Caspase-3

化学物质

Caspase-3是一种蛋白酶，1994年Fernandez-Alnemri等在BenBank表达序列标记(expression sequence tag, EST)数据库中找到一段与ICE/CED-3活性中心同源的序列，用它合成探针后，筛选人Jurkat T淋巴细胞 cDNA文库，从中克隆到一种新基因，因其编码分子量为32kD的半胱氨酸蛋白酶而称之为CPP32(cysteine protease protein, 32kD)。随后，其他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。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。

结构

pro-caspase-3含有277个氨基酸残基，分子量约32kD，与ICE有30%同源性，与CED-3有35%同源性，是caspase家族中与CED-3同源性最高的，无论从结构同源性还是从底物特异性来看都与CED-3很相似，所以有人认为它是CED-3在哺乳动物中的同源蛋白。caspase-3的原结构域明显短于ICE，但蛋白酶活性中心和与结合底物有关的保守的氨基酸均与ICE一致。pro-caspase-3在活化过程中从Asp28~Ser29和Asp175~Ser176两处被剪切，形成P17(29~175)和P10(182~277)两个片段，相当于ICE的P20和P10，两种亚基再组成活性形式的caspase-3。pro-caspase-3本身并没有催化活性，在活化时首先由颗粒酶B(GrzB)或caspase-10在D175剪切下小片段后它才被部分活化，随后则可进行下一步的自我催化。在剪切原结构域时可能还有其它caspase如ICE的参与。

活化

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它又能恢复致凋亡的功能。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细胞颗粒中的一种丝氨酸酯酶，是哺乳动物中除caspase蛋白酶外在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XXD序列，并活化caspase 2、3、6、7、8、9、10。ICE也可以被颗粒酶剪切，但剪切后并不被活化。

凋亡的机制

caspase-3最主要的底物是多聚(ADP-核糖)聚合酶 PARP(poly(ADP-ribose) polymerase)，该酶与DNA修复、基因完整性监护有关。在细胞凋亡启动时，116kD 的PARP在Asp216-Gly217 之间被caspase-3剪切成31kD和85kD两个片段，使PARP中与DNA结合的两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。

caspase-3还可以剪切U1-70K、DNA-PK、PKCd 和PKCq 。PKCd 和PKCq 都属于新型PKC(novel PKC, nPKC)，当被caspase-3剪切后，可以切除调节区域，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是CTL细胞杀伤机制的重要组成部分。

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