カスパーゼ7

関連する読書

はじめに

食物の消化から高度に調節されたカスケード反応まで、すべての生理的反応はプロテアーゼの参加を必要とします。アポトーシスは胚発生中のデフォルトのプログラムされた細胞死のモードであり、成人生物の恒常性を維持するためにも不可欠です。カスパーゼは、アスパラギン酸特異的システインプロテアーゼの進化的に保存されたファミリーであり、アポトーシスメカニズムの核心要素です。これらのプロテアーゼはすべて、触媒ドメインの前に可変長のN末端プロドメインを持つ潜在的なゼイモゲンの形で存在します。カスパーゼは通常、二段階のカスケードでシグナルを送ります（図1）：大きなプロドメインを持つ「イニシエーターカスパーゼ」（カスパーゼ-1、-8、-9など）が大きなタンパク質複合体にリクルートされ、その後自己活性化が起こります。活性化されたイニシエーターカスパーゼは、その短い抑制的プロドメインから「エクゼキューショナーカスパーゼ」を放出し、多くの細胞基質を切断できるようにします。カスパーゼ-3および-6とともに、カスパーゼ-7はエクゼキューショナーカスパーゼのサブグループに属します。これは元々ICE-LAP3、Mch3、CMH-1として3つの異なるグループによってクローニングされ、後にカスパーゼ-7と改名されました。長い間、このプロテアーゼはカスパーゼ-3と機能的に冗長であると考えられていましたが、多くの生化学的研究とカスパーゼ-7欠損マウスに関する最新の研究は、アポトーシスと炎症において独自かつ重要な役割を果たし、癌および炎症治療の新しいターゲットとしての可能性を持つことを示しています。

図1. カスパーゼ活性化メカニズムの概要 (Lamkanfi, M.; Kanneganti, T.D. 2010)

カスパーゼ-7の構造

プロカスパーゼ-7の結晶構造と、活性酵素の自由および阻害剤結合型の結晶構造が解明されたため、カスパーゼ-7の活性化メカニズムの三次元構造が詳細に記述されています。プロカスパーゼ-7は303アミノ酸からなるタンパク質で、前組み立てられたホモ二量体として細胞質に存在します。構造的には、ホモ二量体は中央に12本のβシートがあり、その周りに10本のαヘリックスがあります。

図2. プロカスパーゼ-7と活性カスパーゼ-7ホモ二量体の模式図 (Lamkanfi, M.; Kanneganti, T.D. 2010)

この「オープンα/βバレルフォールド」構造は、各々が活性部位を含む2つの同一に配置された酵素ユニットで構成されています。各酵素ユニットは、20 kDaおよび11 kDaの大きな触媒サブユニットと小さな触媒サブユニットからなり、カスパーゼ-7ゼイモゲン内のリンカー配列によって接続されています。リンカー領域は活性部位の秩序を妨げるため、イニシエーターカスパーゼによってそれを除去することがカスパーゼ-7の活性化の前提条件であり、これはそれぞれAsp198とSer199、Asp206とAla207の間のペプチド結合の切断によって達成されます。リンカーが除去された後、ループL2、L3、L4は空間的再編成を経て活性部位と基質結合ポケットを形成します。リンカー領域とは異なり、N末端プロペプチドはプロカスパーゼ-7のin vitroでの活性化に影響を与えません。しかしながら、プロドメインは細胞内のカスパーゼ-7の酵素活性に対して負の影響を持ちますが、そのメカニズムは明らかではありません。

図3. プロカスパーゼ-7の三次元構造 (Lamkanfi, M.; Kanneganti, T.D. 2010)

カスパーゼ-7の生物学的機能

死のシグナルは受容体のクラスターを通じて細胞質に伝達され、カスパーゼ-8および-10の活性化を引き起こします。一方、化学療法薬や紫外線はDNA損傷を引き起こし、ミトコンドリアのシトクロムcを細胞質に放出させます。後者はアダプタタンパク質Apaf-1に結合してアポトソームを形成します。この大きなタンパク質複合体はカスパーゼ-9を活性化します。一度活性化されると、カスパーゼ-8、-9、-10はエクゼキューショナーカスパーゼ-3および-7を処理します。成熟したカスパーゼ-3および-7は多くの基質を切断する能力を持ち、最終的にはアポトーシスの特徴的な形態と生化学的特徴、例えばホスファチジルセリンの露出を引き起こします。アポトーシス中に活性化されるだけでなく、カスパーゼ-7のプロテオリティック成熟は炎症条件下でも観察されます。興味深いことに、リポポリサッカライドとATPで刺激されたマクロファージや、グラム陰性病原体Legionella pneumophilaおよびSalmonella typhymuriumに感染したマクロファージでは、カスパーゼ-7の活性化には「インフラマソーム」と呼ばれるカスパーゼ-1複合体が必要です。そして、多くの生化学的研究は、カスパーゼ-7がカスパーゼ-1の直接基質であることを示しています。過剰な細胞死や炎症が病気を引き起こす場合、カスパーゼ-7の活性化を妨げることが有益である可能性があります。カスパーゼ-7のもう一つの潜在的な応用は、敗血症におけるリンパ球の細胞死を防ぐことです。研究により、caspase-7遺伝子の一塩基多型（SNP）がインスリン依存性糖尿病および関節リウマチとも密接に関連していることが示されています。