カスパーゼ6

関連する読書

序論

カスパーゼはシステインプロテアーゼの一群であり、アスパラギン酸残基の後方で基質を切断することにより、アポトーシスおよび炎症の主要なメディエーターとして機能する。カスパーゼは、配列相同性および機能に基づき、(a) 炎症性カスパーゼ、(b) アポトーシス開始（イニシエーター）カスパーゼ、(c) アポトーシス実行（エフェクター）カスパーゼの3つに分類される。すべてのカスパーゼは、細胞内で触媒的に不活性なザイモーゲンとして産生され、アポトーシス過程においてプロテオリティックな活性化を受ける必要がある。開始カスパーゼは実行カスパーゼをプロセシングし、活性化する。カスパーゼ-6、カスパーゼ-3、カスパーゼ-7はアポトーシス実行カスパーゼに分類される。ヒトではMch2遺伝子がカスパーゼ-6をコードしており、カスパーゼ-6は開始カスパーゼよりも、アポトーシス時にカスパーゼ-3によって活性化されることが多い。しかし、カスパーゼ-3が不活性であってもカスパーゼ-6の活性化が観察され、カスパーゼ-6の自己活性化はin vivoおよびin vitroの双方で起こり得る。アポトーシス過程において、カスパーゼ-6は核内に局在し、ラミンタンパク質および核分裂装置タンパク質（NuMA）を切断して核断片化を誘導する。しかし、カスパーゼ-3およびカスパーゼ-7とは異なり、カスパーゼ-6活性が常にアポトーシスを誘導するとは限らない。カスパーゼ-6活性はアルツハイマー病（AD）ニューロンの細胞質および神経突起に局在し、アポトーシスの典型的特徴を示さない。カスパーゼ-6は脳および末梢組織に広く発現している。アポトーシスへの関与に加え、カスパーゼ-6は発生期および成人脳における軸索刈り込み、病的軸索変性、ならびにハンチントン病（HD）やADなど各種神経変性疾患の発症および進行に深く関与している。

カスパーゼ-6の自己活性化機構とプロドメインの機能

カスパーゼ-6は、短いプロドメイン、大サブユニット（p20）、小サブユニット（p10）、およびサブユニット間リンカーから構成される二量体ザイモーゲンとして存在する。カスパーゼ-6には3つの切断部位があり、プロドメイン後方のTEDD²³残基、およびサブユニット間リンカー内のDVVD¹⁷⁹残基とTEVD¹⁹³残基である（図1）。

図1. カスパーゼ-6の模式図（Wang, X.J.; et al. 2015）

実行カスパーゼの活性化には、サブユニット間リンカーの切断により小サブユニットp10のN末端を遊離させることが必要である。続いて、その末端が約180°回転し、隣接する触媒ユニットの4つのループとともにループ束を形成する。2つのサブユニット間切断部位のいずれか一方、または両方での切断はカスパーゼ-6の活性化に十分である一方、プロドメインはin vivoにおけるカスパーゼ-6の自己活性化を阻害するが、in vitroでは阻害しない。カスパーゼ-6は自己活性化、またはカスパーゼ-3による活性化を受け得るが、自己活性化の様式はカスパーゼ-3とは異なる。自己活性化過程では、カスパーゼ-6はまずプロドメインを失い（TETD²³で切断）、次いでTEVD¹⁹³で切断され、最後にDVVD¹⁷⁹で切断される。これに対し、カスパーゼ-3による活性化では、まずDVVD¹⁷⁹でカスパーゼ-6が切断され、その後にTETD23およびTEVD¹⁹³で切断される。カスパーゼ-6ザイモーゲンの構造は、サブユニット間切断部位TEVD¹⁹³が同一触媒ユニットの活性部位に結合していることを示す（図2）。この切断部位の結合コンフォメーションはカスパーゼ-6に特有であり、これはサブユニット間リンカーが長い一方、カスパーゼ-3およびカスパーゼ-7のリンカーは短く、サブユニット間切断部位を自らの活性部位に配置できないためである。

図2. カスパーゼ-6ザイモーゲンの構造（Wang, X.J.; et al. 2015）

カスパーゼ-6の活性化および制御モデル

これまでに、異なる状態にある、または異なる阻害剤と複合体を形成した複数のカスパーゼ-6構造が報告されている。これらの構造解析および関連する生化学的研究に基づき、研究者はカスパーゼ-6の活性化および制御経路をまとめている（図3）。本経路には7種類の異なるカスパーゼ-6形態が含まれ、そのうち6種類は結晶学的手法により観察されている。第7の構造モデルは提唱されている一過性中間体を表し、軽微なコンフォメーション変化後のTEVD¹⁹³結合状態を示し、分子内自己切断に備えた状態である。カスパーゼ-6ザイモーゲンは、自己活性化またはカスパーゼ-3介在性活性化により活性化され得る。カスパーゼ-6濃度が低い場合、プロドメインが自己切断を阻害し、カスパーゼ-6の発現はp53により直接アップレギュレーションされる。カスパーゼ-6濃度が上昇すると、まずプロドメインが除去され、その後に自己活性化が開始される。プロドメインはカスパーゼ-6の自己活性化を阻害する。この阻害効果はカスパーゼ-6濃度が低い場合にのみ有効であり、カスパーゼ-3介在性のカスパーゼ-6活性化は阻害しない。活性部位にTEVD¹⁹³が存在すると、基質と競合し、当該部位での分子間切断を阻止することで、カスパーゼ-6の活性化および活性が抑制される。Ser257のリン酸化はザイモーゲンをTEVD¹⁹³結合状態に固定し自己切断を阻止する一方、脱リン酸化は自己活性化を促進する。自己活性化またはカスパーゼ-3により活性化された非リン酸化カスパーゼ-6は活性を有し、基質を切断できる。しかし、この活性型カスパーゼ-6は、カスパーゼ阻害剤によりさらに制御され得る。

図3. カスパーゼ-6の活性化および制御マップ（Wang, X.J.; et al. 2015）