• Для активации эффекторных каспаз необходимым и достаточным является их расщепление по специфическим сайтам
• Это расщепление обычно происходит с участием инициаторных каспаз
• В активации инициаторных каспаз участвуют адаптерные белки, содержащие домены, называемые складками смерти, и способные взаимодействовать с другими белками
Эффекторные каспазы млекопитающих, каспазы-3 и -7, а также еще одна каспаза-6 присутствуют в клетках в форме зимогенов, представляющих собой неактивные димеры. Активация эффекторных каспаз происходит при расщеплении зимогенов по специфическим сайтам, содержащим остатки аспартата. Между этими сайтами находится большая субъединица (содержащая димер цистеин-гистидин, являющаяся активным сайтом), и малая субъединица (содержащая область, определяющую специфичность фермента) зрелой, активной каспазы. При расщеплении зимогена каталитический димер цистеин-гистидин, необходимый для протеазной активности, сближается с областью, которая временно связывает субстрат.
Остаток аргинина, помеченный буквой «R» на рисунке ниже, необходим для связывания с аспартатом в субстрате и для осуществления протеолитического расщепления. Таким образом, расщепление эффекторной каспазы позволяет сформировать активный сайт в зрелом, активном ферменте.
Одна из протеаз, способных к активирующему расщеплению эффекторных каспаз, называется гранзим В. Она находится в гранулах цитотоксических лимфоцитов (цитотоксических Т-клеток и природных киллеров). При атаке клетки-мишени (например, клеток инфецированных вирусом) цитотоксическими лимфоцитами гранзим В высвобождается в ее цитоплазму.
Гранзим В может непосредственно активировать эффекторную каспазу и вызывать апоптоз в клетке-мишени. Однако такой путь не является единственным при индукции апоптоза с участием этой протеазы.
Аналогичным образом, при расщеплении активными каспазами-3 и -7. При апоптозе активируется каспаза-6. Это пока оставляет проблему, каким образом обычно активируются каспазы-3 и -7. В большинстве случаев апоптоза расщепление этих эффекторных каспаз происходит под действием еще одного набора протеаз, «инициаторных» каспаз. Активация эффекторных каспаз под действием инициаторных каспаз определяет характер различных путей апоптоза и координирует их.
В отличие от эффекторных, инициаторные каспазы (каспазы-2, -8, -9, и -10 у млекопитающих) находятся в клетках в форме неактивных мономеров. При расщеплении этих мономеров активные сайты в протеазах не формируются. Вместо этого активация инициаторных каспаз происходит при объединении двух мономеров в димер, в котором затем формируются активные сайты.
Когда димер образовался, последующее расщепление по сайтам, содержащим остатки аспартата, вызывает его стабилизацию. Такой механизм активации за счет димеризации называется индуцированное сближение.
Инициаторные каспазы содержат большие продомены, в которых присутствуют последовательности, характерные для белок-белковых взаимодействий. Они включают домен мобилизации каспаз (CARD), эффекторный домен смерти (DED) и пириновый домен (PYR). (Последний отсутствует в продомене инициаторных каспаз млекопитающих, но обнаружен в одной инициаторной каспазе рыб, а также в других белках.)
Все вместе они называются «складки смерти» и структурно близки друг к другу. Продомен специфической инициаторной каспазы взаимодействует со специфической адаптерной молекулой. Это определяет характер пути апоптоза. Обычно взаимодействие происходит с подобным доменом (например, CARD-CARD, DED-DED). Подробно исследованы два таких пути апоптоза: через рецепторы клеточной гибели и по митохондриальному пути.
На двух верхних рисунках представлена структура каспазы-7 до (слева) и после (справа) расщепления, приводящего к активации фермента.
С (цистеин) и Н (гистидин) локализованы в области каталитического центра и R (аргинин) локализован в сайте, ответственном за специфичность,
где происходит связывание аспартата молекулы субстрата. Отметим, что после расщепления R занимает новое положение, ближе к цистеину и гистидину.
Внизу представлены кадры мультипликации, иллюстрирующие процесс активации эффекторной каспазы.
Показано, каким образом расщепление приводит к образованию активных протеазных сайтов.
Активация инициаторных каспаз происходит при связывании с ними адаптерных молекул,
которое приводит к образованию димеров («индуцированная близость»), позволяющих образоваться активным протеазным сайтам.
Теперь активная инициаторная каспаза способна расщеплять и активировать эффекторные каспазы.
Эффекторный домен клеточной гибели (DED), домен мобилизации каспаз (CARD),
домен смерти (DD), и пириновый домен (не показан) обладают похожими структурами.
Все эти домены обозначают общим термином «складки смерти».
Складки смерти функционируют в белках в виде областей белок-белковых взаимодействий и склонны взаимодействовать с близкими по структуре областями других молекул.
