Caspasa-9 - Caspase-9
La caspasa-9 es una enzima que en los seres humanos está codificada por el gen CASP9 . Es una caspasa iniciadora , fundamental para la vía apoptótica que se encuentra en muchos tejidos. Se han identificado homólogos de caspasa-9 en todos los mamíferos para los que se sabe que existen, como Mus musculus y Pan troglodytes .
La caspasa-9 pertenece a una familia de caspasas, proteasas cisteína-aspárticas implicadas en la apoptosis y la señalización de citoquinas . Señales apoptóticas causar la liberación de citocromo c de la mitocondria y la activación de Apaf-1 ( apoptosome ), que después escinde el pro-enzima de la caspasa-9 en la forma de dímero activo. La regulación de esta enzima ocurre a través de la fosforilación por un inhibidor alostérico , inhibiendo la dimerización e induciendo un cambio conformacional .
Se requiere una función de caspasa-9 correcta para la apoptosis, lo que conduce al desarrollo normal del sistema nervioso central . La caspasa-9 tiene múltiples funciones celulares adicionales que son independientes de su papel en la apoptosis. Las funciones no apoptóticas de la caspasa-9 incluyen la regulación de la necroptosis , la diferenciación celular , la respuesta inmune innata , la maduración de las neuronas sensoriales, la homeostasis mitocondrial , la organización del circuito corticoespinal y la lesión vascular isquémica . Sin una función correcta, puede producirse un desarrollo de tejido anormal que conduzca a una función anormal, enfermedades y muerte prematura. Las mutaciones con pérdida de función de caspasa-9 se han asociado con inmunodeficiencia / linfoproliferación , defectos del tubo neural y síndrome similar a Li-Fraumeni . El aumento de la actividad de la caspasa-9 está implicado en la progresión de la esclerosis lateral amiotrófica , el desprendimiento de retina y el síndrome de canal lento, así como en varios otros trastornos neurológicos , autoinmunitarios y cardiovasculares .
Se producen diferentes isoformas proteicas de caspasa-9 debido al corte y empalme alternativo .
Estructura
Al igual que otras caspasas, la caspasa-9 tiene tres dominios: prodominio N-terminal, subunidad grande y subunidad pequeña. El prodominio N-terminal también se denomina prodominio largo y contiene el motivo del dominio de activación de caspasa ( CARD ) . El dominio pro está unido al dominio catalítico mediante un bucle enlazador.
El monómero de caspasa-9 consta de una subunidad grande y una pequeña, y ambas comprenden el dominio catalítico . A diferencia del motivo QACRG del sitio activo normalmente conservado en otras caspasas, la caspasa-9 tiene el motivo QACGG.
Cuando se dimeriza, la caspasa-9 tiene dos conformaciones de sitios activos diferentes dentro de cada dímero . Un sitio se parece mucho al sitio catalítico de otras caspasas, mientras que el segundo no tiene "bucle de activación", lo que interrumpe la maquinaria catalítica en ese sitio activo en particular. Los bucles de superficie alrededor del sitio activo son cortos, lo que da lugar a una amplia especificidad de sustrato a medida que la hendidura de unión al sustrato está más abierta. Dentro del sitio activo de la caspasa-9, para que ocurra la actividad catalítica tiene que haber aminoácidos específicos en la posición correcta. El aminoácido Asp en la posición P1 es esencial, con preferencia por el aminoácido His en la posición P2.
Localización
Dentro de la célula, la caspasa-9 en humanos se encuentra en la mitocondria, el citosol y el núcleo.
Expresión de proteínas
La caspasa-9 en humanos se expresa en tejidos de fetos y adultos. La expresión tisular de la caspasa-9 es ubicua con la expresión más alta en el cerebro y el corazón, específicamente en la etapa de desarrollo de un adulto en las células del músculo cardíaco. El hígado, el páncreas y el músculo esquelético expresan esta enzima en un nivel moderado y todos los demás tejidos expresan caspasa-9 en niveles bajos.
Mecanismo
La caspasa-9 activa funciona como una caspasa iniciadora mediante la escisión, activando así las caspasas verdugo aguas abajo, iniciando la apoptosis. Una vez activada, la caspasa-9 pasa a escindir la caspasa-3, -6 y -7, iniciando la cascada de caspasa a medida que escinden varios otros objetivos celulares.
Cuando la caspasa-9 está inactiva, existe en el citosol como un zimógeno , en su forma monomérica. Luego es reclutado y activado por las CARD en apaf-1, reconociendo las CARD en caspasa-9.
Procesando
Antes de que pueda ocurrir la activación, la caspasa-9 debe procesarse. Inicialmente, la caspasa-9 se produce como un zimógeno monocatenario inactivo. El procesamiento ocurre cuando el apoptosoma se une a la pro-caspasa-9, ya que apaf-1 ayuda en el procesamiento autoproteolítico del cimógeno. La caspasa-9 procesada permanece unida al complejo de apoptosoma, formando una holoenzima.
Activación
La activación ocurre cuando la caspasa-9 se dimeriza, y hay dos formas diferentes en las que esto puede ocurrir:
- La caspasa-9 se activa automáticamente cuando se une a apaf-1 ( apoptosoma ), ya que apaf-1 oligomeriza las moléculas precursoras de la pro-caspasa-9.
- Las caspasas previamente activadas pueden escindir la caspasa-9, provocando su dimerización.
Actividad catalítica
La caspasa-9 tiene una secuencia de escisión preferida de Leu-Gly-His-Asp- (corte) -X.
Regulación
La regulación negativa de la caspasa-9 se produce a través de la fosforilación . Esto se realiza mediante una serina-treonina quinasa , Akt, sobre la serina-196 que inhibe la activación y la actividad proteasa de la caspasa-9, suprimiendo la caspasa-9 y la activación adicional de la apoptosis. Akt actúa como un inhibidor alostérico de la caspasa-9 porque el sitio de fosforilación de la serina-196 está lejos del sitio catalítico. El inhibidor afecta la dimerización de la caspasa-9 y provoca un cambio conformacional que afecta la hendidura de unión al sustrato de la caspasa-9.
Akt puede actuar sobre la caspasa-9 procesada y no procesada in vitro, donde la fosforilación de la caspasa-9 procesada ocurre en la subunidad grande.
Deficiencias y mutaciones
Una deficiencia de caspasa-9 afecta en gran medida al cerebro y su desarrollo. Los efectos de tener una mutación o deficiencia en esta caspasa en comparación con otras es perjudicial. El papel iniciador que juega la caspasa-9 en la apoptosis es la causa de los efectos severos observados en aquellos con una caspasa-9 atípica.
Los ratones con caspasa-9 insuficiente tienen un fenotipo principal de cerebro afectado o anormal. Cerebros más grandes debido a una disminución de la apoptosis, lo que resulta en un aumento de neuronas adicionales es un ejemplo de un fenotipo observado en ratones deficientes en caspasa-9. Aquellos homocigotos para ninguna caspasa-9 mueren perinatalmente como resultado de un cerebro desarrollado anormalmente .
En los seres humanos, la expresión de caspasa-9 varía de un tejido a otro, y los diferentes niveles tienen un papel fisiológico. Cantidades bajas de caspasa-9 provocan cáncer y enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer . Otras alteraciones en los niveles de polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) y los niveles de genes completos de caspasa-9 pueden causar mutaciones en la línea germinal relacionadas con el linfoma no Hodgkin . Ciertos polimorfismos en el promotor de caspasa-9 aumentan la velocidad a la que se expresa la caspasa-9, y esto puede aumentar el riesgo de cáncer de pulmón de una persona .
Significación clínica
Los efectos de los niveles o funciones anormales de caspasa-9 impactan en el mundo clínico. El impacto que tiene la caspasa-9 en el cerebro puede conducir a futuros trabajos de inhibición a través de terapia dirigida, específicamente con enfermedades asociadas con el cerebro, ya que esta enzima puede participar en las vías de desarrollo de los trastornos neuronales.
La introducción de caspasas también puede tener beneficios médicos. En el contexto de la enfermedad de injerto contra huésped , la caspasa-9 puede introducirse como un interruptor inducible. En presencia de una molécula pequeña, dimerizará y desencadenará la apoptosis, eliminando los linfocitos .
iCasp9
iCasp9 (caspasa-9 inducible) es un tipo de sistema de control para las células T receptoras de antígenos quiméricos (células T CAR). Células T CAR se modifican genéticamente las células T que exhiben citotoxicidad para tumorales células. Muestra evidencia de que las células T CAR son eficaces en el tratamiento de neoplasias malignas de células B . Sin embargo, como las células CAR T introducen toxicidad, el control de las células y sus objetivos por parte del usuario es fundamental. Una de las diversas formas de ejercer control sobre las células CAR T es a través de sistemas sintéticos controlados por drogas. iCasp9 se creó modificando la caspasa-9 y fusionándola con la proteína de unión FK506 . iCasp9 se puede agregar a las células CAR T como un gen suicida inducible.
Si la terapia con células CAR T produce efectos secundarios graves, se puede utilizar iCasp9 para detener el tratamiento. La administración de un fármaco de molécula pequeña como la rapamicina hace que el fármaco se una al dominio FK506. Esto, a su vez, induce la expresión de caspasa-9, que desencadena la muerte celular de las células CAR T.
Transcripciones alternativas
A través del empalme alternativo , se producen cuatro variantes de caspasa-9 diferentes.
Caspasa-9α (9L)
Esta variante se utiliza como secuencia de referencia y tiene una actividad completa de cisteína proteasa.
Caspasa-9β (9S)
La isoforma 2 no incluye los exones 3, 4, 5 y 6; le faltan los aminoácidos 140-289. La caspasa-9S no tiene un dominio catalítico central, por lo que funciona como un inhibidor de la caspasa-9α al unirse al apoptosoma, suprimiendo la cascada de la enzima caspasa y la apoptosis. La caspasa-9β se denomina isoforma endógena dominante negativa.
Caspasa-9γ
A esta variante le faltan los aminoácidos 155-416, y para los aminoácidos 152-154, la secuencia AYI se cambia a TVL.
Isoforma 4
En comparación con la secuencia de referencia, le faltan los aminoácidos 1-83.
Interacciones
Se ha demostrado que la caspasa-9 interactúa con:
Ver también
Referencias
Otras lecturas
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