caspase信号通路详解

信号通路 caspase信号通路 Caspase与细胞凋亡 前景与展望
信号通路（signal pathway） ： 分类：
当细胞里要发生某种反应时，信号从细胞外到细胞内传递了一种信息，细胞要根 据这种信息来做出反应的现象，叫做信号通路。
1. 当信号分子是胆固醇等脂质时：可以轻易穿过细胞膜，在细胞质内与目的受 体相结合； 2. 当信号分子是多肽时：只能与细胞膜上的蛋白质等受体结合，这些受体大都 是跨膜蛋白，通过构象变化，将信号从膜外域传到膜内域，然后再与下一级 别受体作用，通过磷酸化等修饰化激活下一级别通路。
Caspase家族蛋白酶的识别序列及作用底物
蛋白酶 caspase 1 caspase 4 caspase 5 mICH3 mICH4 caspase 2 caspase 9 caspase 3 caspase 6 caspase 7 caspase 8 caspase 10 caspase 11 CED-3 别名 ICE TX, ICH-2, ICErel-II ICErel-III, TY 序列 底物 YVAD pro-IL-1b , pro-caspase 3, pro-caspase 4 pro-caspase 1
在正常的细胞内，每一种caspase都是以非活性状态存在的，这种非活性 的caspase称作酶原（zymogen），它是酶的非活性前体，其肽链比有活 性时长一些，将多出的部分切除，就转变成有活性的caspase。
Caspase家族蛋白酶的识别序列及作用底物
Caspase家族蛋白酶的结构特征 Caspase家族蛋白酶的同源性 Caspase蛋白酶在细胞凋亡中的活化顺序 Caspase蛋白酶在死亡受体介导的细胞凋亡 中起着中心的作用 Caspase蛋白酶家族
1. 起始者 （initiators）， 起始Caspase在 外来蛋白信号的 作用下被切割激 活，激活的起始 Caspase对执行 者Caspase进行 切割并使之激活 2. 执行者 （executioners） 被激活的执行者 Caspase通过对 caspase靶蛋白 的水解，导致程 序性细胞死亡
Caspase蛋白酶家族 Caspase-7（Mch3，ICE-LAP3，CMH1）：
caspase-7包含304aa，分子量35kD，caspase-7是与caspase-3同源性最高 的成员，有58%的同源性，与其它caspase有35%的同源性。caspase-7与 caspase-3的同源区主要在具有酶活性的亚单位区，它也保留了 QACRG(184~188)五肽活性中心，与底物结合的氨基酸残基也都存在。 caspase-7可以分别在Asp23~Ala24、Asp198~Ser199和Asp206~Ala207之间 被剪切，形成P20/P12形式的caspase-7。caspase-7分布很广泛，在脑中也有 少量存在。用抗caspase-7的单抗发现caspase-7在Jurkat细胞中主要分布于胞 浆和近膜结构中，细胞核中未见分布。 用caspase-7基因转染乳腺癌细胞系发现全长蛋白不能引起细胞凋亡，但去除氨 基端53aa (其中包括原结构域)的caspase-7则可以引起细胞凋亡。进一步研究 证明去除原结构域的caspase-7具有自催化作用，可以自动催化成P10/P12形式 。酶活性中心的半胱氨酸对caspase-7的这种作用十分重要，突变为Ala后就失 去致凋亡作用。当Fas和TNF引起的细胞凋亡时细胞内caspase-7也被活化， CrmA可以阻断caspase-7引起的细胞凋亡。caspase 7不能剪切pro-IL-1 ， 但它可以剪切PARP和固醇调节元件，caspase-7对PARP的剪切可以被DEVDCHO所阻断，但不能被ICE敏感的YVAD-CHO所阻断。caspase- 7对DEVDCHO抑制剂的敏感性只有caspase-3的1/3，对CrmA则很不敏感。
接收 转导 效应
细胞外途径
细胞内途径
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。
Caspase蛋白酶家族 Caspase-8：
在caspase-8发现之前，人们虽然知道多种细胞膜外的因素可以引起细胞凋亡， 而且知道caspase家族蛋白是这种细胞凋亡过程中的效应物质，但对凋亡信号如 何由细胞膜外转递到细胞浆，并如何引起caspase蛋白酶活化的过程却知之甚少 。含有死亡结构域的胞浆信号蛋白的发现，证明死亡信号是通过这些蛋白质向胞 浆内部传递，并最终引起caspase蛋白酶的活化的。caspase-8的分布很广泛， 在许多胚胎和成人组织中都有分布。颗粒酶B可以活化caspase-8，活化后可以 剪切PARP。乳腺癌细胞系MCF7转染caspase-8基因后出现凋亡，这种作用可 以被z-VAD fmk所阻断。当活性中心的半胱氨酸被突变后，caspase-8失去促凋 亡的作用。
Caspase家族蛋白酶的结构特征
Caspase家族蛋白酶的同源性 Caspase-1亚族：
Caspase-2亚族：
Caspase-1、4、5、11； Caspase-2、9； Caspase-3、பைடு நூலகம்、7（细胞凋亡执行者）、8、10。
Caspase-3亚族：
Caspase蛋白酶在细胞凋亡中的活化顺序 分类：
Caspase-5：
caspase-5包含418aa，分子量47.7kD，与ICE有51%的同源性，并具有保守的 活性中心QACRG。但caspase-5不能剪切pro-IL-1，在过量表达时可以诱导凋 亡的发生。
Caspase-6：
caspase 6是通过搜索有保守的QACRG活性中心和GSWFI保守的抑制剂结合位 点的方法用PCR的手段找到的，与caspase-3有38%同源性，可以在昆虫细胞中 引起细胞凋亡。随后的研究证明，caspase 6可以剪切层蛋白B，而且其活性对 Zn2+敏感，这是唯一一个可以剪切层蛋白的caspasecaspase识别的序列也是 VEID。它不能剪切U1-70K和DNA-PK，但可以部分剪切PARP，并可活化 caspase 3。
Caspase蛋白酶家族 Caspase-4：
caspase-4基因定位于人染色体11q22.2-22.3，所编码的蛋白包含377aa，分子 量约43kD，一级结构与ICE有53%的同源性，在切除104aa的原结构域后同源性 更高达60%，所有与酶活性中心(QACRG)和与结合底物有关的氨基酸残基都得 到了保留。虽然caspase 4与ICE高度同源，但它并不能催化pro-IL-1 为成熟 分子，但可以活化ICE前体及其自身的前体。caspase 4不能剪切DNA-PK，ICE 敏感的抑制剂YVAD-CHO可以阻断caspase 4的活性，但其敏感性仅为ICE的 1/20。caspase-4的活性形式也是由P20和P10两种亚基组成。
Caspase-3：
1994年Fernandez-Alnemri等在BenBank表达序列标记(expression sequence tag, EST)数据库中找到一段ICE/CED-3活性中心同源的序列，用它合成探针后，为32kD的半胱氨酸蛋白酶而称之为CPP32(cysteine protease protein, 32kD) 。随后，其它学者独立地将这一蛋白基因克隆出来，并分别命名为prICE、 apopain(凋亡素)和Yama(印度传说中的死亡之神)。1996年这种蛋白酶被命名 为caspase-3。现在一般认为caspase-3是细胞凋亡过程中最主要的终末剪切酶 ，也是CTL细胞杀伤机制的重要组成部分。
Caspase蛋白酶家族 Caspase-1(ICE)， IL-1 转化酶(IL-1 converting enzyme)：
是单核细胞合成的一种蛋白酶，可以将34kD的IL-1 前体剪切为17kD的成熟IL-1， 这对于IL-1活性发挥是必须的。不表达ICE细胞系转化IL-1 基因后可产生pro-IL-1 ，但不能分泌有活性的成熟IL-1；ICE特异性抑制剂可以阻断金黄色葡萄球菌刺激 引起的IL-1的分泌。ICE属于半胱氨酸蛋白酶，活性中心有高活性的巯基，对氧化 剂很敏感，但对丝氨酸蛋白酶、金属蛋白酶或天冬氨酸蛋白酶的抑制剂不敏感。
细胞外途径：
细胞死亡信号蛋白盘 绕粘附到它的同源细 胞表面接收器上，死 亡配体与其受体结合， 导致其死亡结构域相 互积聚，并与转接器 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pro- caspase 局 部聚集，FADD与募 集的pro- caspase 8地DED（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、活化，形 成活性caspase -8。 激活的caspase -8激 活下游caspase，引 起细胞凋亡。
Caspase蛋白酶在死亡受体介导的细胞凋亡中起着中心的作用
1. Fas与配体结合而活化后， 2. 引起YVAD和zVAD敏感 的ICE家族蛋白酶活化， 3. 活化DEVD敏感的蛋白酶。 其中caspase-8是这一凋 亡过程中首先被活化的 ICE家族蛋白酶。 4. Caspase-8活化后， ① 剪切活化caspase-3、 caspase-7、 caspase-4、 caspase-9和 caspase-10，通过 这些蛋白酶剪切底物 使凋亡得以进行； ② 活性被CrmA所抑制， 籍此可作为细胞凋亡 负调控因素作用的环 节。
Caspase-9（ICE-LAP6）：
编码414aa，分子量46kD。序列分析表明它也属于ICE/CED-3家族，在相当于 ICE活性部分的序列中，caspase-9与其它成员有30%左右的同源性，它的原结 构域很长，与caspase-3相似。在caspase-9中与结合底物有关的6个氨基酸残 基都得到了保留，但它的酶活性中心的五肽序列与其它ICE/CED-3蛋白酶的 QACRT不同，是QACGG，这是继caspase-8的QACQG之后出现的另一种活 性中心变异，这种变异也不影响蛋白酶的酶切活性。