カスパーゼ9

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はじめに

哺乳類には、受容体誘導経路とミトコンドリアストレス誘導経路という2つの最もよく知られたアポトーシス経路があり、それぞれ外因性経路と内因性経路とも呼ばれています。これら2つのアポトーシス経路はカスパーゼカスケードを使用します。アポトーシス経路は、カスパーゼとして知られる実行酵素プロテアーゼによって細胞構造の解体を実現します。カスパーゼは通常、アポトーシス信号伝達における位置に応じて、イニシエーターカスパーゼとエフェクターカスパーゼに分けられます。プロカスパーゼは、活性化されると細胞死を促進する単鎖不活性ゼイモゲンとして最初に合成されます。プロカスパーゼ-9はモノマーとして存在し、内因性アポトーシス経路のイニシエーターカスパーゼとして機能します。カスパーゼ-9は、カスパーゼ活性化ドメイン（CARD）モチーフを含む長いプロドメインを持ち、これを通じてカスパーゼ-9が活性化され、細胞をアポトーシス小体に分解します。その重要な機能により、死の信号を最初のプロテオリティックイベントに変換し、致死的な実行酵素プロテアーゼの活性化を直接仲介することができます。特にカスパーゼ-9の制御を通じて上流イベントを操作することは、増殖性および変性疾患に対する有望な治療ターゲットとなります。 

カスパーゼ-9の構造と活性化

カスパーゼ-9の長いプロドメインのN末端にあるCARDモチーフは、Apaf-1のCARDに選択的に結合できます。これに続いて、プロドメインと大サブユニットおよび小サブユニットで構成される触媒ドメインを接続するリンカーループがあります（図1B）。サブユニット間の長いリンカーループは可動性があり、切断されることなく活性部位にアクセスできると考えられています。カスパーゼ-9の二量体化は、迅速な自己触媒切断を引き起こし、カスパーゼ-9（p35/p12）を生成します。

カスパーゼ-9の活性化には2つの仮説が提案されています。一つは「誘導されたコンフォメーションモデル」で、これはApaf-1アポトソームが結合することによってカスパーゼ-9のコンフォメーションを変化させ、カスパーゼ-9の活性化に必要であることを意味します。カスパーゼ-9とApaf-1のCARDドメイン間の1:1複合体の結晶構造は、カスパーゼ-9の活性化に不可欠な相補的インターフェースを示しています。もう一つの仮説は「誘導された近接モデル」で、これはアポトソームがカスパーゼ-9の二量体化のためのプラットフォームを提供することを仮定しています。カスパーゼ-9は触媒活性を維持するためにアポトソームへの結合を維持する必要があります。最近の研究では、プロカスパーゼ-9が切断された形態と比較してアポトソームに対してより親和性が高いことが示されています。さらに、プロカスパーゼ-9の自己処理の目的はカスパーゼ-9を活性化することではなく、アポトソーム活性の持続時間を刺激するための分子タイマーを開始することです。これらの新しい発見は矛盾しており、ある程度論争の的ですが、カスパーゼ-9の活性化と活性を制御するメカニズムに関する私たちの認識の発展を促進します。

図1. ヒトカスパーゼ-9の予測アミノ酸構造 (Li, P.; et al. 2000)

誘導可能なカスパーゼ-9自殺遺伝子とその応用

誘導可能なカスパーゼ-9（iCasp9）は、適切な活性化なしにCAR T細胞を排除するメカニズムを提供し、臨床試験によって新しい自殺遺伝子であることが証明されています。最適化されたiCasp9分子は、短いSer-Gly-Gly-Gly-Serリンカーを介して生理的CARDを持たないカスパーゼ-9であるΔCaspase9にリンクされた薬物結合ドメインFK506-F36Vに基づいています。AP1903またはAP20187は、化学的二量体化誘導剤（CID）として機能し、iCasp9に結合してΔCaspase9の二量体化を活性化し、下流のカスパーゼカスケードを活性化してアポトーシスを引き起こします。iCasp9の安全スイッチは、ハプロ同種造血幹細胞移植（haplo-HSCT）で臨床的に検証されています。このシステムの前臨床研究では、重症複合免疫不全（SCID）マウス-ヒト異種移植モデルが研究され、CIDの投与量が3日以内に循環するヒトGFP + T細胞の99%以上を殺すことが示されました。ある研究は、このiCasp9ベースの条件付き安全スイッチがマウスモデルでT細胞を迅速に除去し、進行中の自己免疫攻撃を防ぐことができることを強く支持しています。臨床試験では、幹細胞移植を受けた再発急性白血病の5人の受取人がiCasp9を発現するドナーT細胞の注入で治療されました。移植片対宿主病（GVHD）のある4人の患者では、iCasp9自殺スイッチが90%以上の工学的T細胞を除去し、CIDの単回投与後30分以内に再発しませんでした。長期フォローアップ（3.5年）では、iC9-T細胞注入とCIDの投与が、ハプロ-HSCT後に患者が免疫系を再構築するのを効果的に助け、病原体感染を防ぐことが示されました。一般的に、iCasp9自殺遺伝子技術は、CAR T細胞技術の安全性を向上させ、その臨床応用を拡大する上で重要な利点を示しています。    

図2. 活性化されたiCasp9によって引き起こされた導入細胞のアポトーシス (Li, P.; et al. 2000)