カスパーゼは、プログラム細胞死またはアポトーシスのエフェクタータンパク質のルートです。それらは、その名前が由来する、高度に保存されたシステイン依存性およびアスパラギン酸特異的プロテアーゼのファミリーに属しています。
彼らは、それらの構造にアスパラギン酸残基を有するタンパク質基質を切断するための触媒求核試薬として、それらの活性部位にシステイン残基を採用しており、この機能はアポトーシスプログラムの実行に重要です。
カスパーゼ3の構造（出典：ジャワハールスワミナタンおよびWikimedia Commonsを介したEuropean Bioinformatics InstituteのMSDスタッフ）
アポトーシスは、恒常性と組織の完全性の維持に重要な役割を果たすため、多細胞生物では非常に重要なイベントです。
アポトーシスにおけるカスパーゼの役割は、恒常性と修復の重要なプロセスだけでなく、死にかけている細胞の秩序だった体系的な解体をもたらす構造成分の切断にも貢献しています。
これらの酵素は、C。elegansで最初に説明され、その後、関連する遺伝子が哺乳類で発見されました。その機能は、さまざまな遺伝的および生化学的アプローチを通じて確立されました。
構造
各アクティブカスパーゼは、2つの前駆体チモーゲンプロカスパーゼの処理と自己会合に由来します。これらの前駆体は、「休止」触媒活性と32〜55 kDaの範囲の分子量を持つ3成分分子です。
3つの領域は、p20（17-21 kDaの大きな内部中央ドメイン、および触媒サブユニットの活性部位を含む）、p10（10-13 kDaのC末端ドメイン、小さい触媒サブユニットとしても知られる）およびDDドメインとして知られています。 （N末端に位置するデスドメイン、3-24 kDa）。
一部のプロカスパーゼでは、p20ドメインとp10ドメインが小さな間隔のシーケンスで区切られています。N末端の死亡またはDDのプロドメインには、アポトーシスシグナルの伝達に関与するスーパーファミリーの構造モチーフを構成する80〜100個の残基があります。
次に、DDドメインは2つのサブドメインに分かれています。エフェクター死ドメイン（DED）とカスパーゼ募集ドメイン（CARD）は、相互作用する6-7の逆平行α-両親媒性ヘリックスで構成されています。静電的相互作用または疎水性相互作用による他のタンパク質。
カスパーゼは、構造の全体的な確立と、チモーゲンのアセンブリおよび処理中のリガンドとの相互作用、および他の調節タンパク質との相互作用に関与する多くの保存された残基を持っています。
プロカスパーゼ8と10は、プロドメイン内にタンデムに配置された2つのDEDドメインを持っています。プロカスパーゼ1、2、4、5、9、11、および12はCARDドメインを所有しています。両方のドメインは、死または炎症を誘発する複合体への開始カスパーゼの動員を担っています。
アクティベーション
各プロカスパーゼは、特定のシグナルに応答し、特定のアスパラギン酸残基での選択的なタンパク質分解処理によって活性化されます。処理は、アポトーシスプロセスを開始するホモダイマープロテアーゼの形成で終了します。
イニシエーターのカスパーゼは二量体化によって活性化されますが、エフェクターのカスパーゼはドメイン間の切断によって活性化されます。カスパーゼの活性化には2つの経路があります。外因性と内因性。
外因性経路または死受容体媒介経路は、プロカスパーゼ-8および10の活性化複合体としての死シグナル伝達複合体の関与を意味します。
内因性経路またはミトコンドリア媒介経路は、アポトーシスをプロカスパーゼ-9の活性化因子複合体として使用します。
タイプ
哺乳類には、同じ遺伝子ファミリーに由来する約15種類のカスパーゼがあります。このスーパーファミリーには、プロドメインの位置とその機能に応じて分類される他のサブファミリーが含まれます。
通常、カスパーゼの3つのサブクラスが哺乳類で知られています。
1炎症性またはグループIカスパーゼ：サイトカインの成熟に基本的な役割を持つ大きなプロドメイン（カスパーゼ1、カスパーゼ4、カスパーゼ5、カスパーゼ12、カスパーゼ13、カスパーゼ14）を持つカスパーゼそして炎症反応で。
2アポトーシス開始またはグループIIカスパーゼ：DEDドメイン（カスパーゼ8およびカスパーゼ10）またはカスパーゼ補充ドメイン（カスパーゼ2）のいずれかを含む長いプロドメイン（90アミノ酸以上）があります。およびカスパーゼ-9）
3-EffectorカスパーゼまたはグループIII：それらは短いプロドメイン（20-30アミノ酸）を持っています。
特徴
個々のカスパーゼの機能のほとんどは、遺伝子サイレンシング実験や変異体の取得によって解明されており、それぞれに特定の機能が確立されています。
アポトーシス機能
カスパーゼに依存しないアポトーシス経路がありますが、これらの酵素はプログラムされた細胞死イベントの多くにとって重要であり、多細胞生物のほとんどのシステムの正しい発達に必要です。
アポトーシスのプロセスでは、開始カスパーゼはカスパーゼ-2、-8、-9、-10ですが、エフェクターカスパーゼの中には、カスパーゼ-3、-6、-7があります。
その特定の細胞内標的には、核ラミナおよび細胞骨格タンパク質が含まれ、その切断により細胞死が促進されます。
非アポトーシス機能
カスパーゼは、細胞でアポトーシスの役割を果たすだけではありません。これらの酵素のいくつかの活性化は、細胞死プロセスがない場合に示されているためです。その非アポトーシスの役割には、タンパク質分解および非タンパク質分解機能が含まれます。
それらは細胞の解体を避けるために酵素のタンパク質分解処理に参加します。そのターゲットには、サイトカイン、キナーゼ、転写因子、ポリメラーゼなどのタンパク質が含まれます。
これらの機能は、プロカスパーゼまたはそのタンパク質分解ターゲットの翻訳後処理、細胞コンパートメント間の酵素の空間的分離、または他の上流エフェクタータンパク質による調節のおかげで可能になります。
免疫機能
一部のカスパーゼは、免疫系の重要な要素の処理に関与しています。たとえば、プロインターロイキン-1βを処理して成熟IL-1βを形成し、炎症反応の主要なメディエーターです。
カスパーゼ-1はまた、炎症反応や自然免疫反応に関与するIL-18やIL-33などの他のインターロイキンの処理にも関与しています。
細胞増殖中
多くの点で、カスパーゼは細胞増殖、特にリンパ球や免疫系の他の細胞に関与しており、カスパーゼ-8は最も重要な酵素の1つです。
カスパーゼ3はまた、細胞周期誘導の進行に寄与するサイクリン依存性キナーゼ（CDK）阻害剤p27を処理できるため、細胞周期調節に機能を持っているようです。
その他の機能
一部のカスパーゼは、細胞分裂の進行、特に不完全なアポトーシスのプロセスと見なされることがある分裂終了状態に入る細胞の進行に参加します。
カスパーゼ3は筋肉細胞の適切な分化に重要であり、他のカスパーゼも骨髄、単球、赤血球の分化に関与しています。
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