CTSH

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要旨

カテプシンH（EC 3.4.22.16）は、他のリソソーム性システインプロテアーゼと同様に、細胞内タンパク質分解に関与する。乳癌および悪性黒色腫などの疾患状態において、カテプシンHまたはカテプシンH様酵素のレベルが上昇することを示すエビデンスが増加している。ムコリピドーシスIIでは、他のカテプシンの活性低下とともにカテプシンH活性も低下する。システインプロテアーゼはリソソーム酵素にとどまらず、リソソーム外の多様なプロセスにも関与する。例えば、ヒト悪性黒色腫細胞株の細胞に見出されるカテプシンH様酵素は、フィブリノゲンおよびフィブロネクチンを分解し、他のプロテアーゼとともに細胞外マトリックス成分の破壊に関与し得る。その結果、がんの増殖、遊走および転移に寄与する可能性がある。

成熟カテプシンHは、N末端側のヘビーチェーン、C末端側のライトチェーン、およびミニチェーンと呼ばれるオクタペプチドから構成される。ヘビーチェーンとライトチェーンの間での酵素切断は部分的であり、切断型と未切断型の比率は種および臓器により異なるが、一般に三本鎖型よりも二本鎖型が多量に存在する。配列相同性解析により、カテプシンHはパパイン様システインプロテアーゼ・スーパーファミリーに属することが示されており、このスーパーファミリーには哺乳類リソソーム性カテプシンB、L、S、K、Nならびに植物酵素パパイン、アクチニジン、アリュレイン、オリザインが含まれる。

カテプシンHは、ステフィン、シスタチンおよびキニノーゲンにより阻害される。カテプシンHはカテプシンBより強く相互作用するが、エンドペプチダーゼであるパパインおよびカテプシンLほど強力ではない。例外として、ステフィンBは、エンドペプチダーゼよりもカテプシンHに対して強力な阻害作用を示す。カテプシンB、L、S、Kとは対照的に、カテプシンHはE-64由来の不可逆的エポキシスクシニル基含有阻害剤によっても阻害が緩徐である。カテプシンH、B、Cは、パパイン様リソソーム性システインエキソペプチダーゼとして知られる唯一の酵素である。カテプシンHはポリペプチド鎖のN末端残基を1残基切断するアミノペプチダーゼであり、カテプシンCはアミノジペプチダーゼ、カテプシンBはカルボキシジペプチダーゼである。

全体構造

本構造解析により、ウシカテプシンHにおけるジスルフィド結合パターンが確認され、Cys205とミニチェーンのCys80Pの間に形成される結合も含まれていた。3本のジスルフィド結合（Cys22-Cys63、Cys56-Cys95、Cys154-Cys200）は、アクチニジンにおけるものとトポロジー的に等価である。カテプシンHは32 × 26.5 × 24 Åの寸法を有する楕円体分子である。フォールディングはパパイン・スーパーファミリーの典型的な様式であり、右（R）ドメインおよび左（L）ドメインからなる酵素本体と、Rドメインに結合したオクタペプチドを含む。Lドメインの主要な二次構造はαヘリックスである一方、Rドメインはβバレルである。両ドメインの接触界面は、水素結合および疎水性相互作用により安定化されている。カテプシンHのCα原子をパパイン、アクチニジンおよびカテプシンBのCα原子に重ね合わせたところ、カテプシンHの180残基はアクチニジンとトポロジー的に等価であり、パパインとは173残基、ヒトカテプシンBとは156残基が等価であった。カテプシンHは構造的にアクチニジンに最も類似しており、主な差異はループ領域における挿入および欠失である。成熟ブタカテプシンHには、酵素本体のAsn112およびミニチェーンのAsn79PにN結合型糖鎖付加部位が存在する。Asn79P側鎖は糖鎖修飾されているが、観測された電子密度マップは糖環を同定できるほど明瞭ではない。

図1. カテプシンHの全体構造（Guncar, G.; et al. 1998）

パパイン様システインプロテアーゼの活性部位クレフトは分子上部を横切っている。クレフトは端部で広く、中部で狭くなっており、そこに触媒残基であるCys25、His159およびGln19が位置する。カテプシンH構造では、クレフト前方は左側の糖鎖残基および中央のミニチェーンにより占有されている一方、後方部分は占有されておらず、基質結合に利用可能である。

図2. 活性部位クレフトにおけるミニチェーン結合のステレオ図（Guncar, G.; et al. 1998）