グランザイムB

グランザイムB（GzmB、EC 3.4.21.79）は、ヒトおよびマウスのグランザイムファミリーの中で最も豊富なメンバーの一つであり、カスパーゼ様のセリンプロテアーゼで、GZMB遺伝子によってコードされています。これは、細胞傷害性Tリンパ球（CTL）および自然免疫細胞（NK細胞）によって発現され、標的細胞におけるアポトーシスを媒介する孔形成タンパク質パーフォリンと共に機能します。最近では、GzmBは好塩基球や肥満細胞から平滑筋細胞に至るまで、さまざまな非細胞傷害性細胞によっても産生されることがわかっています。GzmBは、細胞媒介性免疫応答においてCTLによる標的細胞のアポトーシスの迅速な誘導に重要であり、基質をアスパラギン酸残基の後で切断することができます。GzmBは、二本鎖DNAの断片化やカスパーゼ依存的または非依存的な細胞死を引き起こすことが証明されています。

GzmBはウイルスの排除において相乗的な作用を示しますが、さまざまなウイルスに対する感染を殺すには不十分です。さらに、GzmBはサイトカインの放出を刺激することによって細胞外マトリックスのリモデリングや炎症に関与しています。GzmBレベルの上昇は、いくつかの自己免疫疾患、いくつかの皮膚疾患、および1型糖尿病に関連しています。

分子構造

ヒトにおいて、GzmBは14q.11.2のGZMBによってコードされ、3.2kbで5つのエクソンから構成されており、グランザイムH関連の前駆体から進化したと考えられ、他のグランザイムと比較して低濃度でより効果的です。GzmBの構造には、2つの6本のβシートと3つのトランスドメインセグメントが見られます。細胞傷害性リンパ球の顆粒内では、酵素は2つの糖鎖修飾された形態で存在することがあります。GzmBは、活性部位に触媒三量体のヒスチジン-アスパラギン酸-セリンを含み、P1位置のアスパラギン酸残基の後で優先的に切断します。切断されるアスパラギン酸残基は、酵素の結合ポケット内のアルギニン残基と接続しています。GzmBは一般的に中性pHで活性であり、したがって酸性のCTL顆粒内では不活性に振る舞います。酵素はまた、細胞傷害性T細胞のアポトーシスを避けるために顆粒内のサーグリシンと結合すると不活性化されます。最初に、GzmBは追加のアミノ末端ペプチド配列を持つ不活性前駆体のジモゲンの形で存在し、カテプシンCによって2つのアミノ酸を除去することで切断されることができます。GzmBはカテプシンHによっても活性化される可能性があります。

デリバリー

GzmBは、半径5.5nmのパーフォリンと共に放出され、標的細胞の細胞膜に孔を形成して挿入されます。GzmBはパーフォリンよりも小さいストークス半径2.5nmを持ち、したがってパーフォリンの孔を通って破壊される標的に入ることができます。あるいは、一度放出されると、GzmBは標的細胞の負に帯電したヘパラン硫酸を含む受容体と結合し、エンドサイトーシスされます。その後、酵素を内部に運ぶ小胞が破裂し、GzmBが細胞質とその基質にさらされます。Hsp-70もGzmBの侵入を助けます。また、GzmBは、まず結合したサーグリシンを標的の細胞膜の負のリン脂質と交換し、その後、吸収性ピノサイトーシスのより選択的でないプロセスで標的に入ると提案されています。

グランザイムB媒介のアポトーシス

GzmBは、標的細胞内に入るとカスパーゼ8および10を切断し、アポトーシスを引き起こすイニシエーターエグゼキューターカスパーゼ3および7を活性化します。カスパーゼ7はGzmBに最も感受性が高く、カスパーゼ3、8、および10は中間断片にのみ切断され、完全な活性化には追加の切断が必要です。GzmBは、BAX/BAKのオリゴマー化を引き起こし、ミトコンドリアからシトクロムcを放出させるBIDを破壊し、またICADを切断してDNA断片化とアポトーシスに関連するラダー状パターンを引き起こします。GzmBは300以上の基質の可能性を持ち、外側のミトコンドリア膜でMcl-1を分解してBimの抑制を解除し、BAX/BAKのオリゴマー化、ミトコンドリア膜の透過性、およびアポトーシスを刺激します。Hs-1関連タンパク質X-1もGzmBによって切断され、ミトコンドリアの極性化を促進します。GzmBは、ミトコンドリアの反応性酸素種の細胞毒性レベルを生成することによっても細胞死を媒介することができます。カスパーゼ非依存的な細胞死の経路は、カスパーゼを抑制しアポトーシスを防ぐウイルスに対抗できると考えられています。

ターゲット

GzmBの多くの基質は核内に存在します。ポリADPリボースポリメラーゼおよびDNAプロテインキナーゼは、GzmBによって切断され、DNA修復およびレトロウイルスDNAの統合を阻害します。ヌクレオフォスミン、トポイソメラーゼ1およびヌクレオリンもGzmBによって破壊され、ウイルス複製を防ぎます。HSV 1ウイルスからの遺伝子トランス活性化に使用される必須タンパク質ICP4および核分裂装置タンパク質は、分裂を防ぐために破壊されることがあります。GzmBはまた、DNA結合タンパク質を50 kDaの断片に切断し、その後カスパーゼを介して追加の60 kDaの部分に間接的に切断することができます。さらに、グランザイムBは、フィブロネクチン、ビトロネクチン、アグリカンなどの細胞外マトリックス内の多くのタンパク質を分解し、この切断はアノイキスによる細胞死を引き起こし、炎症を誘発するアラーミンを細胞外マトリックスから放出させる可能性があります。好塩基球から分泌されたGzmBは、炎症の部位への浸出を許可する内皮細胞間接触を分解します。RGDインテグリン結合部位で発生するビトロネクチンの切断は、細胞成長シグナル伝達経路を中断し、ラミニンおよびフィブロネクチンの分解は真皮-表皮接合部の付着およびクロストークを中断し、GzmBによるデコリンの破壊はコラーゲンの乱れ、皮膚の薄化および老化を引き起こします。ケラチノサイトは、皮膚の光老化に関連するUVAおよびUVBへの曝露後にGzmBを発現することがあります。フォン・ウィルブランド因子およびプラスミノーゲンの破壊は、血小板凝集を抑制し、血管新生を防ぐアンジオスタチン断片を生成します。フィブロネクチンおよびビトロネクチンの切断は、仮設マトリックスの形成を遅延させ、したがって創傷治癒を妨げます。

疾患における役割

GzmBは血漿中で20から約40 pg/mLの正常濃度を持ち、ほぼ70%の活性を保持しています。GzmBの濃度の増加は、いくつかの疾患状態に関連しています。GzmBは、抗原の不規則な領域およびリンカー領域で切断することによって自己抗原を生成し、新しいエピトープを露出させ、これが自己免疫疾患の発展を引き起こします。CD8 T細胞からのパーフォリンと共にGzmBの放出は、同種内皮細胞の殺傷を通じて心臓および腎臓移植の拒絶を引き起こします。膵島内のβ細胞を生成するインスリンの破壊は、T細胞およびGzmBによって媒介され、1型糖尿病に寄与します。GzmBは脊髄損傷後の細胞死を媒介し、関節リウマチで高レベルで見られます。NKおよびT細胞から分泌されたGzmBは、気管支上皮細胞のアポトーシスに寄与し、慢性閉塞性肺疾患を引き起こします。GzmBによるマトリックスの不安定化およびリモデリングは、喘息の病因に関連しています。白斑、接触皮膚炎、硬化性苔癬、および扁平苔癬の症例は、メラノサイトを殺傷し、その過剰発現によってGzmBによって引き起こされる可能性があります。GzmBを発現する細胞傷害性細胞は毛包と密接な関係があり、脱毛において可能な役割を果たします。GzmBの細胞外マトリックスリモデリング特性は、左心室のリモデリングにも関与しており、心筋梗塞の可能性を高めます。