カスパーゼ6

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はじめに

Caspaseは、アスパラギン酸残基の後で基質を切断する責任を持つシステインプロテアーゼのクラスであり、アポトーシスと炎症の主要な媒介者です。Caspaseは、その配列の類似性と機能に基づいて、(a) 炎症性caspase、(b) アポトーシスの開始因子、(c) アポトーシスの効果因子の3つのカテゴリに分けることができます。すべてのcaspaseは、触媒的に不活性なゼイモゲンとして細胞内で生成され、アポトーシス中にプロテオリティック活性化を受ける必要があります。アポトーシスの開始因子は、アポトーシスの効果因子を処理して活性化します。Caspase-6、caspase-3、およびcaspase-7は、アポトーシスの効果因子として分類されます。ヒトのMch2遺伝子はcaspase-6をコードしており、caspase-6はアポトーシス中にcaspase-3によって活性化されることが多く、開始因子caspaseによってではありません。しかし、caspase-3が不活性であっても、caspase-6が活性化されることが観察され、caspase-6の自己活性化はin vivoおよびin vitroで発生する可能性があります。アポトーシスの過程で、caspase-6は核に局在し、ラミンタンパク質および核有糸分裂装置タンパク質（NuMA）を切断し、核の断片化を引き起こします。しかし、caspase-3やcaspase-7とは異なり、caspase-6の活性は常にアポトーシスを引き起こすわけではありません。Caspase-6の活性は、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、アポトーシスの古典的な特徴を示しません。Caspase-6は脳および末梢組織で広く発現しています。アポトーシスに参加するだけでなく、caspase-6は発達中および成人の脳における軸索の剪定、病理学的な軸索の変性、ハンチントン病（HD）やADなどのさまざまな神経変性疾患の発生と進行にも深く関与しています。

Caspase-6の自己活性化メカニズムとプロドメインの機能

Caspase-6は、短いプロドメイン、大きなサブユニット（p20）、小さなサブユニット（p10）、およびサブユニット間リンカーからなる二量体ゼイモゲンとして表されます。Caspase-6の3つの切断部位は、プロドメインの後の残基TEDD²³と、サブユニット間リンカー内のDVVD¹⁷⁹およびTEVD¹⁹³残基です（図1）。

図1. Caspase-6の模式図（Wang, X.J.; et al. 2015）

効果因子caspaseの活性化には、サブユニット間リンカーでの切断が必要であり、小サブユニットp10のN末端を放出します。その後、端が180°回転して、隣接する触媒ユニットの4つのループとループバンドルを形成します。いずれかまたは両方の2つのサブユニット間切断部位での切断は、caspase-6を活性化するのに十分であり、プロドメインはcaspase-6のin vivoでの自己活性化を抑制しますが、in vitroでは抑制しません。Caspase-6は自己活性化またはcaspase-3によって活性化されることができますが、自己活性化の方法はcaspase-3とは異なります。自己活性化の過程で、caspase-6は最初にプロドメインを失い（TETD²³で切断）、次にTEVD¹⁹³で切断され、最後にDVVD¹⁷⁹で切断されます。対照的に、caspase-3は最初にcaspase-6をDVVD¹⁷⁹で切断し、その後TETD²³およびTEVD¹⁹³で切断されて活性化されます。Caspase-6のゼイモゲン構造は、サブユニット間切断部位TEVD¹⁹³が同じ触媒ユニットの活性部位に結合していることを示しています（図2）。この切断部位の結合構造はcaspase-6に特有であり、長いサブユニット間リンカーを持つため、caspase-3およびcaspase-7のリンカーは短すぎて、切断部位を自分の活性部位のサブユニット間に配置することができません。

図2. Caspase-6ゼイモゲンの構造（Wang, X.J.; et al. 2015）

Caspase-6の活性化と調節モデル

これまでに、異なる状態または異なる阻害剤との組み合わせでのいくつかのcaspase-6構造が発表されています。これらの構造と関連する生化学的研究の分析を通じて、科学者たちはcaspase-6の活性化と調節経路を要約しました（図3）。この経路には、7つの異なる形態のcaspase-6が含まれており、そのうち6つは結晶学的手法で観察されています。7番目の構造モデルは提案された一時的中間体を表しており、小さな構造変化の後のTEVD¹⁹³結合状態を示し、分子内自己切断の準備が整っています。Caspase-6ゼイモゲンは、自己活性化またはcaspase-3媒介の活性化を通じて活性化されることができます：caspase-6の濃度が低いとき、プロドメインは自己切断を抑制し、caspase-6の発現はp53によって直接上方調節されます。caspase-6の濃度が増加すると、最初にプロドメインが除去され、その後自己活性化が開始されます。プロドメインはcaspase-6の自己活性化を抑制します。この抑制効果は、低いcaspase-6濃度でのみ有効であり、caspase-3媒介のcaspase-6活性化を抑制しません。活性部位にTEVD¹⁹³が存在すると、基質と競合してこの部位での分子間切断を防ぐことにより、caspase-6の活性化と活性を抑制します。Ser257でのリン酸化は、ゼイモゲンをTEVD¹⁹³結合状態にロックし、自己切断を防ぎますが、脱リン酸化は自己活性化を促進します。自己活性化されたまたはcaspase-3活性化された脱リン酸化caspase-6は活性であり、基質を切断することができます。しかし、この活性caspase-6は、caspase阻害剤によってさらに調節される可能性があります。

図3. Caspase-6の活性化と調節マップ（Wang, X.J.; et al. 2015）