Caspase家族研究进展

Caspase的生物学特性
Caspase 家族有相似的氨基酸序列结构和底物特异 性,通常以无活性的蛋白酶原形式存在于细胞内 。 经蛋白水解后，大小亚基结合并暴露出底物识别,结 合和催化所需的氨基酸残基, 即形成了活性的 Caspase。Procaspase 可自我催化及催化其他 Procaspase 产生活性蛋白酶,其蛋白水解级联功能 类似凝血因子活化的“瀑布效应” 。
第1 类为凋亡始动子,包括Caspase-2、8、9、 10 等。
第2 类为凋亡效应子,包括Caspase-3、6、7
第3 类包括Caspase-1、4、5、13、14,主要 参与细胞因子介导炎症反应。
Caspase-1是该家族中第一个被鉴定的成员,但它在 细胞凋亡中并无十分明显的作用,主要参与IL-1β的 成熟和转运。
Caspase-3缺乏的小鼠脑是正常的2倍。研究表明, 这种Caspase-3缺陷小鼠在大脑发育中缺乏脑细胞 凋亡，于出生后1～3 周即死亡,且表现出神经系统 发育的极度异常。
Caspase家族的作用
Caspase 蛋白酶家族成员在哺乳动物细胞凋 亡中起重要作用:
(1) 灭活阻止细胞凋亡的细胞内物质; (2) 通过对细胞结构的直接酶解而促进凋亡; (3) 通过对一些细胞骨架调节相关蛋白质的酶
码的蛋白质为CED29 。后来发现,CED23 与哺乳动 物的白介素-1β转换酶(Caspase-1 ,原名ICE) 具有高 度同源性,CED24 、CED29 则分别与Apaf21 、 Bcl22 同源。
哺乳动物的ICE类蛋白是一组半胱氨酸蛋白酶 ,且 有以下共同特点:
(1) 和ICE 有同源性； (2) 有高度保守QACXG(X 为R、Q 或G) 五肽序列; (3) 有发挥酶活性所必须的半胱氨酸； (4) 特异地裂解天冬氨酸位点； (5) 前体蛋白均无活性,均需经蛋白水解后才产生
内源性细胞凋亡途径始于线粒体。当受到细 胞凋亡信号刺激。线粒体释放细胞色素C至 细胞浆中。细胞色素C与细胞内存在的一种 凋亡细胞蛋白酶激活因子(Apoptosis Protease Activating Factor-1，Apaf-1)结合， 在dATP存在的条件下，通过半胱氨酸蛋白酶 募集域的作用，Apaf1和Caspase-9酶原结合。 使Caspase-9酶原活化，然后激活下游的效 应半胱氨酸蛋白酶如Caspase-2、3、6、7、 8、10，从而启动细胞凋亡。
９３期七年制基础回归科 研见习总结
Caspase家族与细胞凋亡
93K7B 岳原亦 指导教师：石玉秀
什么是caspase?
通过对美丽线虫的细胞死亡机制的研究发现,至少有 3个基因直接参与了细胞凋亡的调节。ced23 、 ced24 直接介导细胞死亡,为促凋亡基因,其编码的 蛋白分别为CED23、CED24 ,ced23 在细胞中起关 键作用,称为线虫自杀基因,CED23 则称为死亡蛋白 酶;ced29 则拮抗其作用,为抗凋亡基因,其编
由于各种细胞凋亡信号的刺激，FasL(Fas ligand) 和TNF α作用于相应的受体，使得内源性Fas相关 死亡结构域(Fas associated death domain， FADD)和Fas发生直接的作用，生成FasL-FasFADD凋亡复合物而使细胞凋亡。而TNFR相关死 亡结构域(TNFR associated death domain， TRADD)通过与死亡域间的相互作用，与TNFR1 直接结合。间接使TNFR1和FADD相结合形成 TNFα-TNFR1-TRADD-FADD复合物。复合物形 成后FADD的死亡效应区即和Caspase-8酶原或 Caspase-10酶原结合。使Caspase酶原活化为有 活性的Caspase。活化的Caspase-8或10激活下 游的Caspase-3、6、7，最终导致细胞的凋亡。
Caspase 的作用特点是能识别底物裂解位点NH2末端最少4 个氨基酸并在天冬氨酸后裂解底物。不 同的Caspase 识别的4 个氨基酸的不同而具有明显 的底物特异性,从而发挥各自不同的生物学功能。
Caspase活性检测试剂
根据Caspase 在级联反应上下游的位置及功 能的不同,可分为3 大类：
解而改变细胞结构而导致细胞凋亡;
Procaspase的激活途径
Caspase酶原本身没有活性。必需通过活化 才能导致细胞凋亡。根据起始激活的 Caspase不同，凋亡激活的途径分为3种。
外源性途径始于细胞表面死亡受体。细胞死 亡受体属于肿瘤坏死因子TNF、神经生长因 子NGF超家族，如Fas、TNFR1(TNF receptor-1) 。
Caspase-8是Caspases始动子的重要代表,可通过 与连接分子FADD 的结合而活化,将凋亡信号传递到 下游的效应Caspases 分子。
Caspasc-14是该家族中的最新成员,主要表达于胚 胎细Leabharlann Baidu中,成年期缺乏表达,。功能研究发现,它能直 接诱导细胞凋亡,但具体的信号转导途径不清楚。
活性；
(6) 转染不同细胞可诱导凋亡； Alnemri 将其命名为Caspase（cysteinyl
aspartate specific proteinase),其基因用casp表示。 目前在哺乳动物中发现至少14 种Caspase ,按其 发现的先后顺序命名为Caspase-1～Caspase-14
第3种途径是近年发现的内质网途径。内质网 应激的情况下，由于Ca2+平衡紊乱而激活的 钙离子依赖性蛋白激酶可以直接剪切并激活 Caspase-12。另外，内质网应激也可以导致 胞质Caspase-7和Bim向内质网表面移位．激 活Caspase-12和级联反应的发生。
Caspase-3是迄今为止研究比较透彻的一个, 它是主 要的效应子。在蛋白酶级联切割过程中,Caspase-3 处于核心位置,不同的蛋白酶分别切割Caspase-3酶 原,从而激活Caspase-3,活化的Caspase-3又进一步 切割不同的底物,导致蛋白酶级联切割放大,最终使 细胞走向死亡。因此Caspase-3被称为死亡蛋白酶。