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1、 白兴华2011-11-4Caspase家族及其在细胞凋亡中的作用1 目 录：C Caspaseaspase家族蛋白酶的简介家族蛋白酶的简介C Caspaseaspase家族蛋白酶的结构与功能家族蛋白酶的结构与功能 C Caspaseaspase家族蛋白酶在细胞凋亡中的活化家族蛋白酶在细胞凋亡中的活化 CaspaseCaspase家族与细胞凋亡的关系家族与细胞凋亡的关系2CaspaseCaspase（天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解（天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶）：是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋酶）：是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋白酶。它们的活性位点均包含白酶。它们的活性位点
2、均包含CysCys残基，能够特残基，能够特异性的切割靶蛋白异性的切割靶蛋白AspAsp残基后的肽键。残基后的肽键。C Caspaseaspase能能选择性的切割某些蛋白质，从而造成细胞凋亡。选择性的切割某些蛋白质，从而造成细胞凋亡。 细胞凋亡：指为维持内环境稳定，由基因控制细胞凋亡：指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。的细胞自主的有序的死亡。 一、Caspase家族蛋白酶的简介家族蛋白酶的简介3CaspaseCaspase的发现源于秀丽隐杆线虫（的发现源于秀丽隐杆线虫（C.C.eleganselegans）细胞）细胞凋亡的研究。线虫从胚胎发育到成体的过程中共产生凋亡的研究。线
3、虫从胚胎发育到成体的过程中共产生10901090个体细胞，其中个体细胞，其中131131个体细胞发生凋亡后消失。研个体细胞发生凋亡后消失。研究人员利用一系列突变体发现线虫发育过程中控制细究人员利用一系列突变体发现线虫发育过程中控制细胞凋亡的关键因子。胞凋亡的关键因子。19861986年美国麻省理工学院的年美国麻省理工学院的Robert HorvitzRobert Horvitz发现，当发现，当ced3ced3或或ced4ced4突变后，原先应突变后，原先应该凋亡的该凋亡的131131个体细胞仍然存活；与之相反，个体细胞仍然存活；与之相反，ced9ced9的突的突变导致所有细胞在胚胎期死亡，无法
4、得到成虫。这一变导致所有细胞在胚胎期死亡，无法得到成虫。这一结果证明，结果证明，ced3ced3和和ced4ced4是线虫发育过程中细胞凋亡的是线虫发育过程中细胞凋亡的必须基因，必须基因，ced9ced9的功能是抑制细胞凋亡。鉴于这一重的功能是抑制细胞凋亡。鉴于这一重要发现，要发现，Robert HorvitzRobert Horvitz与另外两位线虫模型的建立与另外两位线虫模型的建立者：英国的者：英国的Sydney BrennerSydney Brenner和和John E. SulstonJohn E. Sulston共同获共同获得了得了20022002年诺贝尔医学和生理学奖。年诺贝尔医学
5、和生理学奖。4二、二、C Caspaseaspase家族蛋白酶的结构与功能家族蛋白酶的结构与功能 5人类的人类的Caspase-1Caspase-1和和Caspase-3Caspase-3的的3D3D结构（结构（NCBI）6其它Caspase蛋白酶 2 210105 56 611119 97 74 478图图3 3 ：蛋蛋白白酶酶家家族族的的同同源源性性910 Caspase-1 Caspase-1和和1111（可能还有（可能还有4 4）主要负责白介素前体）主要负责白介素前体的活化，不直接参与凋亡信号的传递；其余的的活化，不直接参与凋亡信号的传递；其余的CaspaseCaspase在细胞凋亡的
6、过程中发挥的功能不同，可以分为两类：在细胞凋亡的过程中发挥的功能不同，可以分为两类：一类是凋亡起始者，包括一类是凋亡起始者，包括Caspase-2Caspase-2， -8,-9,-10,- -8,-9,-10,-1111；另一类是凋亡执行者，包括；另一类是凋亡执行者，包括Caspase-3Caspase-3，-6-6，-7-7。起始者负责对执行者的前体进行切割，从而产生有活起始者负责对执行者的前体进行切割，从而产生有活性的执行者；执行者负责切割细胞核内、细胞质中的性的执行者；执行者负责切割细胞核内、细胞质中的结构蛋白和调节蛋白。结构蛋白和调节蛋白。作用方式作用方式11三、三、C Caspas
7、easpase家族蛋白酶的活化家族蛋白酶的活化12细胞凋亡过程中Caspase级联效应NH2COOH切割位点未活化的caspase酶原Y活化的caspase X切割活化原结构域活化的caspase Y大亚基小亚基活化的caspaseX较多活化的caspaseY大量活化的caspaseZ切割细胞质蛋白切割细胞核蛋白13四、四、C Caspaseaspase家族与细胞凋亡的关系家族与细胞凋亡的关系 细胞凋亡过程可以分为激活期和执行期。前期细胞细胞凋亡过程可以分为激活期和执行期。前期细胞应答死亡信号，起始应答死亡信号，起始CaspaseCaspase活化，后期执行活化，后期执行CaspaseCasp
8、ase活化，执行细胞死亡程序。起始活化，执行细胞死亡程序。起始CaspaseCaspase的活化属于的活化属于同性活化，即酶原分子聚集成复合物达到一定浓度时，同性活化，即酶原分子聚集成复合物达到一定浓度时，就彼此切割或者构象改变产生有活性的二聚体形式；就彼此切割或者构象改变产生有活性的二聚体形式；执行执行CaspaseCaspase的活化属于异性活化，即起始的活化属于异性活化，即起始CaspaseCaspase招招募执行募执行CaspaseCaspase酶原分子后，对其进行切割，产生具酶原分子后，对其进行切割，产生具有活性的执行有活性的执行CaspaseCaspase切割细胞内重要的结构和功能
9、切割细胞内重要的结构和功能蛋白，导致细胞凋亡。蛋白，导致细胞凋亡。14 与与C Caspaseaspase有关的凋亡通路主要有两种。一种是死有关的凋亡通路主要有两种。一种是死亡受体介导的信号传导途径，另一种是线粒体依赖途亡受体介导的信号传导途径，另一种是线粒体依赖途径。径。 在外源途径中，死亡受体如在外源途径中，死亡受体如FasFas在配体在配体FasLFasL的刺的刺激下，通过接头蛋白激下，通过接头蛋白FADDFADD将将Caspase-8Caspase-8酶原招募到细酶原招募到细胞质膜上，形成死亡诱导信号复合物胞质膜上，形成死亡诱导信号复合物DISCDISC。 Caspase-8Caspa
10、se-8酶原在这个复合物中被活化，进而激活下酶原在这个复合物中被活化，进而激活下游的游的CaspaseCaspase级联反应。级联反应。Caspase-8Caspase-8也可以通过切割也可以通过切割Bcl-2Bcl-2家族成员家族成员BidBid，进一步活化，进一步活化BaxBax和和BakBak从而激活内从而激活内原细胞凋亡途径。原细胞凋亡途径。 细胞凋亡的途径细胞凋亡的途径15 内源性细胞凋亡途径始于线粒体内源性细胞凋亡途径始于线粒体, ,细胞色素细胞色素c c从线粒体内释放是关键的一步。在细胞凋亡信从线粒体内释放是关键的一步。在细胞凋亡信号的刺激下号的刺激下, ,细胞色素细胞色素c c
11、从线粒体内释放到胞浆从线粒体内释放到胞浆内，胞浆内的细胞色素内，胞浆内的细胞色素c c在在dATPdATP存在下通过存在下通过CysCys蛋白酶募集域的作用。与凋亡细胞蛋白酶激活蛋白酶募集域的作用。与凋亡细胞蛋白酶激活因子因子ApApaf-af-1 1结合，募集并激活结合，募集并激活 C Caspase-9aspase-9，然，然后激活下游的效应半胱氨酸蛋白酶后激活下游的效应半胱氨酸蛋白酶, ,如如C Caspaseaspase- -2 2、3 3、6 6、7 7、8 8、9 9，启动，启动C Caspaseaspase的级联反应，的级联反应，引起细胞凋亡。引起细胞凋亡。 内源途径内源途径16
12、外源途径DEDDD+活化的Caspase-3FasLFasDDFasDDFasDDFasDDFasLFasLFasL+DEDDEDFADDCaspase-8酶原DISCCaspase-3酶原切割底物，产生效应内源途径活化的Caspase-9细胞色素cCARDApaf-1Caspase-9酶原ATPCARDCARD凋亡复合体活化的Caspase-8Bid剪切的Bid其他刺激因素17 执行Caspase的底物约有280种。例：Caspase激活的DNA酶CAD。 执行执行CaspaseCaspase与底物作用方式与底物作用方式失活状态 CADICADAsp有活性的Caspase CAD有活性+IC
13、AD切割DNA18总结Caspase:Caspase:它是一种它是一种CysCys蛋白酶，用蛋白酶，用CysCys作为裂解底物的亲核基团。作为裂解底物的亲核基团。其催化活性对底物的其催化活性对底物的AspAsp有特异性要求，有特异性要求，C Caspaseaspase以活以活性很低的酶原形式合成，通过蛋白酶水解去除氨基端性很低的酶原形式合成，通过蛋白酶水解去除氨基端的一段序列而被激活。的一段序列而被激活。活化的活化的C Caspaseaspase能够特异地水解一套底物，从而导致细能够特异地水解一套底物，从而导致细胞凋亡，此过程为不可逆反应。胞凋亡，此过程为不可逆反应。正常情况下细胞内总存在有正常情况下细胞内总存在有CaspaseCaspase的抑制剂，以防止的抑制剂，以防止C Caspaseaspase酶原偶然被激活而对正常细胞造成损伤酶原偶然被激活而对正常细胞造成损伤。19Thank you!20
