Каспаза 3

В нормальных условиях каспазы распознают тетрапептидные последовательности на своих субстратах и гидролизуют пептидные связи, расположенные после остатков аспарагиновой кислоты. Каспаза 3 и каспаза 7 обладают сходной субстратной специфичностью, распознавая тетрапептидный мотив Asp-x-x-Asp[10]. C-конец аспартата (Asp) имеет абсолютную необходимость, в то время как в других трёх положениях могут быть допущены некоторые изменения[11]. Специфичность к каспазному субстрату широко используется в ингибиторах на основе данных ферментов и разработке лекарственных препаратов[12].

Каспаза 3 (также известная как CPP32 /Yama/apopain)[13][14][15] образуется из профермента (зимогена) с молекулярной массой 32 кДа, который расщепляется на две субъединицы, с молекулярными массами соответственно 17 кДа и 12 кДа. Когда прокаспаза расщепляется по определённому остатку, активный гетеротетрамер может быть затем образован гидрофобными взаимодействиями, в результате чего четыре антипараллельных бета-листа из p17 и два из p12 соединяются вместе, образуя гетеродимер, который, в свою очередь, взаимодействует с другим гетеродимером, формируя полную 12-элементную структуру бета-листа, окруженную альфа-спиралями, которые являются уникальными для каспаз[9][16] . Когда гетеродимеры совмещаются друг с другом по типу голова-хвост (head-to-tail), активный сайт располагается на каждом конце молекулы, образованной остатками обеих участвующих субъединиц, хотя необходимые аминокислотные остатки Cys-163 и His-121 находятся на p17 (большой) субъединице[16].

Субъединицы p12 (показана розовым цветом) и p17 (светло-синий) каспазы-3 со структурами каждого бета-листа красного и синего цвета соответственно; изображение, сгенерированное в Pymol из 1rhm.pdb

Каталитический сайт каспазы 3 включает сульфогидрильную группу аминокислотного остатка Cys-163 и имидазольное кольцо His-121. Остаток His-121 стабилизирует карбонильную группу ключевого остатка аспартата, в то время как Cys-163 атакует, в конечном счете, разрывая пептидную связь. Остатки Cys-163 и Gly-238 также функционируют для стабилизации тетраэдрического переходного состояния комплекса субстрат-фермент посредством водородной связи[16]. In vitro было обнаружено, что каспаза 3 предпочитает пептидную последовательность DEVDG (Asp-Glu-Val-Asp-Gly) с расщеплением, происходящим на карбоксильном конце второго остатка аспарагиновой кислоты (между D и G)[8][16][17]. Каспаза 3 активна в широком диапазоне рН, который несколько выше (более основный), чем у многих других каспаз-эффекторов. Данный широкий диапазон указывает на то, что каспаза 3 может быть полностью активна в нормальных и апоптотических условиях[18].

Каталитические аминокислотные остатки Cys-285 (показан жёлтым) и His-237 (зелёный и темно-синий), расположенные в активном сайте каспазы 3, субъединица p12 окрашена розовым и субъединица p17 в голубом цветах соответственно; изображение, сгенерированное в Pymol из 1rhr.pdb

Каспаза 3 активируется в апоптотической клетке как внешним (лигандами смерти), так и внутренним (митохондриальным) путями[9][19]. Отличительной чертой зимогена каспазы 3 является необходимая регуляция, потому что если он не регулируется, активность каспазы приводит к тотальной смерти всех клеток (как здоровых, так и патологических)[20]. Как каспаза-эффектор (экзекутор), зимоген каспазы-3 практически не обладает активностью, пока не происходит его расщепления посредством инициаторной каспазы после того, как произошла передача апоптотического сигнала[21]. Одним из таких сигнальных событий является введение гранзима B цитотоксическими Т-лимфоцитами внутрь клеток, который может активировать инициаторную каспазу[22][23]. Данная внешняя активация затем запускает характерный для апоптотического пути каспазный каскад, в котором каспаза 3 играет доминирующую роль[7] . При внутренней активации каспазы молекулы цитохрома С из митохондрий работают в комбинации с каспазой 9, апоптоз-активирующим фактором 1 (сокр. APAF1), и АТФ необходимой для прокаспазы 3[17][23][24]. Этих молекул достаточно для активации каспазы 3 in vitro, но in vivo необходимы другие регуляторные белки[24]. Было показано, что экстракт мангостана (Garcinia mangostana) ингибирует активацию каспазы 3 в нейрональных клетках человека, обработанных В-амилоидом[25].

Одним из способов ингибирования каспазы является использование семейства белков IAP (ингибиторов апоптоза), которое включает c-IAP1, c-IAP2, XIAP и ML-IAP[16]. XIAP связывает и ингибирует инициатор каспазы 9, который непосредственно участвует в активации расщепителя каспазы 3[24]. Однако во время каспазного каскада каспаза 3 ингибирует активность XIAP путём расщепления каспазы 9 на конкретном сайте, предотвращая способность связывания XIAP и тем самым ингибировать активность каспазы 9[26].

Было обнаружено, что каспаза 3 необходима для нормального развития мозга, а также для её типичной роли в процессоре апоптоза, где она отвечает за конденсацию хроматина и фрагментацию ДНК[17]. Повышенные уровни p17 (малых) субъединиц каспазы 3, в кровотоке являются признаком недавнего инфаркта миокарда[27]. В настоящее время показано, что каспаза 3 может играть роль в дифференцировке эмбриональных и гемопоэтических стволовых клеток[28].

Было показано, что каспаза 3 взаимодействует со следующими белками:

• Каспазы
• Апоптоз