆事件。
有些研究者认为，在非活化情况下caspase-8的两个 DED结构是互相结合在一起的。当细胞膜表面的Fas与 其配体FasL或相应的单抗结合后，受体发生多聚化， 引起FADD与受体胞浆区死亡结构域互相结合。这种结 合使FADD的DED结构域发生变构，变构后的DED可以与 胞浆中caspase-8的一个DED结构域结合，使caspase8的两个DED结构域分开，同时使caspase-8的ICE同源 区解放出来，恢复蛋白酶活性，通过自我催化生成活 性形式的caspase-8蛋白酶，后者再作用于胞浆中其 它ICE家族蛋白酶，使它们发生逐级活化。