Caspase-3是一种蛋白酶,1994年Fernandez-Alnemri等在BenBank表达序列标记(expression
序列 tag, EST)数据库中找到一段与ICE/CED-3活性中心
同源的序列,用它合成
探针后,筛选人Jurkat T
淋巴细胞cDNA文库,从中
克隆到一种新基因,因其编码分子量为32kD的
半胱氨酸蛋白酶而称之为CPP32(cysteine protease protein, 32kD)。随后,其他学者独立地将这一蛋白基因克隆出来,并分别命名为prICE、apopain(凋亡素)和Yama(
印度传说中的死亡之神)。1996年这种
蛋白酶被命名为caspase-3。现在一般认为caspase-3是
细胞凋亡过程中最主要的终末
剪力酶,也是CTL细胞杀伤机制的重要组成部分。
pro-caspase-3含有277个
残基,分子量约32kD,与ICE有30%
同源性,与CED-3有35%同源性,是caspase家族中与CED-3同源性最高的,无论从结构同源性还是从
底物特异性来看都与CED-3很相似,所以有人认为它是CED-3在哺乳动物中的同源蛋白。caspase-3的原结构域明显短于ICE,但蛋白酶活性中心和与结合底物有关的保守的氨基酸均与ICE一致。pro-caspase-3在
活化过程中从Asp28~Ser29和Asp175~Ser176两处被
剪力,形成P17(29~175)和P10(182~277)两个片段,相当于ICE的P20和P10,两种亚基再组成活性形式的caspase-3。pro-caspase-3本身并没有催化活性,在活化时首先由
颗粒酶B(GrzB)或caspase-10在D175剪切下小片段后它才被部分活化,随后则可进行下一步的自我催化。在剪切原结构域时可能还有其它caspase如ICE的参与。
caspase-3在细胞凋亡中起着不可替代的作用,caspase-3基因
转染昆虫Sf9细胞后引起细胞凋亡,这个过程可以被Bcl-2阻断;在发生凋亡的
细胞提取液中去除caspase-3后,这些提取液就失去了诱导细胞凋亡的能力;再加入纯化的caspase-3它又能恢复致凋亡的功能。caspase-3可以被多种因素活化,在CTL细胞的杀伤作用中,它既可被Fas/FasL途径活化,也可以通过
颗粒酶B途径活化。颗粒酶B是CTL细胞颗粒中的一种
丝氨酸酶,是哺乳动物中除caspase
蛋白酶外唯一的在Asp后剪切的蛋白酶,它可以特异性剪切ICE家族蛋白酶
催化亚单位C端的XXD序列,并活化caspase2、3、6、7、8、9、10。ICE也可以被颗粒酶
剪力,但剪切后并不被活化。
caspase-3最主要的
底物是多聚(ADP-
核糖)
聚合酶PARP(poly(ADP-ribose)polymerase),该酶与
脱氧核糖核酸修复、基因完整性监护有关。在细胞凋亡启动时,116kD的PARP在Asp216-Gly217之间被caspase-3剪切成31kD和85kD两个片段,使PARP中与DNA结合的两个
锌指结构与
羧基端的
催化区域分离,不能发挥正常功能。结果使受PARP负调控影响的Ca/Mg依赖性
核酸内切酶的活性增高,裂解核小体间的DNA,引起细胞凋亡。这种裂解过程可被caspase-3的特异性抑制剂Ac-DEVD-CHO所抑制,但不能被CrmA抑制。
caspase-3还可以
剪力U1-70K、
脱氧核糖核酸PK、PKCd和PKCq。PKCd和PKCq都属于新型PKC(novel PKC,nPKC),当被caspase-3剪切后,可以切除调节区域,而成为活性形式的PKC,另外实验还证明,过量表达PKCd和PKCq均可以引起
细胞凋亡,说明它们都参与了细胞凋亡的诱导是CTL细胞杀伤机制的重要组成部分。