CTSH

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要約

カテプシンH（EC 3.4.22.16）は、他のリソソームシステインプロテアーゼと同様に、細胞内のタンパク質分解に関与しています。カテプシンHまたはカテプシンH様酵素のレベルが、乳癌やメラノーマなどの病状で増加しているという証拠が増えています。カテプシンHの活性は、他のカテプシンとともにムコリピドーシスIIで低下します。システインプロテアーゼはリソソーム酵素だけでなく、リソソーム外の多くのプロセスにも関与しています。例えば、ヒトメラノーマ細胞株の細胞に見られるカテプシンH様酵素は、フィブリノーゲンや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、癌の増殖、移動、転移を引き起こす可能性があります。

成熟したカテプシンHは、N末端の重鎖、C末端の軽鎖、およびミニチェーンと呼ばれるオクタペプチドで構成されています。酵素の重鎖と軽鎖の間の切断は部分的であり、切断された形と未切断の形の比率は種や臓器によって異なりますが、一般的に二本鎖の形が三本鎖の形よりも多く存在します。配列の相同性は、カテプシンHが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し、哺乳類のリソソームカテプシンB、L、S、K、Nや植物酵素のパパイン、アクチニジン、アレウレイン、オリザインを含むことを示しています。

カテプシンHは、ステフィン、シスタチン、およびキニノゲンによって阻害されます。カテプシンHはカテプシンBよりも強く相互作用しますが、エンドペプチダーゼであるパパインやカテプシンLほど強力ではありません。例外はステフィンBで、これはエンドペプチダーゼよりもカテプシンHのより強力な阻害剤です。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シニルベースの阻害剤によってのみゆっくりと阻害されます。カテプシンH、B、Cは、知られている唯一のパパイン様リソソームシステインエキソペプチダーゼです。カテプシンHはポリペプチド鎖から単一のN末端残基を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す。

全体構造

構造は、ウシカテプシンHにおけるジスルフィドブリッジのパターンを確認しました。これには、Cys205とミニチェーンのCys80Pの間に形成されたものが含まれます。三つのジスルフィドブリッジ、Cys22-Cys63、Cys56-Cys95、およびCys154-Cys200は、アクチニジンのものとトポロジー的に同等です。カテプシンHは、32 × 26.5 × 24 Åの寸法を持つ楕円体分子です。その折りたたみは、パパインスーパーファミリーのメンバーに典型的です。この構造には、右（R-）および左（L-）ドメインからなる酵素の本体と、Rドメインに結合したオクタペプチドが含まれています。Lドメインの主な二次構造はαヘリックスであり、Rドメインはβバレルです。これら二つのドメインの接触インターフェースは、水素結合と疎水性接触によって安定化されています。カテプシンHのCα原子をパパイン、アクチニジン、カテプシンBのCα原子に重ね合わせると、カテプシンHとアクチニジンの180のアミノ酸残基がトポロジー的に同等であり、パパインとは173、ヒトカテプシンBとは156であることが示されました。カテプシンHはアクチニジンに最も構造的に類似しており、主にループ領域の挿入と欠失によって異なります。成熟した豚カテプシンHは、酵素本体のAsn112およびミニチェーンのAsn79PにN-グリコシル化部位を持っています。Asn79P側鎖はグリコシル化されていますが、観察された電子密度マップは糖環を特定するには十分に明確ではありません。

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の裂け目は、分子の上部を横切っています。裂け目は端で広く、中間部で狭く、触媒残基であるCys25、His159、およびGln19が位置しています。カテプシンHの構造では、裂け目の前面は左側に炭水化物残基、中央にミニチェーンで満たされており、後部は空いているため基質結合のために自由です。

図2. 活性部位の裂け目におけるミニチェーン結合の立体視 (Guncar, G.; et al. 1998)