Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Цистеин протеазаларының отбасы
Family of cysteine proteases
Каспаздар (цистеин аспартикалық протеазалар, цистеин аспартазалар немесе цистеинге тәуелді аспартат бағытталған протеазалар) – программаланған жасуша өлімінде маңызды рөл атқаратын протеаза ферменттерінің отбасы. Олар цистеин протеазасының ерекше активтілігіне байланысты каспаздар деп аталады – цистеин активті орында нуклеофильдік шабуыл жасап, аспартик қышқылының қалдығынан кейін ғана мақсатты белокты ыдыратады. 2009 жылғы мәліметтер бойынша, адамда 12 және егешқұйрықта 10 каспазаның болуы расталды, олар түрлі жасушалық функцияларды атқарады. Бұл ферменттердің программаланған жасуша өліміндегі рөлі алғаш рет 1993 жылы анықталды, ал апоптоздағы функциялары жақсы сипатталған. Бұл – даму кезінде кеңінен таралған және жасуша гомеостазын сақтау үшін өмір бойы жүретін программаланған жасуша өлімінің бір түрі. Каспаздардың белсендірілуі жасуша компоненттерінің бақыланатын ыдырауын қамтамасыз етеді, бұл жасуша өлімін қоршаған тіндерге ең аз әсермен жүзеге асырады. Каспаздар пироптоз, некроптоз және ПАНоптоз сияқты программаланған жасуша өлімінің басқа да рөлдерін атқарады. Жасуша өлімінің бұл түрлері организмді стресс сигналдары мен патогендік шабуылдан қорғау үшін маңызды. Каспаздар қабыну процесінде де рөл атқарады, тікелей IL1β сияқты қабынуға қарсы цитокиндерді өңдейді. Бұл иммундық жасушаларды жұққан жасушаға немесе тіндерге тартуға мүмкіндік беретін сигнал молекулалары. Каспаздардың жасуша көбеюі, ісікке қарсы әрекет, жасуша дифференциациясы, нейрондық даму, аксондық бағыттау және қартаю сияқты басқа да рөлдері анықталған. Каспаза жетіспеушілігі ісік дамуының себебі болуы мүмкін. Ісік өсуі факторлардың жиынтығынан туындауы мүмкін, соның ішінде жасушалық өсуге шектеу қоятын жасушалық цикл геніндегі мутация, сондай-ақ каспаздар сияқты апоптотикалық ақуыздардағы мутациялар, бұл аномальды өсетін жасушаларда жасуша өлімін тудыруға жауап береді. Керісінше, каспаза 3 сияқты кейбір каспаздардың шамадан тыс белсенділігі артық программаланған жасуша өліміне алып келуі мүмкін. Бұл Альцгеймер ауруы сияқты нейроциттердің жоғалуымен жүретін бірнеше нейродегенеративті ауруларда байқалады.
Caspases (cysteine aspartic proteases, cysteine aspartases or cysteine dependent aspartate directed proteases) are a family of protease enzymes playing essential roles in programmed cell death. They are named caspases due to their specific cysteine protease activity – a cysteine in its active site nucleophilically attacks and cleaves a target protein only after an aspartic acid residue. As of 2009, there are 12 confirmed caspases in humans and 10 in mice, carrying out a variety of cellular functions. The role of these enzymes in programmed cell death was first identified in 1993, with their functions in apoptosis well characterised. This is a form of programmed cell death, occurring widely during development, and throughout life to maintain cell homeostasis. Activation of caspases ensures that the cellular components are degraded in a controlled manner, carrying out cell death with minimal effect on surrounding tissues. Caspases have other identified roles in programmed cell death such as pyroptosis, necroptosis and PANoptosis. These forms of cell death are important for protecting an organism from stress signals and pathogenic attack. Caspases also have a role in inflammation, whereby it directly processes pro inflammatory cytokines such as pro IL1β. These are signalling molecules that allow recruitment of immune cells to an infected cell or tissue. There are other identified roles of caspases such as cell proliferation, tumour suppression, cell differentiation, neural development and axon guidance and ageing. Caspase deficiency has been identified as a cause of tumour development. Tumour growth can occur by a combination of factors, including a mutation in a cell cycle gene which removes the restraints on cell growth, combined with mutations in apoptotic proteins such as caspases that would respond by inducing cell death in abnormally growing cells. Conversely, over activation of some caspases such as caspase 3 can lead to excessive programmed cell death. This is seen in several neurodegenerative diseases where neural cells are lost, such as Alzheimer's disease.
Пироптоз
Пироптоз – иммундық жауапты тудыратын, бағдарланған жасуша өлімінің бір түрі. Ол морфологиялық тұрғыдан басқа жасуша өлімі түрлерінен ерекшеленеді – жасушалар ісінеді, жарылып, қабынуды күшейтетін жасуша ішіндегі заттарды шығарады. Бұл түрлі жағдайларға, соның ішінде микробтық инфекцияларға және жүрек шабуылына (миокард инфарктісіне) жауап ретінде жүзеге асады. Адамдарда Каспаза 1, Каспаза 4 және Каспаза 5, ал егеуқұйрықтарда Каспаза 1 және Каспаза 11 пироптоз арқылы жасуша өлімін тудыруда маңызды рөл атқарады. Бұл жасуша ішіндегі және жасуша сыртындағы патогендердің тіршілік ету және көбею уақытын шектейді.
Pyroptosis is a form of programmed cell death that inherently induces an immune response. It is morphologically distinct from other types of cell death – cells swell up, rupture and release pro inflammatory cellular contents. This is done in response to a range of stimuli including microbial infections as well as heart attacks (myocardial infarctions). Caspase 1, Caspase 4 and Caspase 5 in humans, and Caspase 1 and Caspase 11 in mice play important roles in inducing cell death by pyroptosis. This limits the life and proliferation time of intracellular and extracellular pathogens.
Каспаза-1 арқылы пироптоз
Каспаза 1 активациясы әртүрлі ақуыздар жиынтығы арқылы жүзеге асады, бұл патогендік лигандтардың кең ауқымын анықтауға мүмкіндік береді. Каспаза 1 активациясының кейбір медиаторлары: NOD сияқты лейцинге бай қайталамалы ақуыздар (NLR), AIM2 сияқты рецепторлар (ALR), пирин және IFI16.
Caspase 1 activation is mediated by a repertoire of proteins, allowing detection of a range of pathogenic ligands. Some mediators of Caspase 1 activation are: NOD like Leucine Rich Repeats (NLRs), AIM2 Like Receptors (ALRs), Pyrin and IFI16.
Қабынудағы рөлі
Қабыну – ағзаның зиянды факторлардың әсерінен, мысалы, тіндердің зақымдануы немесе бактериялық инфекциядан кейін гомеостаздық күйін қалпына келтіруге бағытталған қорғаныш механизмі. Адамдағы 4 және 5 каспазалары, ал егешқұйрықтардағы 11 каспазасы ерекше рецепторлық қызмет атқарады, олар грамтеріс бактерияларда көп мөлшерде кездесетін LPS молекуласымен байланысады. Бұл Каспаза 1-дің белсенділігі арқылы IL-1β және IL-18 цитокиндерінің өңделіп, секрециялануына алып келуі мүмкін; бұл төменгі ағыстағы әсер жоғарыда сипатталғанмен сәйкес келеді. Сонымен қатар, тағы бір қабыну цитокині секрецияланады, ол өңделмейді. Бұл IL-1α процитокині деп аталады. Кейіннен басқа сүтқоректілердегі каспазалар да анықталды, сондай-ақ Drosophila melanogaster сияқты организмдердегі каспазалар да. Зерттеушілер 1996 жылы каспазалардың номенклатурасын бекітті. Көп жағдайда, каспазаның белгілі бір түрін бір уақытта бірнеше зертхана ашқан, және әрқайсысы ақуызға әртүрлі атау берген. Мысалы, каспаза 3 CPP32, апопаин және Яма деп те белгілі болған. Сондықтан каспазалар олардың анықталған ретімен нөмірленді. ICE осылайша каспаза 1 деп қайта аталды. ICE сүтқоректілердегі алғашқы каспаза болды, себебі ол нематодтың CED-3 өлім геніне ұқсас, бірақ бұл ферменттің басты қызметі жасуша өлімінен гөрі қабынуды бақылау болып табылады.
Inflammation is a protective attempt by an organism to restore a homeostatic state, following disruption from harmful stimulus, such as tissue damage or bacterial infection. Caspase 4 and 5 in humans, and Caspase 11 in mice have a unique role as a receptor, whereby it binds to LPS, a molecule abundant in gram negative bacteria. This can lead to the processing and secretion of IL 1β and IL 18 cytokines by activating Caspase 1; this downstream effect is the same as described above. It also leads to the secretion of another inflammatory cytokine that is not processed. This is called pro IL1α. Other mammalian caspases were subsequently identified, in addition to caspases in organisms such as fruit fly Drosophila melanogaster. Researchers decided upon the nomenclature of the caspase in 1996. In many instances, a particular caspase had been identified simultaneously by more than one laboratory; each would then give the protein a different name. For example, caspase 3 was variously known as CPP32, apopain and Yama. Caspases, therefore, were numbered in the order in which they were identified. ICE was, therefore, renamed as caspase 1. ICE was the first mammalian caspase to be characterised because of its similarity to the nematode death gene ced 3, but it appears that the principal role of this enzyme is to mediate inflammation rather than cell death.
Эволюция
Жануарларда апоптоз каспаздар арқылы шақырылады, ал саңырауқұлақтар мен өсімдіктерде аргинин мен лизинге қатысты каспазға ұқсас протеаздар, яғни метакаспаздар апоптозды тудырады. Гомологиялық іздеулер каспаздар мен ретикуломиксаның (бір жасушалы организм) каспазға ұқсас ақуыздары арасындағы жақын гомологияны көрсетті. Филогенетикалық зерттеу каспаза және метакаспаза тізбектерінің дивергенциясы эукариоттардың дивергенциясына дейін болғанын анықтады.
In animals apoptosis is induced by caspases and in fungi and plants, apoptosis is induced by arginine and lysine specific caspase like proteases called metacaspases. Homology searches revealed a close homology between caspases and the caspase like proteins of Reticulomyxa (a unicellular organism). The phylogenetic study indicates that divergence of caspase and metacaspase sequences occurred before the divergence of eukaryotes.