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캐스페이스 3

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1. 개요

캐스페이스 3(Caspase 3)은 세포 자멸사 과정에서 핵심적인 역할을 하는 단백질로, 아스파르트산 잔기 이후 펩타이드 결합을 가수분해하는 기질 특이성을 갖는다. 이 단백질은 32 kDa의 전구체 형태로 생성되어 활성화 과정에서 17 kDa(p17) 및 12 kDa(p12) 소단위체로 절단되며, 이 소단위체들이 결합하여 활성형 사량체를 형성한다. 캐스페이스 3는 외인성 및 내인성 경로를 통해 활성화되며, 세포 사멸, 뇌 발달, 심근 경색 진단 등에 관여한다. 세포사멸 억제 단백질(IAP)에 의해 억제될 수 있으며, 다양한 단백질들과 상호작용한다.

2. 기질 특이성

캐스페이스는 정상적인 상황에서 기질의 테트라 펩타이드 서열을 인식하고 아스파르트산 잔기 후에 펩타이드 결합을 가수분해한다. 캐스페이스 3과 캐스페이스 7은 Asp-x-x-Asp 테트라 펩타이드 모티프를 인식하여 유사한 기질 특이성을 공유한다.[105] C 말단 Asp는 절대적으로 필요하지만 다른 세 위치의 변형은 허용될 수 있다.[106] 이러한 캐스페이스 기질 특이성은 캐스페이스 기반 억제제 및 약물 설계에 널리 사용되었다.[107]

3. 구조

캐스페이스 3(CPP32/Yama/apopain이라고도 함)은[108][109][110] 32 kDa 크기의 전구체(pro-caspase 3) 형태로 생성되며, 활성화 과정에서 17 kDa (p17) 및 12 kDa (p12) 소단위체로 절단된다. p17과 p12 소단위체는 각각 4개와 2개의 역평행 베타 시트 구조를 가지며, 이들이 결합하여 이형이량체(heterodimer)를 형성한다. 두 개의 이형이량체가 다시 결합하여 활성형 사량체(heterotetramer)를 형성하며, 이는 알파 나선으로 둘러싸인 12가닥 베타 시트 구조를 이룬다. 활성 부위는 각 이형이량체의 경계면에 위치하며, Cys-163과 His-121 잔기가 촉매 반응에 중요한 역할을 한다.[16]

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캐스페이스 3의 p12(분홍색) 및 p17(하늘색) 서브 유닛은 각각 빨간색과 파란색의 베타 병풍 구조를 가지고 있다.

4. 메커니즘

캐스페이스 3의 촉매 부위는 Cys-163의 티올기(-SH)와 His-121의 이미다졸 고리를 포함한다. His-121은 핵심 아스파르트산 잔기의 카보닐기를 안정화시키는 반면, Cys-163은 펩타이드 결합을 절단하기 위해 공격한다. Cys-163과 Gly-238은 수소 결합을 통해 기질-효소 복합체의 사면체 전이 상태를 안정화시키는 기능도 한다.[121] 시험관 내 실험(In vitro)에서 캐스페이스 3은 DEVDG(Asp-Glu-Val-Asp-Gly) 펩타이드 서열에서 두 번째 아스파르트산 잔기(D와 G 사이)의 카르복시 말단에서 절단이 일어나는 것을 선호하는 것으로 밝혀졌다.[111][121][124] 캐스페이스 3는 다른 많은 실행자(executioner) 캐스페이스보다 약간 더 염기성인 넓은 pH 범위에서 활성을 띤다. 이러한 넓은 활성 pH 범위는 캐스페이스 3가 정상 세포 및 세포 사멸 조건에서 모두 완전히 활성화됨을 나타낸다.[112]

캐스페이스 3의 활성 부위 (Cys-285는 노란색, His-237은 녹색 및 진한 파란색으로 표시). 분홍색은 p12 소단위체, 연한 파란색은 p17 소단위체이다.

5. 활성화

캐스페이스 3는 외인성 경로와 내인성 경로를 통해 세포자살에서 활성화된다.[113][114] 캐스페이스 3의 지모겐 기능은 조절되지 않으면 캐스페이스 활성이 무차별적으로 세포를 죽일 것이기 때문에 반드시 필요하다.[115] 실행자 캐스페이스로서 캐스페이스 3 지모겐은 세포사멸 신호 이벤트가 발생한 후 개시자 캐스페이스에 의해 절단될 때까지 사실상 활동이 없다.[116]


  • 외인성 경로: 세포 독성 T 세포에 의한 세포사멸을 목표로 하는 세포로 그랜자임 B를 도입하여 개시자 캐스페이스를 활성화한다.[117][118] 이 경로는 캐스페이스 3가 지배적인 역할을 하는 세포사멸 경로의 특징인 캐스페이스 신호 전달(caspase cascade)을 유발한다.[119]
  • 내인성 경로: 미토콘드리아사이토크롬 c는 캐스페이스 9, 세포사멸 활성화 인자 1 (Apaf-1) 및 ATP와 함께 작용하여 프로캐스페이스 3를 처리한다.[124][118][122] 시험관 내에서는 이들 분자들이 캐스페이스 3를 활성화하기에 충분하지만, 생체 내에서는 다른 조절 단백질이 필요하다.[122][120]

6. 억제

캐스페이스 3의 활성은 세포사멸 억제 단백질 (Inhibitor of Apoptosis Proteins, IAPs) 계열에 의해 조절된다.[121][16][65] XIAP는 개시 캐스페이스 9에 결합하여 억제하는데, 캐스페이스 9는 실행자 캐스페이스 3의 활성화에 직접 관여한다.[122][24][73] 그러나 캐스페이스 신호 전달 과정에서 캐스페이스 3는 특정 부위에서 캐스페이스 9를 절단하여 XIAP 활성을 억제함으로써 XIAP가 캐스페이스 9 활성을 억제하지 못하도록 한다.[123][26][74]

망고스틴(''Garcinia mangostana'') 추출물은 아밀로이드 베타로 처리된 인간 신경 세포에서 카스파제-3의 활성화를 억제하는 것으로 나타났다.[75]

7. 생물학적 기능

캐스페이스 3는 염색질 응축 및 DNA 단편화를 담당하는 세포사멸에서의 전형적인 역할뿐만 아니라 정상적인 발달에도 필요한 것으로 밝혀졌다.[124] 혈류에서 캐스페이스 3, 특히 p17 조각의 수치 상승은 심근 경색의 징후로 밝혀졌다.[125] 또한 캐스페이스 3가 배아 및 조혈 줄기세포 분화에 역할을 할 수 있다는 것도 밝혀지고 있다.[126]

망고스틴(`Garcinia mangostana`) 추출물은 B-아밀로이드로 처리된 인간 신경 세포에서 캐스페이스 3의 활성화를 억제하는 것으로 나타났다.[25]

8. 상호작용

Caspase-3(CPP32/Yama/apopain이라고도 함)[13][14][15]는 32 kDa 자이모겐으로부터 형성되며, 17 kDa와 12 kDa의 서브유닛으로 절단된다. 프로카스파제가 특정 잔기에서 절단되면, 활성 헤테로테트라머는 소수성 상호 작용에 의해 형성될 수 있다. p17에서 4개의 역평행 베타 시트와 p12에서 2개가 함께 모여 카스파제에 고유한 알파 나선으로 둘러싸인 전체 12 가닥 구조를 형성한다.[9][16] 헤테로다이머가 서로 머리에서 꼬리로 정렬되면, 필요한 Cys-163 및 His-121 잔기는 p17 (더 큰) 서브유닛에서 발견되지만, 활성 부위는 두 참여 서브유닛의 잔기로 형성된 분자의 각 끝에 위치한다.[16]

8. 1. 상호작용 단백질 목록

캐스페이스 3은 다음과 같은 단백질과 상호작용하는 것으로 나타났다.[27][28][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39][40][41][42][43][44][45][46][47][78][79][80][81][82][83][84][85][86][87][88][89][90][91][92][93][94][95][96][97][98]

단백질 이름설명
CASP8카스파제 8
NMT2Glycylpeptide N-tetradecanoyltransferase 2|글리실펩타이드 N-테트라데카노일트랜스퍼레이스 2영어
CFLARCFLAR영어
DCCDeleted in Colorectal Cancer|대장암에서 삭제된 유전자영어
GroELGroEL영어
HCLS1HCLS1영어
서바이빈서바이빈
TRAF3TRAF3영어
XIAPXIAP
NFE2L2NFE2L2영어


참조

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