Kaspaza-1
Kaspaza-1/Interleukin-1 pretvarajući enzim (ICE) je evolucijski konzervirani enzim koji proteolitski cijepa druge proteine, kao što su prekursori upalnih citokina interleukina-1β i interleukina-18, kao i induktora piroptoza gasdermina D, u aktivne zrele peptide. To jest enzim koji je kod ljudi kodiran genom CASP-1 sa hromosoma 11.[5][6][7] Ima centralnu ulogu u ćelijskoj imunosti kao inicijator upalnog odgovora. [Jednom aktiviran kroz formiranje inflamasomskog kompleksa, on inicira proupalni odgovor kroz cijepanje i time aktiviranje dva upalna citokin, interleukin-1β (IL-1β) i interleukin-18 (IL-18) kao i piroptozu, programirani razgradni ćelijski smrtni put, cijepanjem gasdermina D.[8] Dva upalna citokina aktivirana kaspazom-1 izlučuju se iz ćelije kako bi dalje izazvali upalni odgovor u susjednim ćelijama.[9]
Ćelijske ekspresija
urediKaspaza-1 je evolucijski konzervirana u mnogim eukariotima životinjsakog carstva. Zbog svoje uloge u upalnnom imunskom odgovoru, visoko je eksprimiran u imunskim organima kao što su jetra, bubrezi, slezena i krv (neutrofili).[10][11] > Nakon infekcije, upalni odgovor povećava ekspresiju kaspaze-1, pomoću pozitivne povratne informacije mehanizma koji pojačava odgovor.[11]
Aminokiselinska sekvenca
urediDužina polipeptidnog lanca je 404 aminokiseline, a molekulska težina 45.159 Da.
| 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MADKVLKEKR | KLFIRSMGEG | TINGLLDELL | QTRVLNKEEM | EKVKRENATV | ||||
| MDKTRALIDS | VIPKGAQACQ | ICITYICEED | SYLAGTLGLS | ADQTSGNYLN | ||||
| MQDSQGVLSS | FPAPQAVQDN | PAMPTSSGSE | GNVKLCSLEE | AQRIWKQKSA | ||||
| EIYPIMDKSS | RTRLALIICN | EEFDSIPRRT | GAEVDITGMT | MLLQNLGYSV | ||||
| DVKKNLTASD | MTTELEAFAH | RPEHKTSDST | FLVFMSHGIR | EGICGKKHSE | ||||
| QVPDILQLNA | IFNMLNTKNC | PSLKDKPKVI | IIQACRGDSP | GVVWFKDSVG | ||||
| VSGNLSLPTT | EEFEDDAIKK | AHIEKDFIAF | CSSTPDNVSW | RHPTMGSVFI | ||||
| GRLIEHMQEY | ACSCDVEEIF | RKVRFSFEQP | DGRAQMPTTE | RVTLTRCFYL | ||||
| FPGH |
Struktura
urediKaspaza-1 se proizvodi kao zimogen koji se zatim može cijepati na 20 kDa (p20) i 10 kDa (p10) podjedinice koje postaju dio aktivnog enzima. Aktivna kaspaza-1 sadrži dva heterodimera, p20 i p10. Sadrži katalitski domen s aktivnim mjestom koje obuhvata podjedinice i p20 i p10,[12] kao i nekatalitski domen za aktiviranje i regrutaciju kaspaze (CARD) . Interagira sa drugim CARD-ovima koji sadrže proteine, kao što su proteini nalik na apoptozu koji sadrže CARD (ASC) i Nod-like receptor (NLR ) Porodični CARD protein koji sadrži domen 4 (NLRC4) kroz interakcije CARD-CARD u formiranju inflamasoma.[7][13]
Regulacija
uredi
Aktivacija
uredi
Kaspaza-1, normalno u svom fiziološki neaktivnom obliku zimogena, autoaktivira se kada se autoproteolizom u p10 i p20 podjedinicama sastavi u filamentni inflamasomski kompleks.<re.[14][15] Kompleks inflamasoma je prstenasti kompleks koji se sastoji od trimera senzornog proteina specifičnog za signal, kao što su oni iz porodice NLR i receptori poput AIM-1 (odsutan u melanomu), adapter proteina kao što je ASC, i kaspaza, u ovom slučaju kaspaza-1. U nekim slučajevima, gde signalni proteini sadrže sopstvene CARD, kao u NLRP1 i NLRC4, interakcija CARD-CARD je direktna, što znači da u kompleksu nema adapterskog proteina. Postoji niz proteinskih senzora i adaptera, čije različite kombinacije daju odgovore inflamasoma na specifične signale. Ovo omogućava ćeliji da ima različite stupnjeve upalnih odgovora na osnovu težine primljenog signala opasnosti.[16][17]
Inhibicija
urediSami CARD proteini (COP) kao što im ime govori, su proteini koji sadrže samo nekatalitske CARD. Zbog važnosti CARD-CARD interakcija u formiranju inflamasoma, mnogi COP su poznati inhibitori aktivacije kaspaze. Za kaspazu-1, geni za specifične COP - ICEBERG, COP1 (ICE/Pseudo-ICE) i INCA (inhibitorni CARD) - nalaze se u blizini njegovog lokusa i stoga se smatra da su nastali iz događaja umnožavanja gena i naknadnih [dwelecija (genetika)|[delecija]] katalitskog domena. Iako svi oni stupaju u interakciju sa inflamasomima koristeći interakcije CARD-CARD, razlikuju se po načinu na koji sprovode svoje inhibitorne funkcije kao i po njihovoj efikasnosti u tome.[15][18][19]
Naprimjer, ICEBERG nukleira formiranje filamenata kaspaze-1 i tako se inkorporira u filamente, ali mu nedostaje sposobnost da inhibira aktivaciju inflamasoma. Umjesto toga, smatra se da inhibira aktivaciju kaspaze-1, ometajući interakciju kaspaze-1 s drugim važnim proteinima koji sadrže CARD.[15][18][19]
[INCA, s druge strane, direktno blokira sklapanje inflamasoma, zatvaranjem kaspaza-1 CARD-nog oligomera, čime blokira dalju polimerizaciju u filamentima inflamasoma.[13][18][19][20]
Slično tome, poznato je da neki POP-i (pirinski samoproteini) regulišu aktivaciju kaspaze-1 kroz inhibiciju aktivacije inflamasoma, vezivanjem i blokiranjem PYD interakcija, koje također imaju ulogu u formiranju inflamasoma, iako tačni mehanizmi još nisu poznati i dobro uspostavljeni.[19][21]
- Inhibitori
- Belnacasan (VX-765) [22]
- Pralnacasan (VX-740) [23]
Funkcija
urediProteolitsko cijepanje
urediAktivirana kaspaza-1 proteolitski cijepa pro IL-1β i pro IL-18 u njihove aktivne oblike, IL-1β i IL-18. Aktivni citokini dovode do nizvodnog upalnog odgovora. Također cijepa dasdermin D u njegov aktivni oblik, što dovodi do piroptoze.[13]
Upalni odgovor
urediKada sazriju, citokini iniciraju nizvodne signalne događaje, kako bi izazvali upalni odgovor, kao i da bi aktivirali ekspresiju antivirusnih gena. Brzina, specifičnost i tipovi odgovora zavise od primljenog signala kao i od proteinskog senzora koji ga je primio. Signali koje inflamasomi mogu primiti uključuju virusnu dvolančanu RNK, ureju, slobodne radikale i druge signale povezane sa ćelijskom opasnošću, čak i nusprodukti drugih puteva imunskog odgovora.[24]
Sami zreli citokini ne sadrže potrebne sekvence za sortiranje za ulazak u endoplazmatskoretikulunsko-Golgijev sekretorni put, i stoga se ne izlučuju iz ćelije konvencijskim metodima. Međutim, teoretizira se da oslobađanje ovih proupalnih citokina ne zavisi od ćelijske rupture putem piroptoza, već je u stvari aktivan proces. Postoje dokazi i za i protiv ove hipoteze. Činjenica da se za mnoge tipove ćelija citokini luče uprkos tome što ne pokazuju apsolutno nikakve znakove piroptoze, podržava ovu hipotezu.[17][25] Međutim, neki eksperimenti pokazuju da su nefunkcionalni mutanti Gasdermina D još uvijek imali normalno cijepanje citokina, ali im je nedostajala sposobnost da ih luče, što ukazuje na to da bi piroptoza zapravo mogla biti neophodna za izlučivanje na neki način.[26]
Piroptozni odgovor
urediNakon upalnog odgovora, aktivirana kaspaza-1 može izazvati piroptozu, lizni oblik ćelijske smrti, ovisno o primljenom signalu kao i o specifičnom proteinu domena inflamasomskog senzora koji ga je primio. Iako piroptoza može ili ne mora biti potrebna za potpuni upalni odgovor, upalni odgovor je u potpunosti potreban prije nego što se piroptoza može pojaviti.[17] Da bi izazvala piroptozu, kaspaza-1 cijepa gasdermin D na fragmente koji se formiraju pore u plazmamembrani. Kao rezultat osmotskog pritiska, ove pore pospješuju priliv tekućine, što rezultira lizom i smrću ćelija.[27]
Ostale uloge
urediPokazalo se da kaspaza-1 indukuje nekrozu i također može da funkcioniše u različitim razvojnim fazama. Studije sličnog proteina na miševima ukazuju na ulogu u patogenezi Huntingtonove bolesti. Alternativna prerada gena rezultira u pet varijanti transkripta koje kodiraju različite izoforme.[28] Nedavne studije su implicirale kaspazu-1 u podsticanju smrti CD4 T-ćelija i upale od HIV-a, dva karakteristična događaja koji podstiču progresiju HIV bolesti u AIDS.[29][30][31] Aktivnost kaspaze-1 je također uključena u acidifikaciju lizosoma nakon fagocitoza bakterija [32] i imunskih kompleksa.[33]
Također pogledajte
urediReference
uredi- ^ a b c GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000137752 - Ensembl, maj 2017
- ^ a b c GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000025888 - Ensembl, maj 2017
- ^ "Human PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ^ "Mouse PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ^ Thornberry NA, Bull HG, Calaycay JR, Chapman KT, Howard AD, Kostura MJ, et al. (april 1992). "A novel heterodimeric cysteine protease is required for interleukin-1 beta processing in monocytes". Nature. 356 (6372): 768–74. Bibcode:1992Natur.356..768T. doi:10.1038/356768a0. PMID 1574116. S2CID 4310923.
- ^ Cerretti DP, Kozlosky CJ, Mosley B, Nelson N, Van Ness K, Greenstreet TA, et al. (april 1992). "Molecular cloning of the interleukin-1 beta converting enzyme". Science. 256 (5053): 97–100. Bibcode:1992Sci...256...97C. doi:10.1126/science.1373520. PMID 1373520.
- ^ a b Mariathasan S, Newton K, Monack DM, Vucic D, French DM, Lee WP, et al. (juli 2004). "Differential activation of the inflammasome by caspase-1 adaptors ASC and Ipaf". Nature. 430 (6996): 213–8. Bibcode:2004Natur.430..213M. doi:10.1038/nature02664. PMID 15190255. S2CID 4317409.
- ^ Xia S, Zhang Z, Magupalli VG, Pablo JL, Dong Y, Vora SM, et al. (april 2021). "Gasdermin D pore structure reveals preferential release of mature interleukin-1". Nature. 593 (7860): 607–611. Bibcode:2021Natur.593..607X. doi:10.1038/s41586-021-03478-3. PMC 8588876 Provjerite vrijednost parametra
|pmc=(pomoć). PMID 33883744. S2CID 233351704. - ^ Jorgensen I, Miao EA (maj 2015). "Pyroptotic cell death defends against intracellular pathogens". Immunological Reviews. 265 (1): 130–42. doi:10.1111/imr.12287. PMC 4400865. PMID 25879289.
- ^ Bakele M, Joos M, Burdi S, Allgaier N, Pöschel S, Fehrenbacher B, et al. (februar 2014). "Localization and functionality of the inflammasome in neutrophils". The Journal of Biological Chemistry. 289 (8): 5320–9. doi:10.1074/jbc.M113.505636. PMC 3931087. PMID 24398679.
- ^ a b Kumaresan V, Ravichandran G, Nizam F, Dhayanithi NB, Arasu MV, Al-Dhabi NA, et al. (februar 2016). "Multifunctional murrel caspase 1, 2, 3, 8 and 9: Conservation, uniqueness and their pathogen-induced expression pattern". Fish & Shellfish Immunology. 49: 493–504. doi:10.1016/j.fsi.2016.01.008. PMID 26777895.
- ^ Wilson KP, Black JA, Thomson JA, Kim EE, Griffith JP, Navia MA, et al. (juli 1994). "Structure and mechanism of interleukin-1 beta converting enzyme". Nature. 370 (6487): 270–5. Bibcode:1994Natur.370..270W. doi:10.1038/370270a0. PMID 8035875. S2CID 4281700.
- ^ a b c Lu A, Li Y, Schmidt FI, Yin Q, Chen S, Fu TM, et al. (maj 2016). "Molecular basis of caspase-1 polymerization and its inhibition by a new capping mechanism". Nature Structural & Molecular Biology. 23 (5): 416–25. doi:10.1038/nsmb.3199. PMC 4856535. PMID 27043298.
- ^ Elliott JM, Rouge L, Wiesmann C, Scheer JM (mart 2009). "Crystal structure of procaspase-1 zymogen domain reveals insight into inflammatory caspase autoactivation". The Journal of Biological Chemistry. 284 (10): 6546–53. doi:10.1074/jbc.M806121200. PMC 2649088. PMID 19117953.
- ^ a b c Humke EW, Shriver SK, Starovasnik MA, Fairbrother WJ, Dixit VM (septembar 2000). "ICEBERG: a novel inhibitor of interleukin-1beta generation". Cell. 103 (1): 99–111. doi:10.1016/S0092-8674(00)00108-2. PMID 11051551. S2CID 15886378.
- ^ Samarani S, Allam O, Sagala P, Aldabah Z, Jenabian MA, Mehraj V, et al. (juni 2016). "Imbalanced production of IL-18 and its antagonist in human diseases, and its implications for HIV-1 infection". Cytokine. Cytokines in inflammation, aging, cancer and obesity. 82: 38–51. doi:10.1016/j.cyto.2016.01.006. PMID 26898120.
- ^ a b c Vince JE, Silke J (juni 2016). "The intersection of cell death and inflammasome activation". Cellular and Molecular Life Sciences. 73 (11–12): 2349–67. doi:10.1007/s00018-016-2205-2. PMID 27066895. S2CID 16281016.
- ^ a b c Druilhe A, Srinivasula SM, Razmara M, Ahmad M, Alnemri ES (juni 2001). "Regulation of IL-1beta generation by Pseudo-ICE and ICEBERG, two dominant negative caspase recruitment domain proteins". Cell Death and Differentiation. 8 (6): 649–57. doi:10.1038/sj.cdd.4400881. PMID 11536016.
- ^ a b c d Le HT, Harton JA (septembar 2013). "Pyrin- and CARD-only Proteins as Regulators of NLR Functions". Frontiers in Immunology. 4: 275. doi:10.3389/fimmu.2013.00275. PMC 3775265. PMID 24062743.
- ^ Lamkanfi M, Denecker G, Kalai M, D'hondt K, Meeus A, Declercq W, et al. (decembar 2004). "INCA, a novel human caspase recruitment domain protein that inhibits interleukin-1beta generation". The Journal of Biological Chemistry. 279 (50): 51729–38. doi:10.1074/jbc.M407891200. PMID 15383541.
- ^ Dorfleutner A, Talbott SJ, Bryan NB, Funya KN, Rellick SL, Reed JC, et al. (decembar 2007). "A Shope Fibroma virus PYRIN-only protein modulates the host immune response". Virus Genes. 35 (3): 685–94. doi:10.1007/s11262-007-0141-9. PMC 4257706. PMID 17676277.
- ^ Flores J, Noël A, Foveau B, Lynham J, Lecrux C, LeBlanc AC (septembar 2018). "Caspase-1 inhibition alleviates cognitive impairment and neuropathology in an Alzheimer's disease mouse model". Nature Communications. 9 (1): 3916. Bibcode:2018NatCo...9.3916F. doi:10.1038/s41467-018-06449-x. PMC 6156230. PMID 30254377.
- ^ Boxer MB, Quinn AM, Shen M, Jadhav A, Leister W, Simeonov A, et al. (maj 2010). "A highly potent and selective caspase 1 inhibitor that utilizes a key 3-cyanopropanoic acid moiety". ChemMedChem. 5 (5): 730–8. doi:10.1002/cmdc.200900531. PMC 3062473. PMID 20229566.
- ^ Vezzani A, Maroso M, Balosso S, Sanchez MA, Bartfai T (oktobar 2011). "IL-1 receptor/Toll-like receptor signaling in infection, inflammation, stress and neurodegeneration couples hyperexcitability and seizures". Brain, Behavior, and Immunity. 25 (7): 1281–9. doi:10.1016/j.bbi.2011.03.018. PMID 21473909. S2CID 3383795.
- ^ Ainscough JS, Gerberick GF, Kimber I, Dearman RJ (decembar 2015). "Interleukin-1β Processing Is Dependent on a Calcium-mediated Interaction with Calmodulin". The Journal of Biological Chemistry. 290 (52): 31151–61. doi:10.1074/jbc.M115.680694. PMC 4692238. PMID 26559977.
- ^ He WT, Wan H, Hu L, Chen P, Wang X, Huang Z, et al. (decembar 2015). "Gasdermin D is an executor of pyroptosis and required for interleukin-1β secretion". Cell Research. 25 (12): 1285–98. doi:10.1038/cr.2015.139. PMC 4670995. PMID 26611636.
- ^ Shi J, Gao W, Shao F (april 2017). "Pyroptosis: Gasdermin-Mediated Programmed Necrotic Cell Death". Trends in Biochemical Sciences (jezik: English). 42 (4): 245–254. doi:10.1016/j.tibs.2016.10.004. PMID 27932073.CS1 održavanje: nepoznati jezik (link)
- ^ "Entrez Gene: CASP1 caspase 1, apoptosis-related cysteine peptidase (interleukin 1, beta, convertase)".
- ^ Doitsh G, Galloway NL, Geng X, Yang Z, Monroe KM, Zepeda O, et al. (januar 2014). "Cell death by pyroptosis drives CD4 T-cell depletion in HIV-1 infection". Nature. 505 (7484): 509–14. Bibcode:2014Natur.505..509D. doi:10.1038/nature12940. PMC 4047036. PMID 24356306.
- ^ Monroe KM, Yang Z, Johnson JR, Geng X, Doitsh G, Krogan NJ, Greene WC (januar 2014). "IFI16 DNA sensor is required for death of lymphoid CD4 T cells abortively infected with HIV". Science. 343 (6169): 428–32. Bibcode:2014Sci...343..428M. doi:10.1126/science.1243640. PMC 3976200. PMID 24356113.
- ^ Zhang C, Song JW, Huang HH, Fan X, Huang L, Deng JN, et al. (mart 2021). "NLRP3 inflammasome induces CD4+ T cell loss in chronically HIV-1-infected patients". The Journal of Clinical Investigation. 131 (6). doi:10.1172/JCI138861. PMC 7954596. PMID 33720048.
- ^ Sokolovska A, Becker CE, Ip WK, Rathinam VA, Brudner M, Paquette N, et al. (juni 2013). "Activation of caspase-1 by the NLRP3 inflammasome regulates the NADPH oxidase NOX2 to control phagosome function". Nature Immunology. 14 (6): 543–53. doi:10.1038/ni.2595. PMC 3708594. PMID 23644505.
- ^ Monteith AJ, Vincent HA, Kang S, Li P, Claiborne TM, Rajfur Z, et al. (juli 2018). "mTORC2 Activity Disrupts Lysosome Acidification in Systemic Lupus Erythematosus by Impairing Caspase-1 Cleavage of Rab39a". Journal of Immunology. 201 (2): 371–382. doi:10.4049/jimmunol.1701712. PMC 6039264. PMID 29866702.
Vanjski linkovi
uredi- The MEROPS online database for peptidases and their inhibitors: C14.001[mrtav link]
