Slično drugim kaspazama, kaspaza-9 ima tri domena: N-terminalni prodomen, veliku podjedinicu i malu podjedinicu.[8] N-terminalni prodomen naziva se i dugio prodomen koji sadrži domen aktivacije kaspaze (CARD) motiv.[12] Prodomen povezan je sa katalitskim domenom preko linker petlje.[13]
Kaspazni-9 monomer sastoji se od jedne velike i jedne male podjedinice, a obje sadrže katalitski domen.[14] Za razliku od normalno konzerviranog motiva aktivnog mjesta QACRG u drugim kaspazama, kaspaza-9 ima motiv QACGG.[13][15]
Kada je dimerizirana, kaspaza-9 ima dve različite konformacije aktivnog mesta unutar svakog dimera.[14] Jedno mesto veoma liči na katalitsko mesto drugih kaspaza, dok drugo nema 'aktivacijsku petlju', ometajući katalitski mehanizam na tom određenom aktivnom mestu.[14] Površinske petlje oko aktivnog mesta su kratke, što dovodi do široke specifičnosti supstrata jer je rascep koji se vezuje za supstrat otvoreniji.[16] Unutar aktivnog mjesta kaspaze-9, da bi došlo do katalitske aktivnosti, moraju na pravom mjestu biti specifične aminokiseline. Aminokiselina Asp na poziciji P1 je esencijalna, s preferencijom za aminokiselinu His na poziciji P2.[17]
Kaspaza-9 kod ljudi eksprimirana je u tkivima i fetusa i odraslih.[13][15] Tkivna ekspresija kaspaze-9 je sveprisutna s najvećom ekspresijom u mozgu i srcu, posebno u fazi razvoja odrasle osobe u mišićnim ćelijama srca.[19]Jetra, gušterača i skeletni mišići eksprimiraju ovaj enzim na umjerenom nivou, a sva ostala tkiva eksprimiraju kaspazu-9 na niskim razinama.[19]
Mehanizam
Aktivna kaspaza-9 djeluje kao inicirajuća kaspaza cijepanjem, aktivirajući tako izvršne kaspaze nizvodno, inicirajući apoptozu.[20] Kada se aktivira, kaspaza-9 nastavlja da cijepa kaspazu-3, -6 i -7, pokrećući kaskadu kaspaza dok cijepaju nekoliko drugih ćelijskih ciljeva.[8]
Kada je kaspaza-9 neaktivna, ona postoji u citosolu kao zimogen, u svom monomernom obliku.[14][21] Tada se uključuje i aktivira putem CARD-apaf-1, prepoznavajući CARD u kaspazi-9.[22]
Prerada
Prije nego što dođe do aktivacije, kaspaza-9 se mora preraditi.[23] U početku, kaspaza-9 je napravljena kao neaktivni jednolančani zimogen.[23] Procesuiranje se dešava kada se apoptozom veže za pro-kaspazu-9 dok apaf-1 pomaže u autoproteolitskoj preradi zimogena.[23] Obrađena kaspaza-9 ostaje vezana za kompleks apoptosoma, formirajući holoenzim.[24]
Aktivacija
Aktivacija se događa kada se kaspaza-9 dimerizira, a postoje dva različita načina na koja se to može dogoditi:
Kaspaza-9 se automatski aktivira kada se veže za apaf-1 (apoptosom), jer apaf-1 oligomerizira molekule prekursora prokaspase-9.[18]
Prethodno aktivirane kaspaze mogu cijepati kaspazu-9, uzrokujući njenu dimerizaciju.[25]
Katalitska aktivnost
Kaspaza-9 ima preferiranu sekvencu cijepanja Leu-Gly-His-Asp-(cut)-X.[17]
Regulacija
Negativna regulacija kaspaze-9 se javlja putem fosforilacija.[8] To radi serin-treonin kinaza, Akt, na serinu-196 koji inhibira aktivaciju i aktivnost proteaze kaspaze-9, suzbijanje kaspaze-9 i dalju aktivaciju apoptoze.[26] Akt djeluje kao alosterni inhibitor kaspaze-9 jer je mjesto fosforilacije serina-196 daleko od katalitskog mjesta.[26] Inhibitor utiče na dimerizaciju kaspaze- 9 i uzrokuje konformacijsku promjenu koja utiče na rascjep kaspaze-9 koji se veže na supstrat.[26]
Akt može djelovati i na prerađenu i na neprerađenu kaspazu-9 in vitro, gdje se fosforilacija obrađene kaspaze-9 javlja na velikoj podjedinici.[27]
Nedostaci i mutacije
Nedostatak kaspaze-9 u velikoj mjeri utiče na mozak i njegov razvoj.[28] Efekti mutacije ili nedostatka ove kaspaze u odnosu na druge su štetni.[28] Početna uloga kaspaze-9 u apoptozi je uzrok teških efekata uočenih kod onih s atipskom kaspazom- 9.
Miševi s nedovoljnom kaspazom-9 imaju glavni fenotip zahvaćenog ili abnormalnog mozga. Akt djeluje kao alosterni inhibitor kaspaze-9 jer je mjesto fosforilacije serina-196 daleko od katalitičkog mjesta.[26] Inhibitor utiče na dimerizaciju kaspaze- 9 i uzrokuje konformacijsku promjenu koja utječe na rascjep kaspaze-9 koji se veže na supstrat.[26]
Akt može djelovati i na obrađenu i na neprerađenu kaspazu-9 in vitro, gdje se fosforilacija obrađene kaspaze-9 javlja na velikoj podjedinici. Veliki mozak utiče na opadanje učestalosi apoptoza, izazivajući porast dodatnih neurona u primjeru fenotipa nedostatka kaspaze-9 kod miševa.[29] Oni homozigoti bez kaspaze-9 uginu perinatalno kao rezultat abnormalno razvijenog cerebruma.[8]
Efekti abnormalnih nivoa ili funkcije kaspaze-9 utiču na kliničku sliku. Uticaj kaspaze-9 na mozak može dovesti do budućeg rada na inhibiciji kroz ciljanu terapiju, posebno kod bolesti povezanih s mozgom jer ovaj enzim može sudjelovati u razvojnim putevima neuronskih poremećaja.[8]
Uvođenje kaspaza takođe može imati medicinske koristi.[20] U kontekstu bolesti transplantata protiv domaćina, kaspaza-9 može se uvesti kao inducibilni prekidač.[32] U prisustvu male molekule, dimerizirat će se i pokrenuti apoptozu, eliminirajući limfocite.[32]
iCasp9
iCasp9 (inducibilna kaspaza-9) je tip kontrolnog sistema za himerne T-ćelije receptora antigena (CAR T-ćelije). CAR T-ćelije su genetički modifikovane T-ćelije koje pokazuju citotoksičnost na tumorske ćelije. Dokazi pokazuju da su CAR T-ćelije efikasne u liječenju zloćudnih bolesti B-ćelija. Međutim, kako CAR T-ćelije unose toksičnost, korisnička kontrola ćelija i njihovih meta je kritična.[33] Jedan on ostalih puteva kontrole CAR T-ćelija je putem lijekovima kntroliranogsistema sinteze. iCasp9 nastaje modoficiranjem kaspaze-9 i njenim spajenjem sa FK506 vezujućim proteinom.[33] iCasp9 se može pridodati na CAR T-ćelije kao inducibilni suicidni gen.[34]
Ako terapija CAR T-ćelijama rezultira teškim nuspojavama, iCasp9 se može koristiti za zaustavljanje liječenja. Davanje lijeka s malim molekulama, kao što je rapamicin, uzrokuje da se lijek veže za domen FK506.[34] Ovo zauzvrat inducira ekspresiju kaspaze-9, koja pokreće ćelijsku smrt CAR T-ćelije.[34]
Izoforma 2 ne uključuje egzone 3, 4, 5 i 6; nedostaju mu aminokiseline 140-289.[12][35] Kaspaza-9S nema centralni katalitski domen, stoga funkcionira kao inhibitor kaspaze-9α, tako što se veže za apoptosom, potiskujući kaskadu enzima kaspaze i apoptozu.[12][36] Kaspaza-9β se naziva endogena dominantno negativna izoforma.
Kaspaza-9γ
U ovoj varijanti nedostaju aminokiseline 155-416, a za aminokiseline 152-154, sekvenca AYI je promijenjena u TVL.[35]
Izoforma 4
U poređenju sa referentnom sekvencom, nedostaju aminokiseline 1-83.[35]
^ abMadden SD, Cotter TG (februar 2008). "Cell death in brain development and degeneration: control of caspase expression may be key!". Molecular Neurobiology. 37 (1): 1–6. doi:10.1007/s12035-008-8021-4. PMID18449809. S2CID12980212.
^Rual JF, Venkatesan K, Hao T, Hirozane-Kishikawa T, Dricot A, Li N, Berriz GF, Gibbons FD, Dreze M, Ayivi-Guedehoussou N, Klitgord N, Simon C, Boxem M, Milstein S, Rosenberg J, Goldberg DS, Zhang LV, Wong SL, Franklin G, Li S, Albala JS, Lim J, Fraughton C, Llamosas E, Cevik S, Bex C, Lamesch P, Sikorski RS, Vandenhaute J, Zoghbi HY, Smolyar A, Bosak S, Sequerra R, Doucette-Stamm L, Cusick ME, Hill DE, Roth FP, Vidal M (oktobar 2005). "Towards a proteome-scale map of the human protein-protein interaction network". Nature. 437 (7062): 1173–8. Bibcode:2005Natur.437.1173R. doi:10.1038/nature04209. PMID16189514. S2CID4427026.
Zhao LJ, Zhu H (decembar 2004). "Structure and function of HIV-1 auxiliary regulatory protein Vpr: novel clues to drug design". Current Drug Targets. Immune, Endocrine and Metabolic Disorders. 4 (4): 265–75. doi:10.2174/1568008043339668. PMID15578977.
Moon HS, Yang JS (februar 2006). "Role of HIV Vpr as a regulator of apoptosis and an effector on bystander cells". Molecules and Cells. 21 (1): 7–20. PMID16511342.
Kopp S (septembar 1976). "Reproducibility of response to a questionnaire on symptoms of masticatory dysfunction". Community Dentistry and Oral Epidemiology. 4 (5): 205–9. doi:10.1111/j.1600-0528.1976.tb00985.x. PMID1067155.
