Каспазы: образование и биологическая роль.

Оба пути активации апоптоза запускают каскад основных ферментов апоптоза — каспаз, принадлежащих к группе цистеиновых протеаз. На данный момент у человека описано 11 каспаз: 7 каспаз вовлечено в апоптоз, 3 — в активацию провоспалительных цитокинов и одна участвует в дифференцировке кератиноцитов.

В процессе апоптоза различные каспазы выполняют разные функции. В зависимости от того, на каком этапе эти белки вступают в каскад апоптоза, выделяют инициаторные и эффекторные каспазы. К инициаторным относят каспазы 8,9, 10 к эффекторным — каспазы 3, 7.

Механизм запуска неактивной каспазы можно рассмотреть на примере каспазы-8. В настоящее время предложен механизм созревания каспазы, представленный на рис. 6-2. При распознавании рецептором, запускающим апоптоз, своего лиганда внутриклеточный домен рецептора взаимодействует с адапторным белком FADD. Комплекс, образуемый при данном взаимодействии, получил название DISC (Death-Inducing Signalling Complex). Одна из молекул прокаспазы-8 связывается с комплексом DISC, что приводит к изменению конформации прокаспазы и ее взаимодействию с другой молекулой неактивной каспазы-8. Только димеризованная молекула каспазы-8 активируется и расщепляет прокаспазу-3. В отличие от инициаторных касапаз, механизмом активации которых служит димеризация, для активации эффекторной каспазы-3 необходимо ее протеолитическое расщепление. В активации каспазы-3 могут участвовать и другие инициаторные каспазы - 9 и 10.

Каспаза-3 специфически активирует эндонуклеазу CAD. В пролиферирующих клетках эта эндонуклеаза сопряжена с ее ингибитором — ICAD (англ. Inhibitor of Caspase Activated DNAse). В апоптотических клетках активная каспаза-3 разрезает ингибитор фермента, что высвобождает эндонуклеазу CAD. Активность фермента приводит к деградации хромосомальной ДНК, вызывая конденсацию хроматина.

Активация эндонуклеаз не единственная функция каспазы-3. Ферментативная активность каспазы приводит к реорганизации цитоскелета и преобразованию клетки в апоптотические тельца.

Все вышеописанные пути апоптоза обусловливают определенные, характерные для всех механизмов биохимические изменения. Каспазы обладают протеолитической активностью и способны расщеплять белки по остаткам аспарагиновой кислоты. Вследствие этой функции каспаз в клетке возникает одно из проявлений апоптоза — массивное разрушение белка. Другой признак апоптоза — активное перекрестное связывание пептидов. Это происходит из-за экспрессии и активации тканевой трансглутаминазы.

Деградацию ДНК осуществляют Са2+- и Mg2+-зависимые эндонуклеазы. В результате вся ДНК клетки распадается на фрагменты размером в 180-200 пар нуклеотидов. Важное биохимическое явление в процессе апоптоза — появление на поверхности апоптотической клетки маркеров, необходимых для ее фагоцитоза. Достигается это за счет перемещения молекул фосфатидилсерина на внешнюю поверхность клеточной мембраны. Фосфатидилсерин — один из основных лигандов для распознавания клетки-мишени фагоцитами. Однако не только фосфатидилсерин презентируется на поверхности клеточной мембраны. Также в течение апоптоза на поверхности клетки появляются такие белки, как аннексии V и калретикулин. Аннексии V — белок, связывающий фосфатидилсерин. Его часто используют как маркер апоптоза. Часто на мембране апоптотирующей клетки экспрессируется и адгезивный гликопротеин — тромбоспондин-1.